Energía


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Fig. 1. La energía hace que todo suceda, desde los motores de los barcos que avanzan hasta las luces eléctricas que brillan y los rayos.[1]

El universo está compuesto de materia (en forma sólida, líquida o gaseosa) y energía. La energía es la capacidad de generar cambios. Cuidadosos estudios científicos durante siglos han encontrado leyes naturales que gobiernan la energía, y estas leyes parecen ser ciertas en todo el universo conocido. Como dice el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE de EE. UU.):[2]

La energía es una cantidad física que sigue leyes naturales precisas.

Estas incluyen la ley de la conservación de la energía, el primer principio de la termodinámica y el segundo principio de la termodinámica.

La energía existe en la forma en que los objetos interactúan entre sí. A menudo, la energía sólo se puede observar indirectamente al observar los procesos que ocurren dentro de un sistema. Todo en la Tierra, desde el tiempo hasta los volcanes, proviene de la energía que fluye a través de los diversos sistemas que nos rodean, como el Departamento de Energía de EE. UU. continúa diciendo:[2]

Los procesos físicos en la Tierra son el resultado del flujo de energía a través del sistema terrestre.

Todo lo que sucede físicamente, desde la luz que se refleja en una roca hasta las corrientes en las profundidades del océano, sucede porque la energía fluye. Los sistemas biológicos también requieren energía. En palabras del DOE de EE. UU.: [2]

Los procesos biológicos dependen del flujo de energía a través del sistema terrestre.

Cada proceso en cada organismo vivo, incluidas las personas, está impulsado por energía como la fotosíntesis y la ingestión de alimentos. Todo, desde la reproducción de células diminutas hasta correr por la calle implica la transferencia de energía.

La energía suele ser útil cuando se transforma o transfiere. Esto a menudo se conoce como 'uso de energía', lo cual es confuso porque la energía no puede consumirse. ¡Simplemente se convierte en una forma de energía diferente! Las dos formas más sencillas de transferir energía son el trabajo y el calor; ambas tienen definiciones específicas en el contexto de la ciencia energética. Estas definiciones son ligeramente diferentes de cómo las palabras son usadas en el lenguaje cotidiano.

Una parte confusa de la energía es que se expresa usando muchas unidades diferentes. Estas incluyen unidades que son útiles a nivel molecular como electronvoltios (eV) hasta palabras utilizadas en la cocina como calorías. Las clases de física tienden a usar unidades como julios, aunque los químicos a menudo prefieren las calorías. Para hacer que las unidades sean aún más confusas, el sector energético utiliza unidades como kilovatios-hora y BEP. También hay muchas unidades de energía más grandes que son útiles para hablar sobre el uso de energía para países enteros, como teravatios-hora y quads.

La rata (energía por unidad de tiempo) a la que se transfiere (o 'utiliza') la energía se conoce como potencia. Cuando la energía se transfiere rápidamente significa una gran cantidad de potencia, cuando se transfiere lentamente es menos potencia. Visite energía vs potencia para una distinción clara.

La energía sirve para muchos usos

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Fig. 2. La iluminación eléctrica es uno de los muchos servicios que los seres humanos obtienen de la energía.[3]

La energía proporciona muchos servicios energéticos útiles que permiten una alta calidad de vida a la que se han acostumbrado las personas que viven en sociedades modernizadas. [4] Estos servicios requieren un suministro constante de combustibles y flujos primarios para hacer uso de la energía necesaria. Los servicios específicos incluyen propulsar vehículos (motores de combustión interna), suministrar poblaciones y generar electricidad (véase Fig. 2) para miles de millones de personas.

La energía también tiene la capacidad de causar daños o perjuicios. Por ejemplo, las quemaduras son provocadas por un exceso de energía térmica. Los accidentes automovilísticos causan un gran daño cuando la energía cinética resultante de la circulación de vehículos se disipa en una colisión. Además, el uso de la energía a menudo conduce a la polución y otras consecuencias ambientales como el cambio climático.

Tipos de energía

La energía no se crea ni se destruye: esto se conoce como la ley de la conservación de la energía, lo que significa que la energía debe recolectarse de alguna fuente. Ningún proceso puede generar energía, por muy bueno que sea. Sin embargo, muchos procesos pueden transformar la energía de un tipo (como los que se encuentran en la naturaleza) en otro (como los que son útiles para los servicios energéticos). Hay muchas formas o tipos diferentes de energía que se pueden clasificar en tres categorías principales:

Tipo de energía Ejemplos Algunas formas de hacer uso de la energía
Energía cinética Energía cinética macroscópica
Energía cinética microscópica
Sonido
Energía eólica (EC macroscópica)
Energía mareomotriz (EC macroscópica)
Energía geotérmica (EC microscópica)
Energía potencial Gravitacional
Química
Nuclear
Eléctrica
Elástica
Hidroelectricidad
Combustibles fósiles
La energía nuclear
Energía mareomotriz


Energía radiante Electromagnética (lúminica) Energía solar

Para obtener más información sobre cómo la energía no se crea ni se destruye, sino que solo se puede obtenerse de los recursos disponibles en la naturaleza, visite la página: ley de la conservación de la energía.

