Elementos de Física - Aplicaciones ENERGÍA - UTN

Elementos de Física - Aplicaciones
ENERGÍA
Taller Vertical 3 de Matemática y Física Aplicadas
MASSUCCO – ARRARÁS – MARAÑON DI LEO
Energía
La energía es una magnitud física que
está asociada a la capacidad de generar
un trabajo.
Su unidad de medida son los JOULES (J) = kg x m²
s²
Formas de energía
- Energía Térmica
- Energía Eléctrica
- Energía Radiante
- Energía Química
- Energía Mecánica
- Energía Hidráulica
Energía Térmica
La Energía Térmica se debe al movimiento de las
partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja
temperatura tendrá menos energía térmica que otro
que esté a mayor temperatura.
La transferencia de energía térmica de un cuerpo a
otro debido a una diferencia de temperatura se
denomina calor.
Energía Eléctrica
La Energía eléctrica es causada por el movimiento de
las cargas eléctricas en el interior de los materiales
conductores.
Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos:
luminoso, térmico y magnético.
Energía Radiante
La Energía radiante es la que poseen las ondas
electromagnéticas como la luz visible, las ondas de
radio, etc.
La característica principal de esta energía es que se
puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte
material alguno.
Energía Radiante
ENERGÍA SOLAR
Energía Química
La Energía Química es la que se produce en las
reacciones químicas.
Combustión de butano
Energía Química
La Energía Química es la energía almacenada en el núcleo
de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares.
Energía nuclear controlada en una central Nuclear
Energía nuclear incontrolada en una
bomba atómica
Energía Mecánica
La energía mecánica es la producida por
fuerzas de tipo mecánico, y la poseen los
cuerpos por el hecho de moverse o de
encontrarse desplazados de su posición de
equilibrio.
Energía Hidráulica
La energía hidráulica es la energía que se
obtiene de la caída del agua desde cierta altura
hasta un nivel inferior, lo que provoca el
movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas,
que la transforman en energía eléctrica.
Energía Hidráulica
Principio de conservación de la energía
El Principio de conservación de la energía
indica que la energía no se crea ni se destruye;
sólo se transforma de unas formas en otras.
En estas transformaciones, la energía total
permanece constante; es decir, la energía total
es la misma antes y después de cada
transformación.
Transformaciones de la energía
Transformaciones de la energía
En un volcán la energía interna de las rocas fundidas puede
transformarse en energía térmica produciendo gran cantidad de
calor; las piedras lanzadas al aire y la lava en movimiento poseen
energía mecánica; se produce la combustión de muchos
materiales, liberando energía química; etc.
TRANSFERENCIA DE ENERGÍA
Transferencia de energía
La transferencia de energía se produce de dos formas:
Mediante el calor. El Intercambio térmico se produce, entre
dos sistemas que se encuentren en desequilibrio térmico;
esto es a diferente temperatura. Pasa del de mayor
temperatura a menor. Dos sistemas a igual temperatura se
encuentran en equilibrio térmico.
Mediante trabajo. El intercambio mecánico se da cuando las
fuerzas actúan sobre los cuerpos y se desplazan, deforman
o modifican de algún modo su movimiento. Es el tipo de
intercambio energético que se produce en las máquinas: un
auto, una grúa.
CALOR
Calor
Cuando nos hablan
de calor,
generalmente lo
asociamos a
temperatura.
Pero qué es la
temperatura y qué es
el calor?
Calor
Calor
Supongamos que tenemos dos cuerpos con
diferentes temperaturas, de tal forma que el
cuerpo A tiene una mayor temperatura que el
cuerpo B.
Es decir TA > TB
Y luego ponemos en contacto estos cuerpos.
¿Qué sucede?
Calor
El CALOR siempre fluye de los cuerpos de más
a los cuerpos de menos TEMPERATURA.
A
Q
B
Calor
Temperatura
TA
TE
TB
tiempo
Propagación del Calor
Conducción del Calor
La conducción de calor es un mecanismo de transferencia de
energía térmica entre dos sistemas basado en el contacto
directo de sus partículas.
Esta forma de transmisión del calor se origina en sólidos y
tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre
diferentes cuerpos en contacto.
