70 ejemplos de energía interna (con ejercicios)

La energía interna es la energía que guarda la materia en su interior: la suma del movimiento y de las interacciones de todas sus partículas. No la vemos, pero se manifiesta cada vez que algo se calienta, se enfría, se funde, hierve o reacciona. Un cubito que se derrite, unas manos que se frotan o el motor de un coche son ejemplos cotidianos de cómo cambia esta forma de energía.

¿Qué es la energía interna?

En termodinámica, la energía interna (símbolo U) es la energía total contenida en un sistema a escala microscópica. Incluye la energía cinética de las moléculas (que se trasladan, giran y vibran) y la energía potencial de las fuerzas que las mantienen unidas o las separan. No incluye la energía cinética ni potencial del sistema como un todo: un vaso de agua tiene la misma energía interna en el suelo que encima de una mesa.

Su valor absoluto no se puede medir, pero sí sus variaciones. Según el primer principio de la termodinámica, la energía interna de un sistema cambia cuando intercambia calor (Q) o trabajo (W) con su entorno: ΔU = Q − W, con el convenio de que Q es positivo si el sistema absorbe calor y W es positivo si el sistema realiza trabajo. La IUPAC usa la forma equivalente ΔU = Q + W, donde W es el trabajo realizado sobre el sistema. Se mide en julios (J).

Características

Es una función de estado: solo depende del estado del sistema (presión, volumen, temperatura), no del camino seguido para llegar a él.
Es una propiedad extensiva: depende de la cantidad de materia. Dos litros de agua a 50 °C tienen el doble que uno.
Varía por calor o por trabajo: se puede calentar un gas poniéndolo al fuego o comprimiéndolo con un émbolo.
En un gas ideal depende solo de la temperatura: para un gas monoatómico, U = (3/2)·n·R·T.
No siempre implica cambio de temperatura: durante un cambio de estado la energía interna aumenta o disminuye sin que la temperatura varíe.
Se conserva en un sistema aislado: si no hay intercambio de calor ni de trabajo, ΔU = 0.

Ejemplos de energía interna

Estos 70 ejemplos reales muestran cómo aumenta o disminuye la energía interna de los cuerpos, agrupados según la causa del cambio.

Al calentar o enfriar cuerpos

El agua de un cazo al fuego, cuyas moléculas se mueven cada vez más rápido.
Un café recién hecho que se enfría en la taza y cede energía al aire.
La plancha de la ropa al alcanzar su temperatura de trabajo.
Una barra de hierro que se pone al rojo en la fragua del herrero.
El asfalto que se recalienta en verano tras horas de sol.
Una lata de refresco que se enfría dentro del frigorífico.
El aceite de una sartén antes de freír.
Una sopa que se templa al soplar sobre la cuchara.
El hierro de las vías del tren, que se dilata al aumentar su energía interna en los días calurosos.
Un vaso de leche templado en el microondas.

En los cambios de estado

Un cubito de hielo que se funde a 0 °C: absorbe unos 334 kJ por kilogramo sin subir de temperatura.
El agua que hierve a 100 °C (a nivel del mar): necesita unos 2257 kJ por kilogramo para pasar a vapor.
El sudor que se evapora de la piel y la refresca.
El vaho que se condensa en el espejo del baño y cede energía al cristal.
La escarcha que se forma en el parabrisas por deposición del vapor de agua.
El hielo seco (CO₂ sólido), que sublima a −78,5 °C a presión atmosférica.
La cera de una vela, que se funde y se vaporiza antes de arder.
Una onza de chocolate que se derrite en la mano.
El agua de un botijo, que se enfría porque parte de ella se evapora a través de la arcilla.
El hierro fundido en un alto horno, que pasa a líquido a 1538 °C.

