Se define energía como la capacidad que tiene un cuerpo de producir trabajo. Cuando la energía está caracterizada por el estado de reposo de los cuerpos se la denomina energía potencial. De este modo, también posee energía potencial un gas comprimido dentro de un recipiente cerrado o el volumen de agua contenido en un depósito respecto a un nivel inferior.

En cambio, cuando el trabajo aplicado a un cuerpo tiene por efecto alterar su estado de reposo o modificar su MRU, al finalizar dicho trabajo el cuerpo habrá obtenido una cantidad de energía equivalente que estará representada por la velocidad en ese momento.

Este tipo de energía ha sido denominada energía cinética, es decir, la correspondiente a los cuerpos en movimiento. Se entiende por calor a la energía que produce el movimiento de las moléculas de la materia; sin calor no existiría tal movimiento. Para expresar cualitativamente ese movimiento molecular se define «la temperatura«, la cual constituye una medida del estado térmico de la materia, manifestado por su actividad molecular.

Se define como Termodinámica a la parte de la física que estudia la energía calorífica y sus transformaciones, como así también la acción de ella sobre la materia. Se suele llamar a la termodinámica como la dinámica del calor y estudia únicamente las propiedades macroscópicas de la materia sin construir hipótesis sobre la naturaleza atómica. El cuerpo doctrinal de la termodinámica está basado en cuatro principios:

Principios de la Termodinámica

1. Principio cero: 2 sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio entre sí.
2. Primer principio: Llamado también de equivalencia, establece una relación de carácter cuantitativo entre el calor y el trabajo mecánico.
3. Segundo principio: Establece la relación cualitativa entre el calor y el trabajo mecánico, resultando más fácil convertir trabajo mecánico en calor que transformar calor en trabajo mecánico.
4. Tercer principio: Relativo a la función entrópica que establece que la entropía de una sustancia tiende a cero a medida que su temperatura se acerca a 0 absoluto.

Trabajo y Energía

Llamamos trabajo a muchas clases diferentes de tareas que suponen un esfuerzo físico o intelectual, aunque en cada caso la palabra tenga connotaciones distintas. Se asocia a la palabra trabajo a un esfuerzo físico que al aplicar una fuerza a un cuerpo produce un desplazamiento. Cualquier cuerpo tiende a moverse en la dirección de la fuerza aplicada, pero si la trayectoria que sigue el cuerpo no coincide con la dirección de la fuerza aplicada, no todo el efecto de esta fuerza se emplea para realizar trabajo.

El trabajo es una magnitud escalar que puede ser positiva, negativa o nula. Para realizar trabajo son necesarias unas series de condiciones:

1. Que actúe una fuerza sobre el cuerpo.
2. Que se mueva el punto de aplicación de esta fuerza.
3. Que la dirección del movimiento no sea perpendicular a la fuerza.

Llamamos trabajo al producto del desplazamiento por la fuerza en la dirección del desplazamiento.

T = F.d

T = F. (d. cos α) = (F.cos α.d)

Energía Cinética y Potencial

Energía es la capacidad de realizar un trabajo y su unidad en el Sistema Internacional es el Joule (J).

Su origen puede ser químico, vegetal, animal, atómico, magnético, hidráulico, eléctrico, mental, etc.

La capacidad de realizar un trabajo puede ser debida a distintas causas y, por lo tanto, existen diversas formas de energía: cinética, potencial, eléctrica, nuclear, etc.

La energía cinética es aquella que tiene un cuerpo por el hecho de estar en movimiento y se representa con la letra EC. Cuando ese cuerpo se encuentra en reposo no posee EC ya que su velocidad es nula.

Si a un cuerpo que inicialmente se encuentra en reposo se le aplican una o varias fuerzas, este se pondrá en movimiento con MRUA de la misma dirección y sentido que la fuerza resultante. El trabajo efectuado por la fuerza resultante coincidirá con el valor de la EC adquirida por el cuerpo, es decir:

W = EC = F.Δr

Como F = m.a y como el desplazamiento del cuerpo y su velocidad pueden obtenerse a partir de las fórmulas del MRUA:

Y como el cuerpo se encuentra inicialmente en reposo:

Sustituyendo en la expresión de trabajo:

W = Ec = F.Δr = m.a.1/2.a.Δt² = 1/2.m.a².Δt² = 1/2.m.v²

Esta expresión es la que tendrá un cuerpo de masa «m» que se mueve a la velocidad «v». La energía potencial es la energía que posee un cuerpo en virtud de su posición en una zona del espacio donde actúan fuerzas conservativas.

Si consideramos un movimiento cuyas posiciones inicial y final son las mismas, el trabajo es nulo y, por lo tanto, se puede afirmar que la fuerza elástica es una fuerza conservativa. Dependiendo del tipo de fuerza conservativa obtendremos la energía potencial gravitatoria, la energía potencial elástica o la energía potencial eléctrica.

Se define la variación de energía potencial de una partícula al producto de la masa por la gravedad por la altura (Ep = m.g.h); este trabajo coincide con la disminución de la energía potencial que experimenta una partícula (W = -ΔEp).

Principio de Conservación de la Energía

Establece que la energía del universo se mantiene constante, es decir, que no se crea ni se destruye, aunque puede transferirse de un cuerpo a otro o transformarse de un tipo de energía a otro. Este principio gobierna todos los procesos naturales del universo. Si en un proceso determinado el tipo de energía que interviene es la energía mecánica, a este principio se lo denomina Principio de la Conservación Mecánica.

Energía mecánica es la suma de Ec y Ep de un cuerpo: Em = Ec + Ep

Calorimetría

Es la parte de la termología que tiene por objetivo el análisis de las técnicas de medición de calor en los diferentes fenómenos físicos en los que la temperatura es variable. En la actualidad se conoce que el aumento de la temperatura es debido a un incremento de Ep y Ec del cuerpo.