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ley de conservacion de la energia,historia entre otros

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ley de conservación de la energia
LA LEY DE LA CONSERVACION DE LA ENERGIA AFIRMA QUE :

1.-No existe ni puede existir nada capaz degenerar energía.

2.-No existe ni puede existir nada capaz de hacer desaparecer la energía.

3.-Si se observa que la cantidad de energía varía siempre será posible atribuir dicha variación a un intercambio de energía con algún otro cuerpo.
Ejemplo:
Un automóvil frena, la energía cinética que tenía el coche se convierte fundamentalmente en calor y aumenta la temperatura del sistema de frenado, de los neumáticos y del asfalto; también, con el rozamiento con el aire se genera calor.
''La primera ley de la termodinámica es consecuencia de la ley de conservacion de la energia'', la cual establece que al suministrar una determinada cantidad de calor a un sistema, esta cantidad de energía sera igual a la diferencia del incremento de la energía interna del sistema menos el trabajo efectuado por el sistema sobre sus alrededores, la formula para esto es la siguiente.
EVOLUCION DE LA LEY DE LA CONSERVACION DE ENERGIA
Comenzamos con Rene Descartes:
Introduce una ley de conservación: ley de la cantidad de movimiento.
Se la adjudica a la perfección de Dios en el mundo no puede existir otra cantidad de movimiento que la que él puso.
Es la definición actual: el producto de la masa por la velocidad.

Cristian Huygens
Introduce una ley de conservación adicional a la de la cantidad de movimiento para las colisiones de los cuerpos rígidos: el producto de la masa por el cuadrado de la velocidad.
Gottfried Leibniz
“Dios hace que siempre se mantenga constante la cantidad de movimiento, ley de la que se hace un uso defectuoso a la mecánica”, “Es la fuerza viva y no la cantidad movimiento lo que permanece invariable en el universo”
Esto es para el una verdad a priori y no un hecho científico, las leyes de la mecánica deben justificarse desde principios elevados.
Isaac Newton:
Demuestra la conservación a partir del principio de acción y reacción de la cantidad de movimiento, desestima la conservación de las fuerzas vivas de Leibniz porque no puede dar cuenta de las colisiones inelásticas y otros fenómenos disipaditos.
Johan Bernoulli:
Propone que as fuera viva que desaparece en las colisiones inelásticas, es usada para comprimir y deformar un cuerpo.
Jean Le Rond D'Alembert:
Es el primero en dar el factor de a la ecuación la energía cinética obteniendo la formula definitiva.
También da la expresión de la integral del trabajo.
Relaciones estas magnitudes con el teorema trabajo – energía cinética.
Joseph Louise Lagranje:
Demuestra que, para ciertos sistemas aislados, con ligaduras independientes del tiempo y con potenciales centrales, la función potencial se mantiene constante.
Parece ser la primera aparición del principio de conservación de energía mecánica.
Thomas Young:
Denomina al producto de masa por la velocidad al cuadrado (mv2) con la palabra energía.
Agustin Fresnel:
Propone que la fuerza viva que aparece en ciertos fenómenos se convierte en calor, para que siga valiendo la conservación de las fuerzas vivas. Es un precoz ejemplo de la aplicación de la fuerza mecánica.
Gaspard Gustave Coriolis:
Define el trabajo y la energía cinética tal cual hoy lo conocemos.
Benjamin Thompson:
“Se me hace difícil si no imposible pensar que no fue otra cosa, capa de ser excitada y transmitida como lo fue en estos experimento, que no sea el movimiento”
Logra mediante experimentos destruir la teoría del calor, existe una relación entre el calor y movimiento.
Nicolas Leonard Carnot:
Estudia la conversión del calor en trabajo a partir de los motores de vapor. Generaliza los conceptos a cualquier motor que funcione con calor.
Encuentra una cota superior al rendimiento e cualquier motor.

