Energia

Ésta es una de las palabras más usadas en el vocabulario corriente. Y no es vano, pues constituye motivo de honda preocupación en el mundo económico, político y familiar. Así, oímos hablar con frecuencia de «alumbrar nuevas fuentes de energía, y vemos cómo se alaba la conducta de una persona determinada diciendo de ella que es «hombre de gran energia».

Se ha logrado transformar materia en energia pura, y se conocen los intentos para la utilización de la energía de las mareas o la que procede del Sol directamente.

La definición científica de energía es capacidad para producir trabajo.

En este concepto es inevitable utilizar las palabras materia, movimiento, tiempo y espacio. Pero no siempre la energía se manifiesta en forma de movimiento. La que llamamos energia potencial es completamente estática. Por ejemplo, una roca situada en lo alto de un acantilado. Si cae y se estrella en el fondo del mismo desarrollará una cantidad muy considerable de energía cinética, movimiento;mientras permanece quieta en lo alto y no se mueve es, sin embargo, es  un depósito de energia.

Información sobre energia

Tanto como puede serlo el agua embalsada en una represa cuando todas las compuertas están cerradas.

La mayor y más importante fuente de energia es el Sol. Energia que se desperdicia en su casi totalidad pues son escasos los «hornos solares» que aprovechan este foco de calor. Las plantas se sirven de ella para sintetizar la clorofila. Plantas que murieron hace millones de años y quedaron enterradas, afloran a la superficie en forma de hulla y producen energia que, en último término, acumularon del Sol. Lo mismo podríamos decir del petróleo, que es el resultado de una transformación de organismos vivos.

Incluso la energía enorme y no utilizada del viento, los huracanes, la fuerza de las olas y las mareas, es debida a la acción del Sol. La energía hidráulica que se sirve de los saltos de agua debe su origen a la lluvia, que es un fenómeno originado, predominantemente, gracias a la acción solar.

La energía atómica, recientemente descubierta y que empieza a ser utilizada, no se debe directamente a la acción del Sol, sino a transformaciones íntimas que ocurren en el seno del átomo.

Existe también una energia calorifica, molecular, química, magnética e incluso una vital ( la que determina el trabajo y el movimiento en los organismos vivos).

A lo largo de la historia, los seres humanos han realizado muchas de sus actividades utilizando la energia de la leña, de su propio cuerpo o de los animales. Luego crearon mecanismos como los molinos de viento para moler granos, y de agua, que hacían funcionar las maquinarias.

A medida que la población aumentaba, la demanda de energía aumentaba. Actualmente se requiere cada vez más energía, que se obtiene del carbón, del petróleo, de los materiales radioactivos, de los ríos, del sol e incluso del viento.

La energia y sus formas

Todo lo que cambia o se mueve posee alguna forma de energía.Todas las transformaciones que observamos ocurren con su aporte.Así, dependemos de ella de varias maneras, por que es lo que hace que las cosas ocurran.

Diariamente observamos diferentes manifestaciones de energía producidad o utilizada: el sol aporta gran cantidad de energía a la Tierra; una cocina utiliza la energía del gas para cocinar; un auto funciona con la energía que proporciona la nafta; y una lamparita utiliza energía eléctrica para producir luz.

Hay tres tipos de energía: radiante, potencial y cinética.

Radiante: Luz visible, microondas, ondas de radio, rayos x, etc.

Potencial : Gravitatoria, química, nuclear, elástica

Cinética :  Cuerpos en movimiento, energía sonora, energía térmica

La energía mecánica es la suma de la energía cinética y potencial en un objeto que se utiliza para realizar un trabajo. En otras palabras, es energía en un objeto debido a su movimiento o posición, o ambos.

Energia potencial

La energía pude ser almacenada en diferentes objetos y de distintas formas, sin manifestarse en cambios. Esta energía almacenada se llama energía potencial, puede liberarse y hacerse visible mediante transformaciones.

Son ejemplos de energía potencial  la energía química como los de los alimentos que consumimos o los combustibles que se queman;la energía potencial gravitatoria, presente presente en los objetos suspendidos sobre la superficie y que pueden caer; la energía nuclear, que mantiene unidas a las partículas que forman el núcleo de los átomos; y la energía elástica, relacionada con los objetos que pueden deformarse y recuperar luego su forma original, como los resortes.

Energía potencial química

La energía química es aquella almacenada en la estructura química de las sustancias, en los enlaces entre los átomos de las moléculas.

Cuando estos enlaces se rompen parte de esta energía es liberada en forma de calo, luz o ambos.Cada molécula de metano del gas natural posee cuatro átomos  de hidrógeno y uno de carbono.

Energía potencial nuclear

La partículas que forman los núcleos de los átomos se mantienen fuertemente unidas. Al”romper” los núcleos de ciertos átomos (fisión nuclear), cómo el de uranio, se obtienen núcleos de átomos más livianos y  se libera muchísima energía. En la centrales nucleares o atómicas se aprovecha la energía de fisión nuclear para calentar agua y mover la turbina con la que obtiene electricidad.

El uso de energía nuclear produce residuos muy contaminantes y nocivos, que deben ser depositados cuidadosamente durante siglos.

Energía cinética

El agua que cae por una cascada, el aire que empuja las velas de un barco o una pelota que se dirige hacia el arco tienen energía cinética durante su movimiento. Una bicicleta en movimiento tiene energía cinética; pero un auto que se mueve a la misma velocidad tiene mayor cantidad: cuanto mayor es la masa de un objeto, mayor es la energía cinética que posee a una velocidad dada. Y cuanto mayor es la velocidad con  la que viaja un objeto mayor también será su energía cinética.

