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Energía térmica

Diagrama:
Ecuaciones para la energía térmica de gases, así como la variación en función de la temperatura de la respectiva capacidad calorífica molar a volumen constante.

La energía térmica o interna de una sustancia es la suma de las energías cinéticas de sus átomos y moléculas. Esta energía puede medirse en forma de temperatura. Si se aplica calor a la sustancia, aumenta la velocidad de las partículas y, con ello, la temperatura. En los gases moleculares, la contribución de calor, además del movimiento de traslación, puede provocar también la excitación de otras formas de movimiento (rotación y oscilación). Esto se expresa en el desarrollo escalonado de la capacidad calorífica molar (diagrama derecho). La capacidad calorífica molar de una sustancia indica cuánta energía se debe aportar para aumentar en 1 °C la temperatura de 1 mol de una sustancia. En las sustancias gaseosas se cumple: si las partículas de gas solo tienen movimiento lineal (traslación), la cantidad de calor que se debe aportar para aumentar en 1 °C la temperatura del gas permanece constante 3R/2. En el caso de los gases moleculares, las moléculas comienzan a rotar a partir de una determinada temperatura. En esta región (incremento lineal en el diagrama) es necesario aportar más energía para aumentar la temperatura en 1 °C, ya que la energía no se convierte solo en el movimiento de traslación, sino también en la excitación de la rotación. Cuando todas las partículas se hallan en rotación, la energía que se debe aportar para aumentar la temperatura en 1 °C vuelve a ser constante 5R/2. El incremento en la transición de la rotación a la oscilación puede explicarse de manera análoga.

Información e ideas:
La figura de conjunto resume el tema de la energía calorífica en el ejemplo de los gases. En la directriz "¿Qué es la energía?? figuran explicaciones exhaustivas y aclaraciones sobre el calor en cuerpos sólidos.

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Energía muscular

Fotografía:
Dos personas trotando.



Información e ideas:
Un ejemplo del proceso donde la energía química se convierte en energía mecánica.

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Curva de presión de vapor y diagrama de fases del agua

Diagramas:
Se comparan las curvas de presión de vapor (diagrama p-V) y el diagrama de fases (diagrama p-T) del agua.


Si se calienta agua a 100 °C a presión atmosférica normal, ésta se convierte en vapor. Pero, ¿qué efecto tiene aumentar o disminuir la presión sobre la temperatura de vaporización?
La curva de presión de vapor (curvas T en el diagrama p-V a la izquierda) y el diagrama de fases (diagrama p-T a la derecha) contestan dicha pregunta. La presión de vapor es la presión a la cual la fase líquida y gaseosa están en equilibrio, es decir, el mismo número de moléculas que se evaporan se condensan nuevamente. Por encima de la temperatura crítica (se dan valores numéricos) el agua es siempre gaseosa, independientemente de la temperatura, y se la puede tratar como un gas real (ecuación de Van der Waals, fórmula provista). Para cada temperatura por debajo de la temperatura crítica hay una presión de vapor para la cual hay una zona bifásica (líquida y gaseosa). Se puede deducir, a partir del aumento pronunciado en las curvas en el intervalo de la fase líquida, que las sustancias líquidas son apenas compresibles.
No se ha de confundir la temperatura crítica con la temperatura del punto triple (véase el diagrama p-T). Esto caracteriza los valores de temperatura y presión a los cuales todas las fases (sólida, líquida y gaseosa) están presentes simultáneamente.

Información e ideas:
¿A qué temperatura hierve el agua en el Monte Everest? Las "tablas de presión de vapor? proveen información sobre esto. También sería interesante referirse a los puntos de transición de fases como puntos críticos de temperatura. En la transición de la fase líquida a la gaseosa la energía aplicada no causa inicialmente un aumento de la temperatura. Lo mismo es pertinente a la fusión del hielo. No es sino hasta que toda el agua se ha evaporado o fundido que la temperatura aumenta.

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Vela encendida

Fotografía:
Una vela encendida.



Información e ideas:
Un ejemplo de la conversión de energía química en energía térmica.

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Energía

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Relámpago - energía eléctrica del cielo

Fotografía:
Relámpago entre tierra y nube - un buen ejemplo de energía eléctrica en la naturaleza.

