Fundamentos de la Energía: Tipos, Transformaciones y Aplicaciones

Fundamentos de la Energía

Energía (E): La energía es la capacidad que tiene un cuerpo o un sistema para generar trabajo (W) o calor (U).

Unidades de Energía

• Julio (J): Es el trabajo que realiza una fuerza de un newton al desplazar su punto de aplicación un metro en su misma dirección. J = N · m = W · s
• Caloría (cal): Es la cantidad de calor necesaria para elevar, a presión normal, la temperatura de un gramo de agua. 1 cal = 4,18 J
• Kilovatio-hora (kW·h): Se utiliza como unidad de medida de energía eléctrica. Es la energía consumida o desarrollada por una máquina de un kW de potencia durante una hora. 1 kW·h = 3,6 · 10⁶ J
• Electrón-voltio (eV): Es la energía que adquiere un electrón cuando se mueve entre dos puntos con una diferencia de potencial de un voltio. 1 eV = 1,602 · 10^-19 J
• Kilográmetro = Kilopondímetro (kgm = kpm): Es el trabajo realizado por una fuerza de un kilogramo al desplazar su punto de aplicación un metro en la misma dirección. 1 kgm = 1 kpm = 9,8 J

Potencia y Trabajo

• Potencia: Es el cociente que resulta de dividir el trabajo realizado entre el tiempo. Su unidad internacional es el vatio (W).
• Trabajo: Es el producto de la fuerza aplicada a un cuerpo por la distancia que recorre desde su punto de aplicación y por el coseno del ángulo que forman las direcciones de ambos.

Energía Mecánica

Es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar trabajo en virtud de su velocidad, de su posición en un campo gravitatorio o de su estado de tensión.

Tipos de Energía Mecánica

• Energía Cinética: Es la energía que posee un cuerpo en movimiento debido a su velocidad.
• Energía Potencial Gravitatoria: Es la energía que posee un cuerpo debido a la posición que ocupa en un campo gravitatorio. Se necesita saber la altura a la que se encuentra.
• Energía Potencial Elástica: Al estirar o comprimir un muelle con una fuerza (F) se realiza un trabajo. Este trabajo queda almacenado en el muelle en forma de energía, la cual se pone de manifiesto al soltarlo.

Energía Nuclear

Se trata de una energía propia de la materia y que se libera al fisionarse (fragmentarse) los núcleos de determinados átomos.

Energía Interna

La materia está formada por moléculas y átomos que se encuentran en constante movimiento. A su vez, en los átomos existen otras partículas que también se mueven. Aunque un cuerpo esté en reposo, todas estas partículas están en continua agitación y poseen, por consiguiente, energía cinética.

Transferencia de Calor

• Conducción: Es el paso de calor (energía) por contacto. Consiste en el transporte de energía calorífica sin transporte de materia, pero en presencia de esta.
• Convección: Es el paso del calor de un cuerpo a través de un fluido (agua, aire). Es un transporte de energía calorífica con transporte de materia, típico de los fluidos.
• Radiación: Consiste en un transporte de energía que puede tener lugar tanto en presencia de materia como en su ausencia (en el vacío). Se produce por medio de ondas electromagnéticas, análogas a las de las ondas de la luz, radio, televisión, etc.

Almacenamiento de Calor

• Por acumulación sin cambio de estado: Los cuerpos acumulan energía térmica; la cantidad acumulada depende del tipo de material, de su estado, de su masa y de la temperatura a la que se encuentre.
• Por acumulación con cambios de estado: Los sistemas materiales necesitan absorber (o ceder) calor para cambiar de estado. Esta absorción o cesión de calor se produce sin variación de temperatura si se trata de una sustancia pura.