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Energía Interna
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La energía interna de un sistema se compone de energía cinética y energía potencial. La energía cinética está relacionada con el calor y puede vincularse a las oscilaciones de los átomos alrededor de sus puntos de equilibrio. Por otro lado, la energía potencial está asociada con el trabajo que el sistema es capaz de realizar.
ID:(1469, 0)
Mecanismos
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La energía interna es la energía total contenida dentro de un sistema termodinámico debido a las energías cinética y potencial de sus moléculas. Incluye la energía proveniente del movimiento molecular (traslacional, rotacional y vibracional) y la energía de las interacciones intermoleculares y los enlaces químicos. La energía interna es una función de estado, lo que significa que depende únicamente del estado actual del sistema y no de cómo el sistema alcanzó ese estado. Los cambios en la energía interna ocurren cuando se agrega o se elimina calor del sistema o cuando se realiza trabajo sobre o por el sistema. Este concepto es fundamental en la termodinámica, describiendo los cambios de energía en procesos como los procesos isotérmicos, adiabáticos, isobáricos e isocóricos. La energía interna ayuda a determinar los estados de equilibrio y la estabilidad del sistema, ya que los sistemas tienden a moverse hacia estados con menor energía interna. Proporciona una medida completa de todas las formas microscópicas de energía dentro de un sistema, esencial para entender las transformaciones de energía en diversos procesos.
Mecanismos
ID:(15245, 0)
Energía cinetica
Concepto
Energía cinética de traslación: Esta energía está asociada al movimiento lineal de las partículas en el sistema. Cuanto mayor sea la velocidad de traslación de las partículas, mayor será su energía cinética de traslación.
Energía cinética de rotación: Algunas partículas, como los átomos o moléculas, pueden rotar alrededor de un eje. Esta rotación está asociada con la energía cinética de rotación, que depende de la masa y la velocidad angular de las partículas.
ID:(11122, 0)
Energía de enlace
Concepto
Energía de enlace (energía potencial): Esta energía está relacionada con las fuerzas de interacción entre las partículas del sistema. Por ejemplo, en un sólido, la energía de enlace se debe a las fuerzas de atracción entre los átomos o moléculas vecinos.
ID:(11123, 0)
Energía quimica
Concepto
Energía de excitación: Algunos sistemas pueden experimentar cambios en su estado energético, como cuando se excitan los electrones en un átomo o molécula. La energía asociada con estos estados excitados se conoce como energía de excitación.
ID:(11124, 0)
Energía de excitación
Concepto
Energía química (energía eléctrica): En sistemas químicos, se pueden producir reacciones químicas que liberan o absorben energía. Esta energía se conoce como energía química y está relacionada con los enlaces químicos presentes en las moléculas.
ID:(11125, 0)
Energía interna
Concepto
La energía interna es la suma total de energía que poseen las partículas que componen un sistema. Estas energías incluyen:
• Energía cinética de traslación: Esta energía está asociada al movimiento lineal de las partículas en el sistema. Cuanto mayor sea la velocidad de traslación de las partículas, mayor será su energía cinética de traslación.
• Energía cinética de rotación: Algunas partículas, como los átomos o moléculas, pueden rotar alrededor de un eje. Esta rotación está asociada con la energía cinética de rotación, que depende de la masa y la velocidad angular de las partículas.
• Energía de enlace (energía potencial): Esta energía está relacionada con las fuerzas de interacción entre las partículas del sistema. Por ejemplo, en un sólido, la energía de enlace se debe a las fuerzas de atracción entre los átomos o moléculas vecinos.
• Energía química (energía eléctrica): En sistemas químicos, se pueden producir reacciones químicas que liberan o absorben energía. Esta energía se conoce como energía química y está relacionada con los enlaces químicos presentes en las moléculas.
• Energía de excitación: Algunos sistemas pueden experimentar cambios en su estado energético, como cuando se excitan los electrones en un átomo o molécula. La energía asociada con estos estados excitados se conoce como energía de excitación.
