Conceptos clave:
* Sistema cerrado: Un sistema donde no importa entrar o irse, pero la energía se puede intercambiar con su entorno.
* Energía: La capacidad de trabajar. Existe en varias formas (por ejemplo, cinética, potencial, calor, luz).
* Conservación: La energía no se puede crear o destruir, solo transformada de una forma a otra.
Cómo se conserva la energía:
1. Transformación de energía: Dentro de un sistema cerrado, la energía cambia constantemente de forma. Por ejemplo:
* Energía mecánica: Una bola que roda por una colina convierte su energía potencial (debido a su altura) en energía cinética (debido a su movimiento).
* Energía térmica: La fricción genera calor cuando dos superficies se frotan entre sí, convirtiendo la energía cinética en energía térmica.
* Energía química: La quema de combustible libera energía química como calor y luz.
2. Energía interna: La energía total dentro de un sistema cerrado se llama energía interna. Es la suma de todas las diferentes formas de energía presentes.
* La primera ley de la termodinámica establece que el cambio en la energía interna de un sistema (ΔU) es igual al calor agregado al sistema (q) menos el trabajo realizado por el sistema (w): ΔU =q - w
* Si el trabajo se realiza * en * el sistema, W es negativo, aumentando la energía interna.
* Si el trabajo se realiza * por * el sistema, W es positivo, disminuyendo la energía interna.
3. Sin pérdida de energía: Mientras que la energía se transforma, la cantidad total de energía dentro del sistema cerrado siempre permanece constante. Esto significa que la energía perdida de una forma debe ser obtenida por otra forma.
Ejemplo:
Imagine un recipiente sellado con una bola de rebote. La pelota posee energía cinética (movimiento) y energía potencial (posición en relación con el fondo del contenedor).
* A medida que la pelota rebota, pierde energía cinética a medida que aumenta (convirtiéndola en energía potencial).
* Cuando alcanza la parte superior, su energía potencial es máxima, y la energía cinética es cero.
* A medida que cae, la energía potencial se convierte en energía cinética.
* Cuando golpea el fondo, se pierde algo de energía como calor debido a la fricción. Este calor es absorbido por el recipiente y el aire dentro del sistema cerrado.
En general, incluso con transformaciones y pérdidas de energía debido a la fricción, la energía total (energía interna) dentro del contenedor sellado permanece constante.
Notas importantes:
* En los escenarios del mundo real, los sistemas perfectamente cerrados son difíciles de lograr. Alguna energía puede escapar como sonido o radiación.
* La conservación de la energía es un principio fundamental que se aplica a todos los procesos físicos. Tiene amplias implicaciones en varios campos, incluyendo ingeniería, química y astrofísica.
