Conceptos Fundamentales de la Energía y sus Manifestaciones

La Energía y sus Formas

¿Qué es la Energía?

La energía es la capacidad que tiene un sistema material para producir cambios en otro sistema material o sobre sí mismo. Es una magnitud física que en el Sistema Internacional (SI) se expresa en julios (J).

La energía posee dos características básicas:

• Se presenta en muchas formas, todas ellas convertibles entre sí.
• Su valor se conserva en todo fenómeno que ocurre en la naturaleza.

En cualquier cambio físico o químico, la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Cuando dos sistemas materiales aislados de su entorno interaccionan entre sí, la energía que gana uno es igual a la energía que pierde el otro.

Intercambio de Energía entre Sistemas

Hay dos formas posibles de intercambio de energía:

Mediante Calor

Ocurre cuando dos cuerpos están a diferente temperatura. El sistema que se encuentra a mayor temperatura cede calor al que está a menor temperatura. El proceso continúa hasta que ambos alcanzan el equilibrio térmico.

Mediante Trabajo

Tiene lugar cuando dos sistemas materiales interaccionan entre sí mediante fuerzas.

Es importante destacar que el calor y el trabajo no son formas de energía en sí mismas, sino energía en tránsito entre sistemas materiales o cuerpos.

Formas Específicas de Energía

Energía Mecánica

Es la suma de la energía cinética y la energía potencial gravitatoria. En sistemas conservativos (sin fuerzas disipativas como el rozamiento), su valor total se mantiene constante.

• Energía Cinética: Es la energía que posee un cuerpo de masa m a causa de estar en movimiento, es decir, por moverse con rapidez v.
• Energía Potencial Gravitatoria: Es la energía que tiene un cuerpo de masa m por estar bajo la acción de la fuerza de atracción gravitatoria. Depende de la aceleración de la gravedad (g) y la altura (h) sobre un nivel de referencia (origen de energía potencial, que suele ser el suelo).

Existe una conversión constante entre energía potencial y cinética: si un cuerpo pierde energía potencial, gana la misma cantidad de energía cinética, y viceversa, siempre que no haya pérdidas por rozamiento.

El rozamiento (la fuerza de rozamiento) es una fuerza que se opone siempre al movimiento y causa la disipación de energía mecánica, transformándola generalmente en calor.

Energía Eléctrica

Es la energía asociada a una corriente eléctrica, que no es más que un movimiento ordenado de electrones u otras partículas que lleven carga eléctrica, como los iones.

Energía Química

Es la energía asociada a los enlaces químicos que mantienen unidos los átomos de una sustancia pura.

Una reacción química a menudo manifiesta esta energía en forma de calor y luz.

Energía Nuclear

Es la energía asociada a los cambios que experimentan los núcleos de algunos átomos.

• Fisión Nuclear: Proceso en el que un núcleo pesado se divide en núcleos más ligeros. Un inconveniente es que se producen sustancias (residuos nucleares) que pueden emitir radiaciones perjudiciales durante cientos o miles de años.
• Fusión Nuclear: Proceso en el que núcleos ligeros se unen para formar un núcleo más pesado. En este proceso se desprenden enormes cantidades de energía, pero para que ocurra se requieren temperaturas de algunos millones de grados Celsius.

Trabajo y Máquinas

Trabajo

Una fuerza realiza un trabajo sobre un cuerpo cuando lo desplaza en la dirección de la fuerza. No se realiza trabajo cuando no hay desplazamiento o cuando la fuerza es perpendicular a la dirección del desplazamiento.

Máquinas Simples

Son dispositivos que nos ayudan a realizar trabajo, a menudo multiplicando la fuerza aplicada a expensas de la distancia recorrida.

• Polea: Permite cambiar la dirección de la fuerza que hay que ejercer.
• Plano Inclinado: Nos ayuda a vencer el peso de un objeto que queremos trasladar a una determinada altura.
• Palanca: Barra que gira sobre un punto de apoyo (fulcro).