Clase N° 4

Formas de transmisión del calor

Entre dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas, siempre se produce una transferencia de energía denominada calor. Por ejemplo cuando se coloca un termómetro en contacto con un cuerpo que se encuentra a mayor temperatura que el cuerpo, se transfiere energía de el cuerpo hacia el termómetro. Se dice que pasa calor. El pasaje de calor se lleva a cabo hasta que la temperatura del cuerpo y la del termómetro se igualan, en ese momento se dice que el sistema cuerpo-termómetro ha alcanzado el equilibrio térmico.
Se pueden reconocer tres formas de transmisión del calor: conducción, convección y radiación.

Conducción.
El proceso de transmisión del calor por conducción consiste en una transferencia de energía desde una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, sin que haya transporte de materia a través de uno o varios cuerpos. Este tipo de fenómeno se presenta en sólidos.
Ejemplo 1: Si se coloca una de las puntas de una varilla de metal en contacto con el fuego, después de un tiempo habrá aumentado la temperatura del otro extremo. El calor se ha trasmitido desde un extremo al otro de la varilla por conducción.
Ejemplo 2: Si se coloca dentro de una taza con agua caliente una cuchara metálica con una temperatura inferior a la del agua, después de un tiempo se puede detectar que la parte de la cuchara que esta fuera del líquido también se calentó. El calor paso por conducción de un extremo al otro de la cuchara.

Convección.
Esta forma de transmisión de calor se presenta en sistemas líquidos y gaseosos. Este proceso esta caracterizado por la producción de corrientes de fluido, debido a cambios en su densidad. En este tipo de transmisión de calor hay transporte de materia y de energía simultáneamente y en la misma dirección.
Por ejemplo al calentar agua en un recipiente sobre el fuego, se producen movimientos del liquido debido a cambios en su densidad. El agua que se calienta en la parte inferior es menos densa que el agua fría de la parte superior, y la diferencia de densidades produce el ascenso del agua menos densa. 

Radiación.
Este tipo de transmisión de calor se lleva a cabo a través de ondas electromagnéticas y no es necesario que haya contacto físico entre los cuerpos entre los cuales se produce el intercambio de calor. Esta es la forma en la cual el calor del sol se transmite hacia la superficie terrestre (y por ende hacia nosotros).
No solo el Sol emite radiación; en realidad todos los cuerpos lo hacen y la única condición es que dichos cuerpos tengan una temperatura absoluta superior a 0 K. Los cuerpos emiten y absorben energia en forma de radiación continuamente. Si la temperatura del entorno es menor a la del cuerpo emite mas de lo que absorbe (es decir tiene emisión neta), y viceversa. Cuando la temperatura del cuerpo es igual a la de su entorno se alcanza el equilibrio térmico, y la velocidad de absorción y emisión son iguales.
En la teoría de la radiación, se llama cuerpo negro a un absorbente perfecto, es decir, a un cuerpo capaz de absorber toda la radiación que le llega. La relación entre lo que efectivamente emite un cuerpo negro y lo que emitiria el cuerpo negro en iguales circunstancias se expresa mediante un coeficiente de emisión que se designa con la lera e:

La ley de Stefan-Boltzman permite calcular la radiación emitida por un cuerpo; según esta ley, la energía radiada por la unidad de superficie de un cuerpo en una unidad de tiempo es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura absoluta. La expresión matemática de la ley de Stefan-Boltzman es la siguiente:

Clase N° 3

LA ENERGÍA: FORMAS Y PROPIEDADES

Definición física de energía 

Se la define como una magnitud física relacionada con la capacidad que tiene un sistema para realizar un trabajo o acción.
Si un automovil choca contra una columna, puede doblarl. Una piedra de granito puede romper un techo. Un meterorito hace un pozo al caer. Un martillo al que se le ha impreso una velocidad conveniente, puede hundir un clavo en la madera. En todos estos casos se ha vencido una resistencia a lo largo de un camino, se ha realizado un trabajo.
Un cuerpo tiene energia cuando es capaz de realizar un trabajo.
 
