La primera ley de la termodinámica establece que: "La energía total de un sistema aislado ni se crea ni se destruye, permanece constante".
Aunque la definición parezca muy técnica y difícil de comprender, existen numerosos ejemplos en el día a día que aplican este principio termodinámico.
Utilizaremos tres ejemplos:
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Un niño que lanza un balón al aire.
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Las máquinas de vapor.
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La energía solar.
El calor, la energía y el trabajo, según el sistema internacional de unidades se mide en Julios.
La conservación de la energía en un balón lanzado al aire
En este ejemplo intervienen dos tipos de energía: la cinética y la potencial.
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Un niño lanza un balón al aire.
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En el momento en que sale de sus manos el balón tiene velocidad, por lo tanto tiene energía cinética. Todavía no ha ganado altura, por lo tanto no tiene energía potencial.
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Mientras va subiendo pierde velocidad y gana altura. Pierde energía cinética y gana energía potencial.
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Cuando llega en el punto más alto, solo tiene energía potencial.
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Finalmente vuelve a bajar y las energías se vuelven a invertir.
Las máquinas de vapor
El desarrollo de la máquina de vapor implicó el inicio del desarrollo de la primera de las leyes de la termodinámica.
Se trata de la primera vez que se produce una transformación termodinámica para convertir energía térmica en energía mecánica. Su funcionamiento se base en la variación de la relación presión volumen.
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Inicialmente toda la energía interna del sistema es energía interna del combustible. El carbón.
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Al realizar una combustión hay un cambio en la energía, se transforma en energía térmica.
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Toda esta cantidad de calor se utiliza para generar vapor y accionar los pistones del motor. En este momento, se convierte en energía mecánica.
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Cuando el motor se mueve, la locomotora se mueve. Adquiere una velocidad. Ahora tenemos energía cinética.
En nuestro ejemplo la locomotora no es un sistema aislado. Por lo tanto hay intercambio de calor con el exterior. En una locomotora de vapor hay muchas pérdidas por ejemplo:
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El humo de la combustión y el vapor caliente que se escapa.
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El roze entre los diferentes mecanismos genera un trabajo negativo.
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La fricción con las vías.
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La fricción con el aire.
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El calor de la caldera que se transmite al aire.
La conservación de la energía en la energía solar
Un ejemplo de este principio es la energía solar. Se aplica tanto en la fotovoltaica y como en la solar térmica.
Los àtomos de las partículas que forman el Sol contienen energía. Energía interna. Estos átomos sufren constantemente una reacción nuclear. La fusión nuclear convierte esta energía química en radiación.
La radiación solar que llega a la Tierra es captada por los paneles solares.
Los paneles solares transforman esta energía en energía eléctrica (energía fotovoltaica) o energía calorífica (energía térmica).
Entonces, ¿por qué el rendimiento de un panel solar no es del 100%?
Toda la energía solar que llega al panel solar se transforma. Pero no se transforma toda en el mismo tipo de energía. Parte de la radiación que recibe un módulo fotovoltaico se convierte en electricidad.
Sin embargo, otra parte se convierte en calor, calentando el panel; o rebota y vuelve a la atmósfera.