Principio de conservación de energía

El principio de conservación de la energía, también llamado Primera Ley de la Termodinámica, establece 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.

En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante. Este fenómeno se conoce con el nombre de Principio de conservación de la energía mecánica.

La Energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etc. Según sea el proceso, la energía se denomina:

Energía térmica

Energía eléctrica

Energía radiante

Energía química

Energía nuclear

La Energía se encuentra en constante transformación, pasando de unas formas a otras. La energía siempre pasa de formas más útiles a formas menos útiles. Por ejemplo, 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.

Los 3 Postulados de la Conservación de la Energía

– Ni existe ni puede existir nada capaz de generar energía.

Por ejemplo; un generador eléctrico no genera energía eléctrica de la nada, lo que hace es que una energía de movimiento en el generador la transforma en eléctrica.

– Ni existe ni puede existir nada capaz de hacer desaparecer la energía.

– Si se observa que la cantidad de energía varía, siempre será posible atribuir esta variación a un intercambio de energía con algún otro cuerpo o con el medio circundante (por no ser un sistema aislado).

Según esta Ley, para cumplirse, debe ser en un sistema aislado.

Pero… ¿Qué es un sistema aislado?

Sistema Aislado

– Sistema Aislado: Aquel que no interactúa con su entorno en modo alguno.

Tienen un comportamiento autónomo.

Sobrevive en base a sus propios mecanismos de funcionamiento.

Fíjate en la siguiente imagen y lo entenderás mucho mejor.

Un ejemplo se sistema aislado:  Una pelota que rueda por el suelo, la pelota sola no obedece a la ley de conservación de la energía, ya que no está aislada del suelo.

El suelo, de hecho, hace un trabajo sobre la pelota por fricción (rozamiento).

Sin embargo, si consideramos la pelota y el suelo juntos, será un sistema aislado y entonces si que se puede aplicar el principio de conservación de la energía.

Fíjate que la pelota interactúa con su entorno, en ese caso con el suelo, pero el sistema pelota-suelo no tiene ninguna interacción con su entorno.

El universo es un sistema aislado, como no sabemos qué hay afuera de él, ni si hay un afuera de él, debemos suponer que el universo es un sistema aislado, en el que no ingresa ni sale materia o energía, sino que opera de manera independiente de su entorno.

El principio de conservación de la energía es muy importante en física, porque gracias a él, podemos establecer las ecuaciones que equivalen a la suma de las diferentes formas de energía dentro de un sistema (suma de energías = energía total), y por lo tanto podemos ser capaces de resolver las ecuaciones para la velocidad, la distancia, o algún otro parámetro que dependa de la energía.

Luego veremos algunos ejercicios que se pueden resolver gracias a este principio.

Veamos ahora algunos ejemplos de transformación de energía donde se cumple este principio y donde podemos entenderlo mucho mejor:

Ejemplos del Principio de la Conservación de la Energía

1. En una bombilla eléctrica, la energía eléctrica se convierte en energía de la luz y calor.

2. En un micrófono, la energía del sonido se convierte en energía eléctrica, mientras que en un altavoz la energía eléctrica se convierte en energía sonora.

3. En una Central Hidroeléctrica, el agua cae desde una altura (energía potencial) sobre a una turbina haciendo que gire.

La energía en la turbina se convierte haciendo girar un generador eléctrico, generando de este modo una corriente eléctrica (energía eléctrica).

Por lo tanto, la energía potencial del agua se convierte en energía cinética de la turbina, y esta a su vez se convierte en energía eléctrica.

4. En una célula fotoeléctrica, la energía química se convierte en energía eléctrica.

Si se usa la célula para encender una bombilla, entonces la energía eléctrica se convierte en energía de la luz.

5. En el sol, la energía nuclear se convierte en energía de luz y calor.

Lo mismo ocurre en todas las reacciones nucleares en las estrellas.

6. Cuando una sustancia se calienta, la energía térmica se convierte en energía cinética de las moléculas.

Parte de la energía se utiliza para hacer el trabajo durante la expansión del gas.

7. Si un filamento de tungsteno se calienta (bombilla de filamento), emite electrones.

Por lo tanto, la energía térmica se convierte en energía eléctrica.

El efecto se llama la emisión termoiónica.

8. Cuando una corriente pasa a través de una resistencia, se genera calor.

Así, la energía eléctrica se convierte en energía térmica, por ejemplo, tostadoras, planchas, calentadores, etc.

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