Por trabajo mecánico y rozamiento

Frotarse las manos en invierno para entrar en calor.
La bomba de la bicicleta, que se calienta al inflar la rueda.
Un clavo que se calienta tras recibir varios martillazos.
Los discos de freno de un coche después de una bajada larga.
La broca de un taladro tras perforar una pared.
La madera y el papel de lija después de lijar un rato.
Una cerilla que se enciende porque el roce eleva la temperatura de su cabeza.
El experimento de Joule, en el que unas paletas que giraban dentro del agua elevaban su temperatura, a mediados del siglo XIX.
Un alambre que se calienta al doblarlo varias veces seguidas.
Los neumáticos, que se calientan al deformarse mientras ruedan.

Por compresión y expansión de gases

El motor diésel: al comprimir el aire, este se calienta tanto que inflama el gasóleo sin necesidad de bujía.
Un desodorante en espray, cuyo envase se enfría al usarlo un rato.
El extintor de CO₂, que expulsa el gas tan frío que forma nieve carbónica.
La formación de nubes: el aire que asciende se expande, pierde energía interna y su vapor se condensa.
El viento föhn, que se calienta al descender y comprimirse en la ladera de sotavento de una montaña.
El circuito del frigorífico, donde el refrigerante se enfría al expandirse.
La pequeña niebla que aparece en el cuello de una botella de cava al descorcharla.
El aire que sale frío por la válvula de un neumático al desinflarlo.
El pistón de fuego, un tubo en el que una compresión brusca enciende la yesca.
Una olla a presión, en la que el vapor acumulado alcanza más de 100 °C.

En reacciones químicas

Las bolsitas calientamanos, que se calientan por la oxidación del hierro en polvo.
Las compresas de frío instantáneo, que se enfrían al disolverse nitrato de amonio en agua.
La cal viva al echarle agua, una reacción muy exotérmica.
La llama del butano en una cocina de gas.
El hormigón que se calienta al fraguar por la hidratación del cemento.
El compost, que puede superar los 60 °C por la actividad de los microorganismos.
El cuerpo humano, que mantiene unos 37 °C gracias al metabolismo.
El ácido sulfúrico al diluirse en agua, motivo por el que se vierte siempre el ácido sobre el agua.
Una batería de móvil que se calienta al cargarse.
Las raciones autocalentables, que usan la reacción del magnesio con agua.

En la naturaleza y el planeta

El magma, roca fundida con una enorme energía interna.
Los géiseres, como el Strokkur de Islandia o el Old Faithful de Yellowstone.
El núcleo de la Tierra, a varios miles de grados.
Los océanos, que almacenan calor y suavizan el clima de las costas.
La brisa marina, causada por el distinto calentamiento de la tierra y el mar.
El Sol, cuyo núcleo supera los 15 millones de kelvin.
Un lago helado en superficie, bajo cuyo hielo el agua sigue líquida.
La arena de la playa, que quema en verano mientras el agua está fresca, porque el agua tiene un calor específico mucho mayor.
Los huracanes, que se alimentan del calor de aguas oceánicas cálidas y del calor liberado al condensarse el vapor.
Las aguas termales de As Burgas (Ourense), que brotan a más de 60 °C.

En aparatos y máquinas

El horno microondas, que agita las moléculas de agua de los alimentos.
El termo, que conserva la energía interna del café gracias al vacío entre sus paredes.
Los radiadores de la calefacción.
La bomba de calor o aerotermia, que extrae energía interna del aire exterior incluso en invierno.
Una central térmica, donde el vapor a alta presión mueve las turbinas.
El motor de gasolina, en el que los gases calientes de la combustión empujan los pistones.
La máquina de vapor que perfeccionó James Watt en el siglo XVIII.
La cocina de inducción, que calienta directamente la base del recipiente.
Los acumuladores de calor, que guardan energía en ladrillos refractarios durante la noche.
La bolsa de agua caliente para los pies.

Tipos de energía interna

La energía interna se puede descomponer según el tipo de movimiento o interacción de las partículas:

Componente	En qué consiste
Cinética de traslación	Desplazamiento de las moléculas; está ligada directamente a la temperatura.
Cinética de rotación	Giro de las moléculas sobre sí mismas (no existe en gases monoatómicos).
Vibracional	Oscilación de los átomos dentro de una molécula o de una red cristalina.
Potencial intermolecular	Fuerzas entre moléculas; cambia en las fusiones y evaporaciones.
Química	Energía de los enlaces; se libera o absorbe en las reacciones (véase energía química).
Nuclear	Energía que mantiene unido el núcleo atómico; solo cambia en reacciones nucleares.