Conservación de energía: ¿de dónde sacamos la energía que usamos?

Dado que la energía no se crea (ni se destruye), esta es extraída de fuentes de energía de alta densidad llamadas combustibles primarios, o procesos físicos que transfieren energía llamados flujos primarios. La energía extraída de la naturaleza se llama energía primaria (la suma de todos nuestros combustibles y flujos). La mayor parte de la energía primaria proviene de combustibles como los hidrocarburos y combustibles nucleares. El resto de nuestra energía primaria proviene de flujos como la energía eólica y la hidroelectricidad (ver combustible vs. flujo). La energía se puede encontrar en la naturaleza en forma de combustibles y flujos, que se pueden recolectar y transformar para ser fácilmente utilizables por los humanos. Por ejemplo, el proceso de evaporación y lluvia permite que los ríos sigan fluyendo. Usamos la energía del flujo de agua, que indirectamente proviene del sol, para crear electricidad. Así, la energía cambió de tipo varias veces, pero no se creó ni se destruyó, solo se transfirió.

Trabajo

La ciencia usa definiciones muy específicas para las palabras, que a menudo son diferentes del uso diario. Para un físico, la palabra trabajo significa empujar (ejercer una fuerza) un objeto a cierta distancia, un proceso que (por definición) requiere un aporte de energía. Por ejemplo, una persona trabaja empujando un refrigerador a lo largo de la cocina (aplica una fuerza con las manos en toda la distancia). ¡Para hacerlo, la persona debe gastar energía! Esta energía se transforma en el sonido de un frigorífico raspando el piso, e incluso en un ligero aumento de la temperatura debajo del frigorífico y el piso.

Para más información, visite la página: trabajo

Calor

El calor puede ser un resultado tanto deseado como no deseado de la utilización de energía. Por ejemplo, la energía térmica calienta las casas y las comidas, lo que obviamente es deseable, especialmente en climas más fríos. Sin embargo, el calor también es un subproducto de la fricción, que no siempre se busca. Por ejemplo, las piezas complejas de los vehículos utilizan aceite lubricante para reducir la fricción, pero si el aceite se agota, esas piezas complejas quedarán expuestas a altos niveles de fricción, lo que suele provocar un calentamiento elevado y daños graves para el motor.

Para más información, visite la página: calor

Luz

Al final, la mayor parte de la energía de la Tierra proviene de la fusión nuclear que tiene lugar dentro del sol. Esta energía toma la forma de luz, que también se conoce como radiación electromagnética. A través de la luz, la energía se transfiere en pequeños “paquetes” llamados fotones que contienen cantidades discretas de energía que pueden propagarse (como ondas) a distancias muy largas. Cuando los fotones golpean un objeto, transfieren su energía al objeto. Es importante tener en cuenta toda la luz, no solo la luz visible es así. La luz puede tener muchas formas diferentes que son invisibles para el ojo humano. Estas formas diferentes se clasifican por su longitud de onda y ocupan un amplio espectro (conocido como espectro electromagnético); así que, diferentes rangos dentro de este espectro tienen diferentes niveles de energía. De la energía más alta a la más baja están: los rayos gamma, rayos X, ultravioleta (UV), visible, infrarrojo, microondas y radio.

Fig. 3. Una visualización de las diferentes longitudes de onda de la luz que se encuentran dentro del espectro electromagnético. Note que el lado derecho del espectro contiene longitudes de onda que son mucho más altas en energía.[5]

Para obtener más información, visite la página: luz

Ver lecturas adicionales

Referencias

  1. Quintano, Anthony. (2014, Aug. 20). Lightning over New York City July 2013 [Online]. Available: https://www.flickr.com/photos/quintanomedia/9334838960/
  2. 2,0 2,1 2,2 ”Energy Literacy, Essential Principles and Fundamental Concepts for Energy Education” Online: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/07/f35/Energy_Literacy.pdf Accessed: August 15th, 2017.
  3. By Nasa.gov http://www.nasa.gov/topics/earth/earthday/earthday_gallery.html [Public domain], via Wikimedia Commons accessed August 15th, 2017.
  4. Scott, Smelling Land, 1st edition. Vancouver, Canada: Canadian Hydrogen Association, 2007
  5. (2014, Aug. 20). Manufacturing Electronic Microwave Components. [Online] Available: http://www.thomasnet.com/articles/automation-electronics/electronic-microwave-manufacturing

Autores y redactores

Bethel Afework, Semaa Amin, Ethan Boechler, Allison Campbell, Jonathan Elbaz, Jordan Hanania, Braden Heffernan, James Jenden, Nathan Lefsrud, Ellen Lloyd, Amanda Musgrove, Luisa Vargas Suarez, Jasdeep Toor, Jason Donev
Última actualización: 9 noviembre, 2021
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