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6.8: Otros temas

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    objetivos de aprendizaje

    • Comparar las diferentes formas de energía interrelacionadas entre sí

    Otras formas de energía

    Térmicas, químicas, eléctricas, radiantes, nucleares, magnéticas, elásticas, sonoras, mecánicas, luminosas y de masa son formas en las que puede existir la energía. La energía puede venir en una variedad de formas. Estos formularios incluyen:

    • Energía Térmica: Se trata de energía asociada con el movimiento microscópico aleatorio de las partículas en los medios considerados. Un ejemplo de algo que almacena energía térmica es el agua caliente del baño.
    • Energía Química: Esta es energía debido a la forma en que los átomos están dispuestos en moléculas y varias otras colecciones de materia. Un ejemplo de algo que almacena energía química son los alimentos. Cuando tu cuerpo digiere y metaboliza los alimentos utiliza su energía química.
    • Energía Eléctrica: Esta es la energía que proviene de la energía potencial eléctrica, resultado de las fuerzas coulómbicas. La energía eléctrica potencial está asociada con la forma en que se organizan las cargas puntuales en un sistema. Un ejemplo de algo que almacena energía eléctrica es un condensador. Un condensador recoge la carga positiva en una placa y la carga negativa en la otra placa. La energía se almacena así en el campo electrostático resultante.
    • Energía Radiante: Se trata de cualquier tipo de radiación electromagnética (ver término clave). Un ejemplo de una onda electromagnética es la luz.
    • Energía Nuclear: Este tipo de energía se libera durante las reacciones nucleares de fusión y fisión. Ejemplos de cosas que utilizan energía nuclear incluyen plantas de energía nuclear y armas nucleares.
    • Energía Magnética: Técnicamente la energía magnética es energía eléctrica; las dos están relacionadas por las ecuaciones de Maxwell. Un ejemplo de algo que almacena energía magnética es un imán superconductor utilizado en una resonancia magnética.
    • Energía Elástica: Se trata de energía mecánica potencial que se almacena en la configuración de un material o sistema físico a medida que se realiza el trabajo para distorsionar su volumen o forma. Un ejemplo de algo que almacena energía elástica es una banda elástica estirada.
    • Energía sonora: Se trata de energía que está asociada con la vibración o perturbación de la materia. Un ejemplo de algo que crea energía sonora es tu caja de voz (laringe).
    • Energía Mecánica: Esta es la energía que se asocia con el movimiento y la posición de un objeto. Es la suma de toda la energía cinética y potencial que tiene el objeto. Un ejemplo de algo que utiliza energía mecánica es un péndulo.
    • Energía Luminosa: Esta es energía que se puede ver porque es luz visible. Un ejemplo de energía luminosa es la luz de una linterna.
    • Masa: Se puede convertir en energía a través de:\(\mathrm{E = mc^2}\). Por ejemplo, la masa se convierte en energía cuando explota una bomba nuclear.

    imagen

    Explosión de bomba atómica: La nube de hongos del bombardeo atómico de Nagasaki, Japón

    En cada una de las formas antes mencionadas, la energía existe como energía cinética, energía potencial, o una combinación de ambas. Es importante señalar que la lista anterior no es necesariamente completa ya que podemos descubrir nuevas formas de energía en el futuro como la “energía oscura” Además, cada una de las formas que la energía puede tomar (como se mencionó anteriormente) no son necesariamente mutuamente excluyentes. Por ejemplo, la energía luminosa es energía radiante.

    Tipos de energía: Una breve descripción de la energía, la energía cinética, la energía potencial gravitacional y el teorema de la energía del trabajo para estudiantes de física basada en álgebra.

    Transformaciones Energéticas

    La transformación energética se produce cuando la energía se cambia de una forma a otra, y es consecuencia de la primera ley de la termodinámica.

    objetivos de aprendizaje

    • Resumir la consecuencia de la primera ley de la termodinámica sobre la energía total de un sistema

    La transformación de la energía ocurre cuando la energía se cambia de una forma a otra. Es consecuencia de la primera ley de la termodinámica que la energía total de un sistema dado sólo se puede cambiar cuando se suma o resta energía del sistema. A menudo parece que la energía se ha perdido de un sistema cuando simplemente se ha transformado. Por ejemplo, un motor de combustión interna convierte la energía química potencial de la gasolina y el oxígeno en energía térmica. Esta energía térmica se convierte luego en energía cinética, que luego se usa para impulsar el vehículo que está utilizando el motor. El término técnico para un dispositivo que convierte energía de una forma a otra es un transductor.

    imagen

    Transformación Energética: Estas cifras ilustran los conceptos de pérdida de energía y producción de energía útil.

    Al analizar las transformaciones energéticas, es importante considerar la eficiencia de la conversión. La eficiencia de las conversiones describe la relación entre la salida útil y la entrada de una máquina de conversión de energía. Algunas transformaciones energéticas pueden ocurrir con una eficiencia de esencialmente el 100%. Por ejemplo, imagina un péndulo en un vacío. Como se ilustra en, cuando la masa del péndulo alcanza su altura máxima, todo si su energía existe en forma de energía potencial. Sin embargo, cuando el péndulo está en su punto más bajo, toda su energía existe en forma de energía cinética.

    imagen

    Péndulo: Esta animación muestra los vectores de velocidad y aceleración de un péndulo. Se puede notar que a la altura máxima de la masa del péndulo, la velocidad es cero. Esto corresponde a la energía cinética cero y así toda la energía del péndulo está en forma de energía potencial. Cuando la masa del péndulo está en su punto más bajo, toda su energía está en forma de energía cinética y vemos que su vector de velocidad tiene una magnitud máxima aquí.