Conductividades Térmicas
Conductividades térmicas de algunos materiales a temperatura ambiente
Conducción del Calor
La expresión que rige la transmisión del calor en la unidad de
tiempo por conducción es:
Conducción del Calor
Ej: Supongamos tener una pared de 5 metros de largo por 3.5 de
alto y 15 cm de espesor, la temperatura interior es de 18º C y la
exterior es de 40º C. Calcular la cantidad de calor por unidad de
tiempo que penetra a través de la pared.
Considere que el ladrillo tiene una conductividad
k = 0.0015 cal/seg.cm.ºC
Q = k . A (t hot – t cold)
t
L
Siendo:
A = 5 m x 3.5 m = 17.5 m² = 175000 cm²
T hot = 40 ºC
T cold = 18ºC
L = 15 cm
Conducción del Calor
Q = k . A (t hot – t cold)
t
L
Q = 0,0015 cal
t
seg.cm.ºC
Q = 385 cal / seg
t
x 175000 cm² (40ºC – 18ºC)
15 cm
Conducción del Calor
Si el flujo de calor es a través de varias barreras, se puede
generalizar la expresión:
Conducción del Calor
Ej: Supongamos que a la pared de ladrillo del ejercicio anterior
le colocamos 1 cm de madera de revestimiento. Calculemos la
cantidad de calor por unidad de tiempo que penetra a través de
la pared y vemos si es menor con este revestimiento.
Consideremos que el ladrillo tiene k1 = 0.0015 cal/seg.cm.ºC y
la madera k2 = 0.0003 cal/seg.cm.ºC
Siendo:
A = 5 m x 3.5 m = 17.5 m² = 175000 cm²
T hot = 40 ºC
T cold = 18ºC
L 1= 15 cm
L 2= 1 cm
Conducción del Calor
Q = 288,75 cal /seg
t
Cantidad menor a la obtenida en el ejercicio anterior
(Q /t = 385 cal / seg )
Convección
La convección es una de las tres formas de transferencia
de calor y se caracteriza porque se produce por intermedio
de un fluido (aire, agua) que transporta el calor entre zonas
con diferentes temperaturas.
Convección
Radiación
La Radiación es la transferencia de energía transportada por
ondas electromagnéticas, que emiten los cuerpos calientes y
son absorbidas por los cuerpos fríos.
Radiación
Radiación
Efectos del calor
Efectos del calor: Dilatación de sólidos
Se define dilatación como el aumento de
volumen que experimentan los cuerpos
cuando reciben calor.
Se produce por el movimiento térmico de sus
partículas que hace que tiendan a separarse.
Efectos del calor
Efectos del calor: Dilatación de líquidos
Al calentar los líquidos sus volúmenes
aumentan con la temperatura.
Efectos del calor
Efectos del calor: Dilatación de gases
- Los gases se dilatan mucho más que los líquidos.
- Las partículas de cualquier gas chocan con las paredes del
recipiente que los contiene produciendo presión.
Conductores y Aislantes
Los Aislantes Térmicos son materiales que
no conducen bien el calor.
Los Conductores Térmicos, conducen bien el
calor. En general, los metales lo son.
Conductores y Aislantes
Aislantes térmicos: El aire seco y en reposo es mal conductor
del calor. Por ello, una solución constructiva de uso difundido y
económica, es la creación de una cámara de aire (idealmente
entre 3 y 15 cm de espesor), colocada entre dos capas de
ladrillos de un muro de cerramiento.
Conductores y Aislantes
Conductores térmicos: Los metales son buenos conductores
de calor, y cuanto mayor sea su superficie de contacto con el
exterior, mayor será la transferencia de calor a ese medio. Esta
propiedad se usa en las serpentinas de radiadores de equipos
de calefacción de viviendas, que así transmiten de forma más
eficiente el calor interno al espacio exterior.
Cuestiones energéticas
Planteo 1 – Página 7
La madera es mejor aislante que el
vidrio. Sin embargo, se suele emplear
fibra de vidrio para aislar
construcciones de madera. ¿Por qué?
Cuestiones energéticas
La fibra de vidrio es un buen aislador; varias
veces mejor aislante que el vidrio debido al
aire que queda atrapado entre las fibras.
Cuestiones energéticas
Fin de la presentación!!!!