3. Energía

 

3. ENERGÍA:

La energía es la cantidad de fuerza necesaria para realizar una acción, a la que también se le puede llamar trabajo.

Dicho de otra manera, es la fuerza capaz de transformar, movilizar o mantener funcionando un sistema. ¿Y que es un sistema? Es un conjunto de elementos que forman un organismo, el cual puede ser mecánico, biológico, social, logic, matemático, etc.

Todos los sistemas siguen el principio de Conservación de la energía, el cual nos dice que:"La energía no se crea ni se destruye solo se transforma". Todos pero, ¿en que se transforma? ¡Se transforma en otros tipos de energía! Estos cambios van de formas de energía más complejas a otras más sencillas.

Como un ejemplo imagina que tienes un coche de juguete. Para que el coche se mueva, necesitas darle energía. La energía es como la fuerza invisible que hace que las cosas funcionen. 

En la naturaleza encontramos diferentes tipos de energía:

• Térmica o calórica
• Mecánica
• Química
• Eléctrica
• Nuclear

3.1 ENERGÍA TÉRMICA O CALÓRICA

Es la energía entre dos cuerpos que tienen temperaturas diferentes. Para entender este tipo de energía, debemos conocer las Leyes de la Termodinámica.

3.1.1 Primera Ley de la Termodinámica.

Esta ley retoma el principio de la conservación de la energía. Cuando aplicamos energía a algún sistema o mecanismo, esta se conservará pero se transformará en un tipo mas simple. Un ejemplo es el automóvil: al encenderlo y quemar el combustible, la energía que tiene la gasolina se convierte en movimiento, calor y ruido.

 

3.1.2 Segunda Ley de la termodinámica.

También se le conoce como Ley de la Entropía que es el grado de desorden molecular de un sistema. Cuando se tiene una entropía baja, significa que el sistema tiene cierto orden o que está compactado; pero cuando su entropía es alta, significa que el sistema está disperso o desordenado.

Para entender cómo es la entropía, agrega una gota de pintura a un vaso de agua: esta comenzará a disolverse y, por mucho que lo intentes, no podrás recuperar la gota de pintura que añadiste. En este caso, podemos decir que la entropía es alta.

Esta ley dice que "la cantidad de entropía en el universo tiende a incrementarse con el tiempo"En otras palabras, los fenómenos físicos son irreversibles: así como no puedes recuperar la gota de pintura, una hoja de papel que se queme no volverá a ser como antes.

3.1.3 Tercera Ley de la termodinámica.

También se le conoce como Postulado de Nernst, en honor al químico Walther Nernst, y se refiere a la temperatura que hay en un sistema. Nos dice que, cuando llevamos cualquier sistema al cero absoluto (cero grados Kelvin, o-273.15 grados centígrados), este se detendrá por completo. ¿La razón? A esa temperatura, las partículas que lo forman ya no tienen energía para moverse.

3.1.4 Ley cero de la termodinámica.

Afirma que cuando dos o más cuerpos están en contacto pero tienen temperaturas distintas, el que tenga una temperatura mayor (o sea, el más caliente) cederá calor al que tenga una temperatura menor (esto es, al que está más frío) hasta que sean iguales.

Para comprenderla, introduce una cuchara de metal frío en una taza de chocolate caliente. Algunos minutos después, saca la cuchara: notarás que su temperatura se ha elevado.

3.2 Energía Mecánica.

La energía mecánica es aquella que un cuerpo o un fluido (gas o líquido) es capaz de desarrollar. Se divide en dos: cinética y potencial.

3.2.1 Energía Cinética 

Es la energía que posee todo cuerpo cuando esta en movimiento, y se relaciona directamente con la velocidad que tiene en cada momento de su recorrido. 

Dato!