Emile Clapeyron:
Revisa el trabajo de Carnot, introduce los diagramas que reciben su nombre y el cálculo grafico del trabajo.
Julius Von Mayer:
Propone que el movimiento y la fuerza de caída son intercambiables con el calor.
Calcula el factor de conversión.
James Prescott Joule:
Calcula empíricamente la relación que hay entre el trabajo mecánico y la producción de calor,
También determina la relación que hay entre la corriente eléctrica y el calor.
Hermann Von Helmholtz:
Basando se en Carnot, Joule y Clapeyron generaliza a conservación a a diferentes estados de energía.
William Thomson:
Trabaja con Joule en la teoría detrás de sus experiencias y le sugiere nuevas.
Clarifica y ordena la primera y segunda ley de la termodinámica.
Crea a palabra termodinámica.
Define la escala absoluta de temperatura.
Albert Einstein:
Propone que la materia y la energía son equivalentes, y que una masa en reposo tiene un a “energía en reposo”, a partir de esto hay que hablar de la conservación de la energía- materia
CONSERVACION DE LA ENERGIA Y LA TERMODINAMICA:
SISTEMAS CERRADOS:
Un sistema cerrado es uno que no tiene intercambio de masa con el resto del universo termodinámico. También es conocido como masa de control. El sistema cerrado puede tener interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, así como puede realizar trabajo a través de su frontera. La ecuación general para un sistema cerrado (despreciando energía cinética y potencial y teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico) es:


SISTEMAS ABIERTOS:
Un sistema abierto es aquel que tiene entrada y/o salida de masa, así como interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, también puede realizar trabajo de frontera.
La ecuación general para un sistema abierto en un intervalo de tiempo es:

donde Q es la cantidad total de transferencia de calor hacia o desde el sistema, W es el trabajo total e incluye trabajo eléctrico, mecánico y de frontera; y U es la energía interna del sistema.
donde;

in representa todas las entradas de masa al sistema.
out representa todas las salidas de masa desde el sistema.
\theta es la energía por unidad de masa del flujo y comprende la entalpía, energía potencial y energía cinética: \theta = h + \frac1 2 V^{2} + gz
Existe una distinción general entre los sistemas considerando dos categorías de fuerzas que podrían actuar en su interior: fuerzas conservativas y no conservativas.
La fuerza conservativa solo depende de las posiciones inicial y final del objeto.
La fuerza no conservativa depende de la trayectoria del objeto
Aunque la energia nose pierde, se degrada de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica. En un proceso irreversible, la entropía de un sistema aislado aumenta y no es posible devolverlo al estado termodinámico físico anterior. Así un sistema físico aislado puede cambiar su estado a otro con la misma energía pero con dicha energía en una forma menos aprovechable. Por ejemplo, un movimiento con fricción es un proceso irreversible por el cual se convierte energía mecánica en energía térmica. Esa energía térmica no puede convertirse en su totalidad en energía mecánica de nuevo ya que, como el proceso opuesto no es espontáneo, es necesario aportar energía extra para que se produzca en el sentido contrario.

Desde un punto de vista cotidiano, las máquinas y los procesos desarrollados por el hombre funcionan con un rendimiento menor al 100%, lo que se traduce en pérdidas de energía y por lo tanto también de recursos económicos o materiales. Como se decía anteriormente, esto no debe interpretarse como un incumplimiento del principio enunciado sino como una transformación "irremediable" de la energía.
¿POR QUE LA ENERGIA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SOLO SE TRANSFORMA?
En fisica solemos explicar en que consiste la conservación de la energía, pero no explicamos por que la energia total se conserva. A continuación daremos una explicación de esto y para ello citaremos un ejemplo.
Supongamos que en un mundo hipotético los físicos hacen un extraño descubrimiento: el martes de cada semana la aceleración de la gravedad g disminuye su valor g{martes}<g, por ejemplo a la mitad. Esto significaría que subir la cualquier objeto hasta lo alto de la torre un día martes requeriría la mitad de energía que cualquier otro día de la semana.
Aquí es donde un buen ingeniero tendría la siguiente idea: construyamos un generador de electricidad con una turbina movida por agua proveniente de lo alto de una torre. Cada martes una bomba elevaría agua suficiente para el resto de la semana consumiendo una energía E{martes}=mhg{martes} (donde m es la masa total de agua); luego, la turbina se haría funcionar de miércoles a lunes generando una energía total igual a E=mhg. Dado que g{martes}<g es directo notar que E{martes}<E, por lo tanto nuestro generador producirá más energía que la usada para elevar el agua hasta la torre porque durante el resto de la semana la gravedad es mayor. En otras palabras, en este mundo hipotético la energía no se conservaría! Ya que la energía final sería mayor a la energía inicial, este sistema permitiría generar más electricidad que la gastada, es decir, generaría electricidad gratis y por lo tanto un excelente negocio.

