La Energía: Conceptos Esenciales, Tipos, Transformación y Fuentes

La Energía: Conceptos Esenciales y su Presencia Cotidiana

Usamos con frecuencia la palabra energía. A finales del siglo XIX, la ciencia hizo suyo este concepto y le fue dando un significado más preciso. Muchas propiedades de la materia se pueden usar para definir distintas clases de energía que pueden transformarse entre sí y pasar de unos cuerpos a otros.

Formas Fundamentales de Energía

Energía Cinética

Un objeto que está en movimiento puede chocar con otro y producir cambios en él. La energía cinética puede expresarse matemáticamente como:

E_c = 1/2 mv²

Energía Potencial Gravitatoria

Un objeto que está situado a cierta altura puede caer, ponerse en movimiento y empujar a otro. Para la energía potencial gravitatoria podemos escribir:

E_p = mgh

Conservación de la Energía

En cualquier transformación, la energía se conserva. Si un objeto cae desde cierta altura, la energía potencial que pierde no desaparece, sino que pasa al suelo. Existen unas formas de energía más útiles que otras. El agua del mar contiene una cantidad enorme de energía térmica, pero tampoco se puede aprovechar porque está muy repartida.

Trabajo Mecánico y Energía Mecánica

Si nos dejamos caer, la Tierra aumentará nuestra energía cinética atrayéndonos con el peso. Para medir esos cambios de energía usamos el concepto de trabajo mecánico. El trabajo mecánico se calcula multiplicando la fuerza realizada por la distancia recorrida por el cuerpo en la dirección de la fuerza:

W = Fd

Su unidad en el Sistema Internacional es el julio.

La energía mecánica es la suma de la energía cinética y potencial que posee un cuerpo:

E_m = E_c + E_p

La energía mecánica permanece constante cuando en la transformación solo interviene el peso. La conservación de la energía mecánica permite realizar con sencillez cálculos que de otro modo serían complicados.

Energía Térmica y Calor

Los átomos y moléculas que forman la materia realizan continuamente movimientos de agitación térmica que apreciamos con la temperatura. Al unir dos cuerpos con diferente temperatura se produce un intercambio de energía que solo se detiene si alcanzan el equilibrio térmico y quedan a igual temperatura. El calor es un proceso de transferencia de energía térmica entre cuerpos que están en contacto. Se suele llamar cantidad de calor a la cantidad de energía así transferida.

Experimentos Históricos sobre el Calor

Benjamin Thompson trató de pesar el calor con una balanza muy precisa. James Prescott Joule ideó un experimento para confirmar esta idea y calcular la cantidad de calor que podía extraerse del trabajo mecánico. El calor y el trabajo son dos procesos equivalentes. En honor a su nombre, la unidad internacional de energía se denomina julio.

Clasificación de las Fuentes de Energía

Fuentes de Energía No Renovables

Tanto el carbón como el petróleo se han acumulado durante millones de años en la Tierra. No es posible su renovación y las reservas están limitadas. Reciben el nombre de fuentes no renovables de energía.

• Combustibles fósiles: Suponen las tres cuartas partes de la energía primaria usada en el mundo.
• Energía nuclear: Algunas sustancias pueden sufrir un proceso llamado fisión nuclear en el que sus átomos se desintegran en átomos más ligeros.

Fuentes de Energía Renovables

Otras, como la luz solar o el viento, siempre estarán disponibles, por lo que se denominan fuentes renovables de energía.

• Energía hidráulica
• Energía eólica
• Energía solar fotovoltaica
• Energía solar térmica

Energía Primaria y Vector Energético

Se denomina energía primaria a la contenida en las fuentes energéticas antes de transformarla para su distribución. Una vez transformada, la nueva forma se denomina vector energético.

Impacto Ambiental del Uso de la Energía

El uso masivo de las distintas fuentes energéticas modifica nuestro entorno físico y produce cambios en todo el planeta. Actualmente, la quema de combustibles contamina las ciudades y vierte a la atmósfera gases que cambian el clima terrestre.