Corrientes de aire en ascensión generan por fricción electricidad a partir de la energía mecánica en forma de nubes cargadas eléctricamente con una carga de hasta aprox. 20 As (amperio-segundo). Cuando la diferencia de potencial eléctrico entre la nube y la superficie terrestre es superior a 100 mill. V, se produce una descarga violenta en forma de arco voltaico. Dado que la descarga se produce en fracciones de un segundo, pueden presentarse intensidades de corriente de hasta 100 000 A. Tomando como referencia un tiempo de descarga de 0,4 ms, p. ej., la intensidad de corriente sería de
50 000 A. Con esa intensidad de corriente, la potencia de un relámpago se sitúa en 5 teravatios (TW). 1 TW equivale a un billón de vatios. La energía liberada asciende entonces a 560 kWh.

Información e ideas:
A modo de estudio suplementario podría comentarse la física de la descarga gaseosa. También resulta interesante calcular el contenido de energía de un relámpago y compararlo con la potencia calorífica de la gasolina. ¿A qué cantidad de gasolina equivale la energía de un relámpago? Otro ejemplo de la presencia de energía eléctrica en la naturaleza son las anguilas eléctricas, capaces de producir energía eléctrica a partir de una reacción bioquímica.

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Electricidad Energía

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Energía magnética

Figura de conjunto:
Se comparan dos formas en las que se manifiesta la energía magnética: la energía magnética de una bobina por la que circula corriente y la de un imán molecular.

La energía magnética es la energía acumulada en forma de campo magnético de una bobina por la que fluye energía eléctrica. Resulta del trabajo que la energía eléctrica debe realizar en contra del voltaje inducido (ley de inducción de Faraday). A la inversa, cuando el campo magnético desaparece, esta energía magnética se libera de nuevo en forma de energía eléctrica. En un material magnetizado también hay acumulada energía magnética: equivale al trabajo que se debe realizar para orientar los dipolos magnéticos de ese material en un campo magnético externo. En materiales ferromagnéticos, los dipolos magnéticos se alinean en pequeñas regiones (dominios magnéticos de Weiss) sin necesidad de un campo magnético externo. Si ahora se procede a orientar los dominios de Weiss por medio de un campo magnético externo, se obtiene un imán permanente.
Por cierto: si se calienta un imán permanente, este perderá su imantación por encima de una temperatura crítica. La energía magnética se libera en forma de calor adicional al superar ese punto, más conocido como temperatura de Curie.

Información e ideas:
Un experimento sencillo sobre la imantación: un imán permanente imanta un clavo de hierro al frotar éste contra el imán. ¿Qué trabajo se debe realizar aparte del trabajo de rozamiento? Qué se "consume? en el proceso, ¿el imán permanente o su energía magnética?

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Bombilla de xenón para automóvil

Fotografía:
Una bombilla de xenón para automóvil.



Información e ideas:
Un ejemplo de la conversión de energía eléctrica en energía radiante.

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Schlüsselwörter

Energía

Sprachen

Spanisch

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Colectores solares

Fotografía:
Colectores solares en el techo de una vivienda.



Información e ideas:
Un ejemplo de la conversión de energía radiante en energía térmica.

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Schlüsselwörter

Energía Energía solar

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Spanisch

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Dínamo de bicicleta

Fotografía:
Una dínamo de bicicleta.


Información e ideas:
Un ejemplo de un generador de electricidad que convierte energía mecánica en energía eléctrica.

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Energía

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Energía química

Diagrama:
Energía química como energía de enlace entre átomos representada en forma de curva de potencial.

La energía química se encuentra tanto en el enlace de átomos y moléculas como en la posibilidad (potencial) de establecer un enlace químico. Esta se puede liberar en forma de calor al formarse o deshacerse los enlaces. Este "calor de reacción? recibe también el nombre de entalpía de reacción (H). Si se libera calor (dH < 0), se habla de una reacción exotérmica; si se consume calor (dH > 0), de una endotérmica.
Toda mezcla de sustancias de partida que pueda reaccionar dando lugar a otras sustancias o productos de reacción debe ser entendida, por tanto, como un potencial de energía química.
A escala microscópica, esta energía está contenida en los enlaces entre los diferentes átomos, tal y como ilustra la curva de potencial.

Información e ideas:
La energía química es una forma de energía que se puede acumular fácilmente, ya sea en el cuerpo humano o en pilas, baterías y acumuladores. Otro ejemplo es el hidrógeno como depósito de energía química para energías renovables.