Unidades en que se mide la energía
Desde el punto de vista legal la energía se debe medir en joules, sin embargo a veces se utilizan otras unidades para expresarla.

Transferencia de energía

El intercambio de energía entre 2 o mas cuerpos se realiza solo mediante tres formas: calor, trabajo y radiación.

Calor
Este tipo de transferencia se da cuando sistemas que se encuentran a mayor temperatura entregan energía a cuerpos que se hayan a menor temperatura.

 

Ejemplos: al soldar caños, la llama del mechero entrega energía al plomo y lo funde; para calentar alimentos se los puede colocar en un horno caliente, en el que parte de la energía proveniente de la combustión del gas pasa a los alimentos.

Trabajo
La forma de trasferir energia desde un sistema a otro mediante la accion de fuerzas se denomina trabajo. Para que exista un trabajo no basta con que haya fuerzas entre los sistemas; se debe dar ademas una real transferencia de energia desde uno al otro.
Ejemplo: una persona tiene que mover un mueble y lo empuja. Si logra desplazarlo, le esta transfiendo energia al mueble por accion de una fuerza.

Radiación
Esta forma de transferir energia se realiza mediante ondas y recibe el nombre de radiación. 
Ejemplos: la luz es una forma de radiación por la cual se trasmite energía desde una fuente luminosa al ojo. Tambien hay radiación en le funcionamiento de un telefono celular, ya que el mismo depende de que una señal -esto es energía- le llegue desde una antena emisora hasta la antena receptora del aparato.
Cuando una persona se saca una radiografia, se produce una fuerte emisión de energía que, al atravesar el cuerpo del paciente, produce reacciones químicas en la placa.

Tipos de energía

Energía cinética
Es la energia que tienen los cuerpo debido a su movimiento. La energía cinética depende de la velocidad del cuerpo. Cuanto mayor sea la velocidad del cuerpo en movimiento, mayor será la energía cinética. Ademas de la velocidad en este tipo de energía interviene la masa del cuerpo. A igual velocidad, la energia cinética de un camión grande es mayor que la energía cinética que tiene un automovil pequeño.
Ejemplo: Un carrito de montaña rusa adquiere energía cinética a medida que cae.

Energia potencial gravitatoria.
Esta energía esta relacionada con la posibilidad que tiene un cuerpo de modificarse o modificar a otros debido a su posicion en el campo gravitatorio.
Un cuerpo tiene mas energia potencial gravitatoria cuanto mayor es la altura  ya que la posibilidad de modificarse, y modificar a otros, al caer aumenta al estar mas alto.
Ejemplo: Una roca colocada a cierta altura, puede, si cae, hundir una casa. La araña que tenemos en el comedor puede, si cae, romper una mesa. Tienen energia pero "en potencia", y por eso se llama energia potencial.

Energia interna.
Es la energia debida tanto al movimiento de las partículas que forman un cuerpo como a la energia que genera la posición relativa de esas partículas.
Ejemplo: en un gas monoatómico (He) la energia interna consta de la energía cinética de traslación de los átomos.






Energia eléctrica
Al cerrar el circuito se produce el pasaje de una corriente eléctrica. Durante este proceso, pasa energía de una parte del circuito a otr. Por ejemplo al cerrar el circuito interno de una linterna (al presionar el interruptor), la energia interna de la pila permite encender la lamparita, en la que se emite energía en forma de luz y se calienta el filamento. La energia de la corriente eléctrica que permite esta transferencia se llama energía eléctrica.

Energia nuclear
En aquellos casos en los cuales las partículas adquieren energía cinética debido a procesos en los que intervienen modificaciones en el nucleo del átomo, se dice que la energía es de origen nuclear.
Ejemplo: la energia del Sol es energía nuclear. En las condiciones de presion y temperatura que se dan en una estrella, se produce el fenómeno de fusión nuclear por el que los nucleos de hidrógeno se unen para formar helio. Durante este proceso se libera gran cantidad de energía.

 

No solo en las estrellas se producen transformaciones nucleares. En las centrales de nucleares de Atucha y Embalse se produce energía nuclear mediante un proceso de fisión nuclear.