La parte asociada al movimiento desordenado de las partículas se llama a menudo energía térmica.

Ejercicios resueltos

★ Practica paso a paso

1. Un gas absorbe 500 J de calor y realiza 200 J de trabajo al expandirse. ¿Cuánto varía su energía interna?

ΔU = Q − W = 500 − 200 = 300 J. La energía interna aumenta.

2. Se comprime un gas realizando sobre él 150 J de trabajo mientras cede 50 J de calor. ¿Cuál es ΔU?

Con el convenio ΔU = Q − W: Q = −50 J y W = −150 J (el trabajo lo recibe el sistema). ΔU = −50 − (−150) = +100 J.

3. ¿Cuánta energía hay que aportar para fundir 0,5 kg de hielo a 0 °C? (Lf = 334 kJ/kg)

Q = m·Lf = 0,5 · 334 = 167 kJ. Como el cambio de volumen es despreciable, la energía interna aumenta prácticamente esa cantidad, aunque la temperatura sigue en 0 °C.

4. Calcula la variación de energía interna de 2 mol de helio (gas ideal monoatómico) que se calienta 10 K. (R = 8,314 J/mol·K)

ΔU = (3/2)·n·R·ΔT = 1,5 · 2 · 8,314 · 10 ≈ 249 J.

5. Clasifica si la energía interna aumenta o disminuye: a) el vaho en un espejo; b) frenar una bicicleta; c) un espray que se vacía; d) hervir agua.

a) Disminuye (el vapor cede energía al condensarse); b) aumenta en zapatas y llanta; c) disminuye (el gas se expande y se enfría); d) aumenta (el agua absorbe calor latente).

Importancia de la energía interna

Entender la energía interna permite explicar y diseñar casi toda la tecnología térmica: motores, centrales eléctricas, frigoríficos, bombas de calor y sistemas de climatización. También es clave en meteorología (formación de nubes, tormentas y huracanes), en cocina (cocer, freír, congelar) y en biología, porque los seres vivos regulan su temperatura gestionando el calor que producen y pierden. Además, el primer principio de la termodinámica, que la relaciona con el calor y el trabajo, es una forma del principio de conservación de la energía, una de las leyes más generales de la física (véase también energía mecánica).

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre energía interna y temperatura?

La temperatura mide la energía cinética media de las partículas; la energía interna es la energía total de todas ellas. Una bañera de agua tibia tiene más energía interna que una taza de café hirviendo, aunque su temperatura sea menor.

¿Es lo mismo energía interna que calor?

No. La energía interna es algo que un sistema tiene; el calor es energía en tránsito que pasa de un cuerpo a otro por diferencia de temperatura y que puede hacer variar la energía interna.

¿Puede cambiar la energía interna sin que cambie la temperatura?

Sí. En los cambios de estado, como la fusión del hielo o la ebullición del agua, la energía interna varía mientras la temperatura permanece constante.

¿Cuál es la fórmula de la energía interna?

Su variación se calcula con el primer principio de la termodinámica, ΔU = Q − W. Para un gas ideal monoatómico, además, U = (3/2)·n·R·T.

¿En qué unidad se mide la energía interna?

En el Sistema Internacional se mide en julios (J). En la práctica también se usan la caloría y el kilovatio hora.

Referencias

Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Barcelona: Reverté.
Çengel, Y. A. y Boles, M. A. Termodinámica. México: McGraw-Hill.
Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. México: Cengage Learning.

Cómo citar este artículo

Equipo de Conceptualia. (2026). «Ejemplos de energía interna». Conceptualia. https://conceptualia.es/ejemplos/ejemplos-de-energia-interna/

Sobre el autor

Conceptualia — El equipo editorial de Conceptualia redacta y revisa cada concepto para que sea claro, riguroso y útil, con ejemplos y ejercicios cuando ayudan a entenderlo.