Unidades, Energía y Calor: Conceptos Fundamentales de Física

Cambios de Unidades (Longitud, Área)

                        36 km =    36000 m

                        0,84 cm = 8,40 mm

                        1,64 m =   164 cm

                        601 dam = 6,01 km

                        0,02 m² = 200 cm²

                        2,3 hm² = 0,023 km²

                        17,6 dam² = 176000 dm²

Cambio de Unidades (Masa)

                        4,5 kg =      4500 dg

                        54,3 mg = 0,0543 g

                        0,0565 dag = 0,00565 hg

                        2 toneladas = 2000 kg

Relación entre Unidades y Magnitudes

• Metros (m): Profundidad de una piscina
• Toneladas (t): Masa de un elefante
• mg (miligramos): Masa de una aspirina
• Km (kilómetros): Distancia entre dos ciudades
• cL (centilitros): Capacidad de un refresco
• Litros (L): Capacidad de un bidón de agua
• cm (centímetros): Longitud de un folio

Cambios de Unidades (Volumen)

                        33,5 cl =   0,335 litros

23 kl =        23.000.000 ml

                        23 km³ = 23.000.000 dam³

                        14 mm³ =    0.000000014 m³

                        1 dm³ = 1 litro

                        97,05 l = 97,05 dm³

                        56 l =          56000 cm³

Cambios de Unidades (Tiempo)

3 h 5 min 2 s =      11.102 s

1 día y 10 minutos =                       87.000 s

120 minutos =             2 horas

a) ¿Qué es la Energía?

La energía es la capacidad que tienen los cuerpos o sistemas materiales para transferir calor o realizar un trabajo. Se mide en Julios (J).

b) Calor

Es la energía que se transmite entre dos cuerpos como consecuencia de la diferencia de temperatura.

c) Trabajo

Es el movimiento bajo la acción de una fuerza.

d) Máquinas

Una máquina es una herramienta que facilita o acelera el trabajo al aplicar una fuerza. Las seis máquinas básicas son:

• Palanca
• Polea
• Plano inclinado
• Cuña
• Tornillo
• Rueda y eje

Conservación de la Energía

“La energía ni se crea ni se destruye… solo se transforma”. Esta frase se refiere a que la energía puede cambiar de una forma a otra, pero la cantidad total de energía en un sistema aislado permanece constante.

Tipos de Energía

a) Energía Térmica o Calorífica

Es la energía liberada en forma de calor.

b) Energía Mecánica o Motriz

Se debe a la posición y movimiento de un cuerpo. Hay dos tipos:

• Energía Potencial (Ep): Depende de la altura.
• Energía Cinética (Ec): Depende de la velocidad.

Fórmula: Em = Ec + Ep

c) Energía Química

Es la energía almacenada en los enlaces químicos de los compuestos. Se libera o absorbe durante las reacciones químicas. Ejemplos: pilas, baterías.

d) Energía Nuclear

Se obtiene al producirse cambios en el núcleo de un átomo. Se puede liberar mediante dos procesos:

• Fisión Nuclear: Separación de un núcleo pesado en núcleos más ligeros.
• Fusión Nuclear: Unión de núcleos ligeros para formar un núcleo más pesado.

Fuentes de Energía

Son recursos naturales o artificiales que permiten obtener energía. Se dividen en dos grupos:

• Renovables: Se regeneran de forma natural y son consideradas inagotables. Ejemplos: solar, eólica, hidráulica.
• No Renovables: Son recursos finitos que se agotan con el uso. Ejemplos: carbón, petróleo, gas natural.

Energías Renovables

Energía Solar: Se obtiene a partir de la radiación solar. Es limpia y se puede convertir en energía eléctrica mediante paneles solares.

Energía Eólica: Se obtiene del viento mediante aerogeneradores. Es limpia y no produce emisiones contaminantes.

Energía Hidráulica: Se obtiene del movimiento del agua en ríos y embalses. Se utiliza para generar electricidad en centrales hidroeléctricas.

Energía Mareomotriz: Se obtiene de las mareas, aprovechando la diferencia de altura entre la pleamar y la bajamar.

Energía Geotérmica: Se obtiene del calor interno de la Tierra. Se utiliza para generar electricidad y para calefacción.