    Otras transformaciones energéticas ocurren con una eficiencia de conversión mucho menor. Por ejemplo, el límite teórico de la eficiencia energética de una turbina eólica (convertir la energía cinética del viento en energía mecánica) es de 59%. El proceso de fotosíntesis es capaz de transformar la energía lumínica del sol en energía química que puede ser utilizada por una planta con una eficiencia de conversión de apenas 6%.

    Curvas de Energía Potencial y Equipotenciales

    Una curva de energía potencial traza la energía potencial en función de la posición; líneas equipotenciales trazan líneas de igual energía potencial.

    objetivos de aprendizaje

    • Derivar el potencial de una carga puntual

    Una curva de energía potencial traza la energía potencial de un objeto en función de la posición de ese objeto. Por ejemplo, ver. El sistema en consideración es un sistema cerrado, por lo que la energía total del sistema permanece constante. Esto significa que la energía cinética y potencial siempre tienen que sumar para ser el mismo valor. Observamos que la energía potencial aumenta a medida que disminuye la energía cinética y viceversa. La utilidad de una curva de energía potencial es que podemos determinar rápidamente la energía potencial del objeto en cuestión en una posición dada.

    imagen

    Curva de Energía Potencial: Esta figura ilustra la energía potencial de una partícula en función de la posición. También se muestra la energía cinética y se abrevia K.

    Líneas equipotenciales trazan líneas de igual energía potencial. En, si tuvieras que trazar una línea recta horizontal a través del centro, esa sería una línea equipotencial. En y, si viajas a lo largo de una línea equipotencial, el potencial eléctrico será constante.

    imagen

    Líneas equipotenciales para dos cargas puntuales iguales y opuestas: campo eléctrico (azul) y líneas equipotenciales (verde) para dos cargas iguales y opuestas

    Examinemos la explicación física de las líneas equipotenciales en. La ecuación para el potencial de una carga puntual es\(\mathrm{V = \frac{kQ}{r}}\), donde V es el potencial, k es una constante con un valor de 8.99 · 10 9 N m 2 /C 2, Q es la magnitud de la carga puntual, y r es la distancia desde el cargar. Entonces, cada punto que esté a la misma distancia de la carga puntual tendrá la misma energía potencial eléctrica. Por lo tanto, si dibujamos un círculo alrededor de la carga puntual, cada punto del círculo tendrá la misma energía potencial.

    El trabajo (W) es una medida del cambio en la energía potencial\(\mathrm{(\Delta PE): W = -\DeltaPE}\). Dado que la energía potencial no cambia a lo largo de una línea equipotencial, no es necesario hacer ningún trabajo para moverse a lo largo de una. Sin embargo, es necesario hacer un trabajo para pasar de una línea equipotencial a otra. Recordemos que el trabajo es cero si la fuerza es perpendicular al movimiento; en las figuras mostradas anteriormente, las fuerzas resultantes del campo eléctrico están en la misma dirección que el propio campo eléctrico. Por lo que observamos que cada una de las líneas equipotenciales debe ser perpendicular al campo eléctrico en cada punto.

    Puntos Clave

    • Térmicas, químicas, eléctricas, radiantes, nucleares, magnéticas, elásticas, sonoras, mecánicas, luminosas y de masa son formas en las que puede existir la energía.
    • La energía existe como energía cinética, energía potencial o una combinación de ambas.
    • Podemos descubrir nuevas formas de energía (como la “energía oscura”) en el futuro.
    • La energía total de un sistema dado solo se puede cambiar cuando se suma o resta energía del sistema.
    • A menudo parece que la energía se ha perdido de un sistema cuando simplemente se ha transformado.
    • La eficiencia de las conversiones describe la relación entre la salida útil de una máquina de conversión de energía y la entrada.
    • Una curva de energía potencial traza la energía potencial de un objeto en función de su posición.
    • Líneas equipotenciales trazan líneas de igual energía potencial.
    • No necesitas hacer ningún trabajo para moverte por una línea equipotencial.

    Términos Clave

    • fusión: Una reacción nuclear en la que los núcleos se combinan para formar núcleos más masivos con la liberación concomitante de energía.
    • radiación electromagnética: radiación (cuantificada como fotones) que consiste en campos eléctricos y magnéticos oscilantes orientados perpendicularmente entre sí, moviéndose por el espacio
    • fisión: El proceso de dividir el núcleo de un átomo en partículas más pequeñas; fisión nuclear.
    • péndulo: Un cuerpo suspendido de un soporte fijo para que oscile libremente de un lado a otro bajo la influencia de la gravedad; se usa comúnmente para regular diversos dispositivos como los relojes.
    • primera ley de la termodinámica: Una versión de la ley de conservación de la energía, especializada para sistemas termodinámicos. Por lo general, se formula afirmando que el cambio en la energía interna de un sistema cerrado es igual a la cantidad de calor suministrado al sistema, menos la cantidad de trabajo realizado por el sistema en su entorno.
    • energía potencial: La energía que tiene un objeto por su posición (en un campo gravitacional o eléctrico) o su condición (como resorte estirado o comprimido, como reactivo químico, o por tener masa en reposo)
    • Energía cinética: La energía que posee un objeto por su movimiento, igual a la mitad de la masa del cuerpo por el cuadrado de su velocidad.

    LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

    CONTENIDO CON LICENCIA CC, COMPARTIDO PREVIAMENTE

    CC CONTENIDO LICENCIADO, ATRIBUCIÓN ESPECÍFICA

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