CONSERVACIÓN DE ENERGÍA

2.3 CONSERVACIÓN DE ENERGÍA

La ley de la conservación de la energía afirma que la cantidad total de energía en cualquier sistema físico aislado (sin interacción con ningún otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, solo puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se transforma en energía calorífica en un calefactor.

En termodinámica, constituye el primer principio de la termodinámica (la primera ley de la termodinámica).

En mecánica analítica, puede demostrarse que el principio de conservación de la energía es una consecuencia de que la dinámica de evolución de los sistemas está regida por las mismas características en cada instante del tiempo. Eso conduce a que la "traslación" temporal sea una simetría que deja invariante las ecuaciones de evolución del sistema, por lo que el teorema de Noether lleva a que existe una magnitud conservada, la energía.

Dentro de los sistemas termodinámicos, una consecuencia de la ley de conservación de la energía es la llamada primera ley de la termodinámica, la cual establece que, al suministrar una determinada cantidad de calor (Q) a un sistema, esta cantidad de energía será igual a la diferencia del incremento de la energía interna del sistema (ΔU) más el trabajo (W) efectuado por el sistema sobre sus alrededores.

               ΔU = Q - W

2.3.1 ENERGÍA CONTENIDA

Todo lo que hacemos o construimos requiere de una inversión inicial de energía.  La física define este concepto como la capacidad de realizar un trabajo, su magnitud se mide en Julios y se representa con la letra E. La energía está presente en todos los aspectos de la naturaleza y la vida, se puede manifestar de diversas formas y a través de distintos medios.

Los tipos de energía más comunes son la energía solar, proveniente de la radiación del astro rey; la energía mecánica, relacionada con el movimiento y la ubicación de los cuerpos en el espacio; la energía térmica, verificada mediante la transferencia de calor entre dos cuerpos a diferentes temperaturas y la energía eléctrica, que se produce debido a una diferencia de potencial, que permite establecer una corriente eléctrica entre dos puntos a partir de la cual se puede obtener trabajo.

Mientras que la mayoría de los seres vivos satisfacen sus requerimientos energéticos a través de la energía contenida en los alimentos.  Los seres humanos hemos aprendido a aprovechar la energía almacenada en los recursos para producir electricidad y potenciar la capacidad de transformación del medio físico.

El principio de conservación de la energía[4], nos dice que esta se transforma continuamente de una(s) forma(s) a otra(s) pero la cantidad total de energía es la misma antes, durante y después de la transformación.  Así, la energía que aprovechamos, procede de varias transformaciones previas. No se puede crear energía de la nada, siempre hay algo que la contiene en alguna de sus formas. La energía contenida puede definirse entonces como la suma de toda la energía necesaria para producir bienes o servicios.

2.3.2 ENERGÍA EN MOVIMIENTO (CALOR Y TRABAJO)

En física, la energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele abreviarse con letra E- o E+ (a veces también T o K).

DEFINICIÓN DE TRABAJO Y CALOR

Son intercambios energéticos que tienen lugar como consecuencia de las interacciones que pueden experimentar los sistemas termodinámicos. Tanto el calor como el trabajo son manifestaciones externas de la energía y únicamente se evidencian en las fronteras de los sistemas y solamente aparecerán cuando estos experimenten  cambios en sus estados termodinámicos. En las interacciones que experimentan los sistemas, estos pueden recibir o ceder energía. La energía se considera como una magnitud algebraica estableciéndose el siguiente criterio: trabajo que proporciona el sistema positivo y el que recibe negativo. Así mismo, el calor suministrado al sistema se considera positivo y el cedido por él negativo.

Definición mecánica de trabajo.

Es el producto de una fuerza por la distancia recorrida en la dirección de la fuerza.

En Termodinámica esta definición no enlaza los conceptos de sistema, propiedad y proceso. Por tanto es necesario definir trabajo termodinámicamente.

Definición termodinámica de trabajo.

Un sistema realiza trabajo durante un proceso si el único efecto en el medio exterior pudiese ser el levantamiento de un peso. Ejm: un sistema formado por una batería y un motor. En los límites del sistema se observa el trabajo entregado por el motor a la rueda de paletas. Si se sustituye la rueda de paletas por un conjunto de peso-polea,  el único efecto externo a la frontera del sistema será el levantamiento de un peso.

CALOR

Es la forma de energía que se transmite a través del límite de un sistema que está a una temperatura a otro sistema (o al medio exterior) a una temperatura mas baja debido a la diferencia de temperatura entre los dos sistemas. El calor es una función de trayectoria y su diferencial es inexacta, luego

La cantidad de calor transmitida cuando el sistema queda sometido a un cambio de estado del estado 1 al estado 2, depende de la trayectoria que siga el sistema durante el cambio de estado.

COMPARACION  ENTRE CALOR Y TRABAJO

Calor y trabajo son, ambos, fenómenos transitorios. Los sistemas nunca tienen calor o trabajo, pero cualquiera o ambos cruzan los límites del sistema, cuando éste sufre un cambio de estado.

Ambos, calor y trabajo, son fenómenos de límite. Ambos se observan solamente en los límites del sistema y ambos representan la energía que cruza el límite del sistema.