Este ejemplo dista mucho de ser una demostración del principio de la conservación de la energía, pero nos muestra que si las leyes de la física (la aceleración de gravedad en este ejemplo) fueran distintas cierto de día de la semana entonces la energía no se conservaría. Esto nos lleva a pensar que el principio de conservación de la energía está de alguna manera relacionado con el posible cambio de las leyes de la física con el tiempo. Justamente este es el motivo: la energía total de un sistema se conserva porque las leyes de la física no cambian con el tiempo. Los físicos usan palabras más complejas para decir que “la conservación de la energía se debe a que las leyes de la física son invariantes ante traslaciones temporales” lo que en español simple significa que “la energía se conserva porque las leyes de la naturaleza no cambian con el tiempo”. Un sistema cambia, el universo cambia, pero las leyes de la naturaleza son las mismas.
¿COMO FUNCIONAN LAS MONTAÑAS RUSAS?
Las montañas rusas utilizan sólo un motor en el inicio de su recorrido: para poder llegar hasta la altura indicada para luego iniciar la aventura.
En lo que sigue del recorrido no se utiliza ningún mecanismo mecánico para ayudar a completar la trayectoria.
Esto se debe a que el principio del funcionamiento de las montañas rusas se basa en la ley de la conservación de la energía.
Este fundamento usan las montañas rusas. Una vez que ascienden para luego dejarse caer e iniciar su recorrido, utilizan la conservación de la energía para funcionar. Cuando se encuentra a una cierta altura, tiene energía potencial. Cuando desciende, ésta se transforma en energía cinética, la cual le permite volver ascender para luego descender, así se forma un ciclo de transformación de la energía en potencial y cinética sucesivamente. Esto permite que las montañas rusas puedan funcionar sin ninguna ayudar mecánica externa, sino hacerlo solo con la utilización de las leyes de la física.

De todos modos, hay que tener en cuenta la fricción producida por lo rieles. Ésta desacelera la velocidad de la montaña rusa, produciendo que la energía total neta no sea totalmente mecánica. Es decir, parte de la energía se pierde en calor por la fricción. De todos modos, la energía total sí permanece constante, dado que si se sumasen la energía potencial y cinética más el calor perdido por fricción, el resultado siempre sería mismo, constante. De este modo, a la hora de diseñar las montañas rusas, los ingenieros siempre tienen que dejar un margen para la pérdida de energía por la fricción.
CONSERVACION DE ENERGIA EN UN SISTEMA NO AISLADO:
En un objeto pueden actuar diferentes fuerzas, resultando un cambio en su energía cinética. Este es un sistema no aislado, aqui la energía cruza la frontera del sistema durante cierto intervalo de tiempo debido a la interacción con el medio ambiente (Sucede un intercambio de energía con el medio ambiente).
Formas De Transferir Energia Hacia o Desde Un Sistema:

