Conservación y transformación energética.
El concepto de conservación de energía.
Una ley fundamental que se ha observado que se cumple para todos los fenómenos naturales requiere la conservación de la energía, es decir, que la energía total no cambia en todos los muchos cambios que ocurren en la naturaleza. La conservación de la energía no es una descripción de ningún proceso que ocurra en la naturaleza, sino que es una afirmación de que la cantidad llamada energía permanece constante independientemente de cuándo se evalúa o qué procesos, posiblemente incluyendo transformaciones de energía de una forma a otra. continuar entre evaluaciones sucesivas.
La ley de conservación de la energía se aplica no solo a la naturaleza en su conjunto sino también a los sistemas cerrados o aislados dentro de la naturaleza. Por lo tanto, si los límites de un sistema se pueden definir de tal manera que no se agregue o elimine energía del sistema, entonces la energía debe conservarse dentro de ese sistema, independientemente de los detalles de los procesos que ocurren dentro de los límites del sistema. Un corolario de esta declaración de sistema cerrado es que siempre que la energía de un sistema determinada en dos evaluaciones sucesivas no sea la misma, la diferencia es una medida de la cantidad de energía que se ha agregado o eliminado del sistema en el sistema. intervalo de tiempo transcurrido entre las dos evaluaciones.
La energía puede existir en muchas formas dentro de un sistema y puede convertirse de una forma a otra dentro de las restricciones de la ley de conservación. Estas formas diferentes incluyen energía gravitacional, cinética, térmica, elástica, eléctrica, química, radiante, nuclear y de masa. Es la aplicabilidad universal del concepto de energía, así como la integridad de la ley de su conservación en diferentes formas, lo que lo hace tan atractivo y útil.
Transformación de energía.
Un sistema ideal
Se proporciona un ejemplo simple de un sistema en el que la energía se convierte de una forma a otra al lanzar una pelota con masa m al aire. Cuando la pelota se lanza verticalmente desde el suelo, su velocidad y, por lo tanto, su energía cinética disminuye de manera constante hasta que se detiene momentáneamente en su punto más alto. Luego se revierte, y su velocidad y energía cinética aumentan constantemente a medida que regresa al suelo. La energía cinética E k de la pelota en el instante en que salió de la tierra (punto 1) era la mitad del producto de la masa y al cuadrado de la velocidad, o 1 / 2 mv 1 2, y disminuyó de manera constante hasta cero en el punto más alto (punto 2). Cuando la pelota se elevó en el aire, ganó energía potencial gravitacional E p. Potencial en este sentido no significa que la energía no sea real, sino que se almacena en alguna forma latente y puede ser utilizada para hacer el trabajo. La energía potencial gravitacional es la energía que se almacena en un cuerpo en virtud de su posición en el campo gravitacional. Se observa que la energía potencial gravitacional de una masa m está dada por el producto de la masa, la altura h alcanzada en relación con alguna altura de referencia y la aceleración g de un cuerpo resultante de la gravedad de la Tierra tirando de ella, o mgh. En el instante en que la pelota salió del suelo a la altura h 1, su energía potencial E p1 es mgh 1. En su punto más alto, su energía potencial E p2 es mgh 2. Aplicando la ley de conservación de la energía y suponiendo que no haya fricción en el aire, se suman para formar las siguientes ecuaciones:
En este ejemplo idealizado, la energía cinética de la pelota a nivel del suelo se convierte en trabajo al elevar la pelota a h 2, donde su energía potencial gravitacional se ha incrementado en mg (h 2 - h 1). A medida que la bola cae de nuevo al nivel del suelo h 1, esta energía potencial gravitatoria es de nuevo convertida en energía cinética y su energía total en h 1 de nuevo es 1 / 2 mv 1 2 + mgh 1. En esta cadena de eventos, la energía cinética de la pelota no cambia en h 1; así, el trabajo realizado en la pelota por la fuerza de gravedad que actúa sobre ella en este ciclo de eventos es cero. Se dice que este sistema es conservador.