Un carrito de montaña rusa adquiere energía cinética a medida que cae e incrementa su velocidad. Instantes antes de que inicie su descenso, el carrito tendrá energía potencial y no cinética; pero una vez emprendido el movimiento, toda la energía potencial se convierte en cinética y alcanza su punto máximo en cuanto termina la caída y empieza el nuevo ascenso. Esta energía será mayor si el carrito va lleno de gente que si va vacío (ya que tendrá mayor masa)

Recurramos a la fórmula que nos ayuda a determinar la energía cinética de algún cuerpo, que es:

Donde:

• E-Energía cinética
• m significa masa,
• V significa velocidad

Como podemos ver, junto a la V aparece un 2 o, como seguramente ya aprendiste, está "al cuadrado"; quiere decir que esa velocidad se multiplicará por sí misma. Esto es lo que hace que, mientras más rápido se mueva un cuerpo, más aumente su energía cinética. Visualízalo como un auto que va en una carretera: entre más rápido vaya, más energía cinética tendrá.

3.2.2 Energía Potencial

En cambio, ¿qué ocurre con los cuerpos cuando no se mueven? ¿Acaso no tiene energía cuando están quietos? Aquí es donde entra el concepto de energía potencial, que es la que tienen los cuerpos cuando están en reposo. 

Existen varias fórmulas que nos ayudan a calcularla. Una de ellas es: 

Donde: 

• E-significa energía potencial,
• m-significa masa,
• g-significa gravedad,
• h significa.

Esta fórmula nos indica que para saber cuánta energía potencial tiene un cuerpo, debemos multiplicar la masa, por la gravedad y por la altura a la que se encuentra el cuerpo. Otras fórmulas distintas nos dicen qué elementos necesitamos calcular cuando nos encontramos a nivel de piso.

Como ves, existen varios tipos de energía potencial. Un ejemplo es la energía potencial elástica, que es la que tendría un resorte si lo estiramos o comprimimos.

Sin profundizar en los diferentes tipos de energía potencial que existen, lo realmente importante es que comprendas que todos  los cuerpos tienen energía potencial. Cuando un cuerpo empieza a realizar un movimiento, su energía potencial se transformará en energía cinética, y la utilizará mientras se esté moviendo; y cuando se detenga, la energía cinética volverá a transformarse en energía potencial. ¿No te recuerda algo que ya vimos? ¡Claro, al principio de la conservación de energía, o Primera Ley de la Termodinámica!. 

3.3 Otros Tipos de Energía.

Toma en cuenta que los principios de la energía mecánica nos ayudan a entender otros tipos de energía que existen. Aunque no los explicaremos a fondo, te presentamos algunos de ellos.

• Energía eólica: se produce el movimiento del viento.
• Energía hidráulica: se produce por el movimiento del agua
• Energía sonora: se produce por las vibraciones generadas por un cuerpo (esto es, su sonido)
• Energía mareomotriz y ola motriz: son generadas respectivamente por las mares y las olas.

3.4 Energía Química.

Esta energía se genera a partir de las reacciones químicas que hay entre elementos; en otras palabras, cuando interactúan las moléculas que existen en los materiales. 

3.5 Energía eléctrica.

Este tipo de energía es producida por el movimiento de los electrones. La estudiaremos mas adelante, cuando nos adentremos en el emocionante mundo de la electrónica.

3.6 Energía nuclear.

Se genera a partir de elementos radioactivos como el uranio. En ella, se impulsa a las moléculas de los elementos radioactivos para que liberen ciertas moléculas llamadas neutrones: cuando estos chocan con otras moléculas, se separan y provocan reacciones en cadena.

3.6 Energías renovables.

Todos los tipos anteriores de energía pueden dividirse en dos: renovables y no renovables. Las renovables son formas de energía que no requieren combustibles fósiles y que son producidas a partir de fuentes naturales que no se agotan, como el sol (energía solar), el viento (energía eólica), las olas (energía motriz), las mareas (energía mareomotriz), el agua (energía hidráulica) y el calor del planeta (energía geotérmica). También  podemos incluir a las energías producidas por biomasa, que son combustibles que se obtienen a partir de los desechos biológicos.

Y las energías no renovables son las que no se regeneran en la naturaleza. El mayor ejemplo son los combustibles fósiles, como el petróleo.