ID:(11121, 0)
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Ecuaciones
$ E = K + V $
E = K + V
$ K = K_t + K_r $
K = K_t + K_r
$ K_r =\displaystyle\frac{1}{2} I \omega ^2$
K_r = I * omega ^2/2
$ K_t =\displaystyle\frac{1}{2} m_i v ^2$
K_t = m_i * v ^2/2
ID:(15304, 0)
Energía cinética de traslación
Ecuación
En el caso de estudiar la traslación, la definición de la energía
| $ dW = \vec{F} \cdot d\vec{s} $ |
se aplica al segundo principio de Newton
| $ F = m_i a $ |
lo que nos lleva a la expresión
| $ K_t =\displaystyle\frac{1}{2} m_i v ^2$ |
La energía necesaria para que un objeto cambie su velocidad de $v_1$ a $v_2$ se puede calcular utilizando la definición con
| $ dW = \vec{F} \cdot d\vec{s} $ |
Usando la segunda ley de Newton, esta expresión se puede reescribir como
$\Delta W = m a \Delta s = m\displaystyle\frac{\Delta v}{\Delta t}\Delta s$
Empleando la definición de velocidad con
| $ \bar{v} \equiv\displaystyle\frac{ \Delta s }{ \Delta t }$ |
obtenemos
$\Delta W = m\displaystyle\frac{\Delta v}{\Delta t}\Delta s = m v \Delta v$
donde la diferencia de velocidades es
$\Delta v = v_2 - v_1$
Además, la velocidad en sí misma puede aproximarse con la velocidad promedio
$v = \displaystyle\frac{v_1 + v_2}{2}$
Usando ambas expresiones, llegamos a
$\Delta W = m v \Delta v = m(v_2 - v_1)\displaystyle\frac{(v_1 + v_2)}{2} = \displaystyle\frac{m}{2}(v_2^2 - v_1^2)$
Así, el cambio en la energía se expresa como
$\Delta W = \displaystyle\frac{m}{2}v_2^2 - \displaystyle\frac{m}{2}v_1^2$
De esta manera, podemos definir la energía cinética
| $ K_t =\displaystyle\frac{1}{2} m_i v ^2$ |
ID:(3244, 0)
Energía cinética de rotación
Ecuación
En el caso de estudio de la translación, la definición de la energía
| $ \Delta W = T \Delta\theta $ |
se aplica al segundo principio de Newton
| $ T = I \alpha $ |
lo que nos lleva a la expresión
| $ K_r =\displaystyle\frac{1}{2} I \omega ^2$ |
La energía necesaria para que un objeto cambie su velocidad angular de $\omega_1$ a $\omega_2$ se puede calcular utilizando la definición
| $ \Delta W = T \Delta\theta $ |
Aplicando la segunda ley de Newton, esta expresión se puede reescribir como
$\Delta W=I \alpha \Delta\theta=I\displaystyle\frac{\Delta\omega}{\Delta t}\Delta\theta$
Utilizando la definición de velocidad angular
| $ \bar{\omega} \equiv\displaystyle\frac{ \Delta\theta }{ \Delta t }$ |
obtenemos
$\Delta W=I\displaystyle\frac{\Delta\omega}{\Delta t}\Delta\theta=I \omega \Delta\omega$
La diferencia en las velocidades angulares es
$\Delta\omega=\omega_2-\omega_1$
Por otro lado, la velocidad angular en sí se puede aproximar con la velocidad angular promedio
$\omega=\displaystyle\frac{\omega_1+\omega_2}{2}$
Utilizando ambas expresiones, obtenemos la ecuación
$\Delta W=I \omega \Delta \omega=I(\omega_2-\omega_1)\displaystyle\frac{(\omega_1+\omega_2)}{2}=\displaystyle\frac{I}{2}(\omega_2^2-\omega_1^2)$
Así, el cambio en la energía está dado por
$\Delta W=\displaystyle\frac{I}{2}\omega_2^2-\displaystyle\frac{I}{2}\omega_1^2$
Esto nos permite definir la energía cinética como
| $ K_r =\displaystyle\frac{1}{2} I \omega ^2$ |
ID:(3255, 0)
Energía cinética total
Ecuación
La energía cinética puede ser de traslación y/o de rotación. Por lo tanto, la energía cinética total es la suma de ambas:
| $ K = K_t + K_r $ |
ID:(3686, 0)
Energía total
Ecuación
La energía total corresponde a la suma de la energía cinética total y la energía potencial:
| $ E = K + V $ |
ID:(3687, 0)