Energía de Biomasa: Se obtiene de la materia orgánica, como residuos agrícolas o forestales. Se puede utilizar para generar electricidad o biocombustibles.

Energías No Renovables

Carbón: Roca sedimentaria rica en carbono, utilizada como combustible fósil. Su combustión genera emisiones contaminantes.

Petróleo: Mezcla de hidrocarburos, utilizado para producir combustibles y otros productos. Su extracción y combustión tienen un impacto ambiental significativo.

Gas Natural: Mezcla de gases, principalmente metano. Es menos contaminante que el carbón y el petróleo, pero sigue siendo un combustible fósil.

Energía Nuclear: Se obtiene de la fisión nuclear del uranio. Genera residuos radiactivos que requieren un manejo especial.

Diferencias entre Energía Térmica, Temperatura y Calor

Energía Térmica: Es la energía total de las partículas que componen un cuerpo, asociada a su movimiento y vibración.

Temperatura: Es una medida de la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo. Se mide en grados Celsius (°C), Fahrenheit (°F) o Kelvin (K).

Calor: Es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas. Fluye del cuerpo con mayor temperatura al de menor temperatura.

Escala de Temperatura Celsius

La escala Celsius (°C) es la más utilizada en la mayoría de los países para medir la temperatura.

Escala de Temperatura Fahrenheit

La escala Fahrenheit (°F) se utiliza principalmente en Estados Unidos y algunos otros países.

Conversión de Celsius a Fahrenheit: T(°F) = T(°C) * 1.8 + 32

Conversión de Fahrenheit a Celsius: T(°C) = (T(°F) – 32) / 1.8

Escala de Temperatura Kelvin

La escala Kelvin (K) se utiliza en ciencia y se basa en el cero absoluto, la temperatura teóricamente más baja posible.

Conversión de Celsius a Kelvin: T(K) = T(°C) + 273.15

Conversión de Kelvin a Celsius: T(°C) = T(K) – 273.15

Transformaciones de Temperatura:

-10 °C a Kelvin: -10 + 273.15 = 263.15 K

-32 °F a Celsius: (-32 – 32) / 1.8 = 0 °C

-500 K a Celsius: -500 – 273.15 = -773.15 °C

-52 °C a Fahrenheit: -52 * 1.8 + 32 = -61.6 °F

-90 °C a Fahrenheit: -90 * 1.8 + 32 = -130 °F

-36 °C a Kelvin: -36 + 273.15 = 237.15 K

Interpretación de la Gráfica (Cambio de Estado del Agua)

La gráfica describe el proceso de calentamiento de un bloque de hielo desde -30 °C hasta su transformación en vapor. Se observan los cambios de estado: sólido (hielo) a líquido (agua) a 0 °C (punto de fusión) y de líquido a gas (vapor) a 100 °C (punto de ebullición).

Propagación del Calor

Conducción: Transferencia de calor a través de un material sin movimiento macroscópico de la materia. Es más efectiva en sólidos, especialmente metales.

Convección: Transferencia de calor mediante el movimiento de fluidos (líquidos o gases). El fluido caliente asciende y el frío desciende, creando corrientes de convección.

Radiación: Transferencia de calor mediante ondas electromagnéticas. No requiere un medio material para propagarse.

Verdadero o Falso:

* La convección se puede producir en cualquier tipo de materia: Falso (solo en fluidos)

* La conducción térmica se da cuando dos cuerpos se encuentran a una distancia inferior a 15 cm y cuando están a la misma temperatura: Falso (a diferente temperatura)

* Con la conducción térmica conseguimos el equilibrio térmico de los materiales en contacto: Verdadero

* Las corrientes de convección solo se dan en la red eléctrica: Falso (en fluidos)

* Para que exista radiación tiene que haber contacto entre los cuerpos: Falso (no requiere contacto)

Tabla de Magnitudes y Unidades

Cambios de Estado de la Materia

Sublimación: Sólido a gas

Fusión: Sólido a líquido

Ebullición: Líquido a gas

Solidificación: Líquido a sólido

Condensación: Gas a líquido

Sublimación Inversa: Gas a sólido

Estados de la Materia