Ley de la conservación de la energía

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Ley de la conservación de la energía
Contenido
Ley de la conservación de la energía	3
Conservación de la energía mecánica	3
Conservación de la energía en termodinámica	4
Ley de la conservación de la energía
Los físicos definen a la energía como la capacidad para realizar un trabajo o producir calor. Por ejemplo, mover una caja del piso a una mesa es un trabajo, y para hacerlo se necesita energía.
Si pudiéramos medir la energía antes y después de subir la caja a la mesa, encontraríamos que es igual. En la física, la cantidad de energía en el Universo es siempre la misma. Esto significa que la energía que existe no aumenta ni disminuye. Lo que sí sucede con la energía es que puede transformarse, por ejemplo la energía solar se puede transformar en energía química y está en energía eléctrica.
De aquí se deduce el enunciado de la ley de conservación de la energía, que dice:
· "La energía no se crea ni se destruye".
Esto fue lo que dedujo el físico inglés James Joule en 1843. Joule descubrió esto con el siguiente experimento: dentro de un tanque de agua colocó una rueda de paletas conectadas a un objeto pesado con una roldana.
Cuando el peso bajaba, hacia girar las paletas, con lo que se movía el agua y también subía su temperatura. De esta forma demostró que la energía del objeto al caer se transformaba en energía de movimiento de las paletas, y esta energía se transfiere como calor al agua.
Conservación de la energía mecánica
El principio de conservación de energía se puede demostrar cuando se estudia la energía que posee un objeto que se encuentra a una altura y adquiere movimiento. La energía mecánica de un objeto es la suma de dos tipos diferentes de energía: energía potencial y energía cinética.
La energía potencial es la energía almacenada que resulta de la posición o configuración del sistema. Por ejemplo, la energía potencial gravitatoria de un objeto es debido a su posición con respecto a la superficie terrestre u otro nivel de referencia apropiado.
Por otro lado, la energía cinética es la energía del movimiento. Un sistema al moverse está haciendo uso de su energía cinética.
La conservación de la energía mecánica establece que en un sistema libre de fricciones su cantidad de energía mecánica no cambia en el tiempo. Es decir, la suma de energía potencial y cinética de un sistema permanece igual a diferentes tiempos.
Por ejemplo, cuando un niño en un columpio llega a lo más alto, su energía potencial es máxima, pero su energía cinética es cero porque se detiene momentáneamente.
A medida que el columpio baja, adquiere velocidad por lo que aumenta su energía cinética. Pero la altura disminuye, por lo que la energía potencial llega a cero. Sin embargo, en cualquier momento que midamos la energía mecánica del columpio, esta va a ser la misma.
Conservación de la energía en termodinámica
La conservación de la energía en termodinámica establece que la energía de un sistema va a ser igual a su energía inicial más el trabajo y el calor que se le aplica. Es decir, la energía no se crea de la nada, sino que aumenta o disminuye dependiendo del trabajo y del calor que recibe.
La termodinámica estudia los fenómenos relacionados con el trabajo y el calor. El calor es una forma de energía relacionada con el movimiento de los átomos y las moléculas que se mide con la temperatura.
Por ejemplo, cuando se bate una barra de mantequilla, aumenta el movimiento de sus moléculas y con ello su temperatura. De esta forma, la mantequilla batida posee más energía que la barra sólida.
En termodinámica, la ley de conservación de la energía es la primera ley de la termodinámica. Rudolf Clausius fue el científico que estableció esta igualdad en 1850.
Para estudiar el intercambio de energía en termodinámica, se limita el espacio que se va a examinar. Este "espacio" es lo que se conoce como sistema.
Por ejemplo, un cuenco con una barra de mantequilla es un sistema abierto, porque puede entrar o salir materia y energía.
Una barra de mantequilla dentro de un frasco sellado es un sistema cerrado, porque ahora no puede entrar o salir materia, pero si puede intercambiar energía con su ambiente externo.
Un caso especial de sistema es aquel donde no puede entrar ni salir materia o energía. Este es un sistema aislado, como por ejemplo una barra de mantequilla dentro de un termo.
El mejor ejemplo de conservación de la energía en termodinámica es el sistema aislado, ya que la energía permanece igual. Por eso, en el termo ideal, la barra de mantequilla no cambia de temperatura y no se derrite.