1.- El Trabajo:
Es un metodo para transferir energia hacia un sistema mediante la aplicacion de una fuerza al sistema y causar un desplazamiento del punto de aplicacion de la fuerza.
2.- Las Ondas Mecanicas:
Son un medio de transferencia de energía al facilitar que una perturbacion se propague a travez del aire, u otros medios. El ejemplo mas común de onda mecánica es el sonido, que deja un radio o reloj para estimular a la audición. otros ejemplos: Ondas sísmicas, ondas oceánicas.
3.- El Calor:
Mecanismo de transferencia de energia que se activa mediante una diferencia de temperatura entre dos regiones del espacio.
4.- La Transferencia de Materia
La materia cruza fisicamente la frontera de un sistema, transportando energia.
Ejemplos: llenar el tanque de un auto con gasolina, transportar energia a las habitaciones mediante circulacion de aire caiente del horno esto se llama conveccion.
5.- Radiación Electromagnética:
Se refiere a las ondas electromagnéticas como la luz, microondas, etc.
Ejemplos: cocinar una papa en un horno microondas, la energia luminosa que viaja del sol a la tierra a traves del espacio.
Si la cantidad total de energía en un sistema no cambia, solo es porque la energía cruzo la frontera del sistema mediante un mecanismo de transferencia, como los ya mencionados.
Entonces la ecuación de la conservación de la energía seria:
Donde E es la energía total del sistema, donde están los métodos de de almacenamiento de energía (cinética, potencial e interna).
Y T es la cantidad de energía transferida a través de la frontera del sistema mediante algún mecanismo.
Esta es la representación matemática básica de la versión energética del modelo de sistema no aislado, en la mayoría de los casos se reduce a una mucho mas simple.
Si todos los términos en el lado derecho de la ecuación de conservación de energía son cero, el sistema es un sistema aislado.
En el teorema trabajo-energía cinética; se aplica una fuerza a un sistema no aislado y el punto de aplicación de la fuerza se mueve se mueve a través de un desplazamiento, por tanto el sistema lo unico que hace es cambiar su rapidez, además de tener solo al trabajo como mecanismo de trasferencia de energía. la ecucion queda reducida a:
CONSERVACION DE ENERGIA EN UN SISTEMA AISLADO:
En un sistema aislado, en el la energia no cruza la frontera del sistema por ningun metodo. Al levantar un libro, existe energia potencial que se calcula a partir del trabajo invertido por el agente externo en este sistema.

Cuando este libro cae de regreso, consideremos solo al trabajo invertido por la fuerza gravitacional en el libro, mientras el libro cae de yi a yf, el trabajo invertido por la fuerza gravitacional es:
Ahora del teorema trabajo-energía cinética, el trabajo invertido en el libro es igual al cambio de energía cinética del libro:
Analizando:

Igualando las expresiones para el trabajo invertido sobre el libro:
El libro es la única parte del sistema que es movil, por lo tanto la energía cinética del libro es la energia cinética del sistema.
El cambio de energia potencial se mueve al lado izquierdo:
El lado izquierdo representa la suma de cambios de la energia almacenada en el sistema, el lado derecho es cero porque no hay transferencias de energia a traves de la frontera del sistema, porque es un sistema aislado, esta ecuacion se cumple para un sistema aislado.
La energía mecánica es la suma de las energías cinética y potencial, pero como el sistema es aislado se dice que la energía mecánica se conserva.
La ecuacion es un enunciado de la conservacion de energia mecanica, para un sistema aislado sin fuerzas no conservativas.
La energia mecanica en este sistema se conserva: la suma de energia cinetica y potencial permanece constante.
Si existiesen fuerzas no conservativas actuando dentro del sistema, la energía mecanica se transforma en energía interna.
Si fuerzas no conservativas actúan en un sistema aislado, la energía total del sistema se conserva aunque no la energiza mecánica.
Donde E del sistema incluye todas las energias cinetica, potencial e interna. Expresamos la ecuacion de manera explicita:
Para la situacion gravitacional del libro que cae reescribimos la ecuacion:
Mientras el libro cae hacia la tierra, el sistema libro tierra pierde energía potencial y gana energía cinética, tal que el total de ambas energías permanece constante.
GRACIAS POR SU ATENCION...
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