4. Principio de conservación de la energía
Actividad
Transformación energética
Una transformación energética va ser cualquier proceso en el cual un tipo de energía a través de un proceso físico o químico se transforma en otro tipo de energía.
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| Imagen 20. Motor de explosión de 4 tiempos. Fuente: http://www.carbibles.com |
Un ejemplo en que suceden múltiples transformaciones energéticas sería un motor de combustión de un coche.
Inicialmente el combustible almacena energía química en las moléculas que lo forman. Cuando el combustible explosiona dentro de los cilindros esa energía química se transforma en energía térmica. La energía térmica liberada hace mover los pistones de los cilindros, la energía pasa a ser energía cinética. Por último parte de la energía se pierde a través de las paredes del motor como calor y como energía de rozamiento entre sus piezas.
En ninguno de los procesos anteriores se crea o desaparece energía, lo que ocurre es que la energía pasa a tener distinta forma. Este es un caso particular del principio de conservación de la energía.
Actividad
Principio de conservación de la energía
En toda transformación energética la energía total de un sistema aislado pemanece constante. La energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede transformar de una forma a otra.
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| Imagen 21. Primera ley de la termodinámica Fuente: http://www.textoscientificos.com |
Si reflexionas un poco sobre el principio de conservación de la energía y el ejemplo del motor de explosión tal vez te des cuenta de que las cosas parecen no ser tan sencillas.
El principio de conservación establece que la energía total del sistema es constante. En principio pues, toda la energía química liberada por el combustible debería de transformarse en energía cinética en el pistón. Sin embargo el motor al funcionar se calienta, parte de la energía se está perdiendo en forma de calor a través de las paredes del motor, parece que no se esté cumpliendo el principio de conservación. ¿Qué está pasando?
Si te fijas en la definición del principio de conservación de la energía hay una expresión que aparece resaltada en negrita "sistema aislado". Un sistema aislado es aquel que no puede intercambiar ni materia ni energía con su entorno. El motor de explosión de un coche no es un sistema aislado ya que intercambia calor con el exterior (las paredes del motor emiten calor aumentando la temperatura del entorno), no se le puede aplicar el principio de conservación.
La mayoría de los sistemas físicos y máquinas industriales en particular no son sistemas aislados, necesitamos pues un principio más general que incluya al anterior pero que permita estudiar cualquier tipo de sistema, este principio es el primer principio de termodinámica.
Actividad
Primer principio de la termodinámica:
La variación de la energía interna de un sistema cerrado en una transformación energética es igual al calor comunicado al sistema desde el entorno menos el trabajo realizado por el sistema. Es decir:
Donde:
- ΔE = Variación de energía interna en el sistema.
- Ef y Ei =Energía final e inicial del sistema.
- Q = Calor o energía de cualquier tipo que recibe el sistema.
- W = Trabajo que se extrae del sistema.
Aclaraciones
Aclaraciones:
- Un sistema cerrado es aquel en el que no puede entrar ni salir materia.
- En el caso de que el sistema cediese calor al entorno en vez de recibirlo su valor se consideraría negativo.
- En el caso de que el trabajo lo recibiera el sistema en lugar de aportarlo su valor se consideraría negativo.
Ejemplo o ejercicio resuelto