Energía térmica

La energía térmica está relacionada con la energía cinética, dado que se vincula con la vibración de los átomos o moléculas de las sustancias.

Al calentar una sustancia, sus moléculas se mueven mas intensamente; al enfriarse lo hacen mas lentamente. La energía cinética promedio de todas las partículas es lo que llamamos calor. La energía térmica fluye de los cuerpos mas calientes a los mas fríos y continúa fluyendo hasta que ambos alcanzan la misma temperatura.

Es fácil aumentar la energía cinética de la materia; por ejemplo, al calentar una moneda golpeándola con un martillo. El golpe del martillo hace que las moléculas de la moneda vibren mas rápidamente.

Energía, calor y trabajo

Todo aquello que puede medirse constituye una magnitud; por ejemplo el calor, la longitud, la velocidad, la temperatura, el peso o densidad. Cada magnitud se mide en unidades propias asi, la longitud se mide en metros y el tiempo en segundos.

La energía es una magnitud física, para expresarla se usa el  joule (j) del cual un múltiplo muy usado es el kilojoule (kj): 1 kj = 1000 j. La energía está muy relacionada con el calor y el trabajo; así,  el sitema internacional indica al joule como unidad de medición de la energía, el trabajo y calor.. Otra unidad que suele usarse para el calor es la caloría (cal), que también se expresa en su múltiplo kilocaloría (kcal) 1 kcal=1000 cal. La equivalencia entre caloría y joule 1 cal = 4.186 j; 1 kcal = 4.186 kj.

La caloría es usada para indicar el poder energético de los alimentos. Así, una manzana de tamaño normal proporciona 35.8 kcal o 150 kj. 100 kj se consumen al frotar dos minutos o caminar rápido cinco minutos.

Trabajo

En física, se denomina trabajo a una fuerza que es aplicada a lo largo de una distancia. Al empujar un objeto, hacemos un trabajo: cuanta mas fuerza debamos realizar, o a mayor distancialo movamos, mayor será el trabajo realizado. Siempre que se realiza un trabajo intervienen dos factores: la aplicación de la fuerza y el movimiento resultantedel objeto.

La unidad de medida del trabajo combina una unidad de fuerza (Newton = N) con ina de distancia (metro = m): es el Newton- metro (Nm), equivalente del joule. Si aplicamos una fuerza de 5 N para empujar un banco de madera, el trabajo vale 5 N . 3 m = 15 Nm = 15 j

Transformaciones de la energía

En cualquier fenómeno siempre hay energía implicada: todo cambio supone la transformación de una forma de energía en uno o más tipos diferentes. Se habla de transformaciones de la energía cuando un tipo determinado se transforma en uno o más tipos de energías diferentes.

Degradación de la energía

En cada transformación de la energía, una parte se convierte en energía no aprovechable: calor que se disipa hacia el aire o el espacio, se dice que la energía se degrada . Los Los artefactos que aprovechan la energía disponible y disipan menos calor son mas eficientes, lámparas de bajo consumo transforman en luz un porcentaje mayor de la energía que las incandescentes: son mas eficientes.

Transmisión de energía

La energía por lo general, pasa de un cuerpo a otro de dos maneras principales: como trabajo y como calor.

• Transmisión del trabajo. El trabajo puede ser eléctrico o mecánico.Antiguamente la energía empleada en talleres y fábricas estaban relacionadas con el trabajo mecánico(por ejemplo en molinos, máquinas de vapor,etc); hoy, en general se usan motores eléctricos.
• Transmisión del calor. El calor se transmite de tres maneras: por conducción (sólido), por radiación (objetos transparentesy espacio vacío) o por convección (en líquidoso gases en movimiento).

La conservación de la energía

El estudio de las diferentes formas de energía y sus transformaciones permitió a los científicos postular la ley de conservación de la energía, que sostiene que la energía no se puede crear  ni destruir; se puede transformar de un tipo a otro, pero la cantidad de energía total del universo no cambia.

Relación entre masa y energía

A comienzos del siglo XX, Albert Einstein reveló que la masa no es más que una forma de energía, estableciendo que todo objetocon masa tiene “energía de existencia o energía concentrada”. O sea, masa y energía son equivalentes, desde que la masa puede convertirse en energía y viceversa. Entonces Einstein postuló la siguiente ecuación E= m . C², donde E=energía, m= masa y c= velocidad de la luz ( 300000 km/s). Cada vez que se fusionan cuatro núcleos de hidrógeno para formar uno de helio en el sol, la masa de este es algo menor que la suma de la de aquellos: parte de la masa de los núcleos de hidrógeno se convirtió en energía. Mediante la ecuación de Einstein, se puede saber a cuanto equivale dicha energía, ya que se conoce la cantidad de masa que se convierte en ella.

Fuerzas que generan energía

Existen sólo cuatro fuerzas o interacciones en la naturalezaa: toda la energía existente yy las fuerzas que observamos se originan por una o más de ellas. Se trata de la fuerza gravitatoria, la electromagnética, y las dos nucleares, la fuerte y la débil.

La fuerza gravitatoria afecta a todos los cuerpos y hace que se atraigan ; contribuye a sostener la estructura de las estrellas y los planetas.

La fuerza electromagnética es una combinación de energía eléctrica y magnética, que provoca la atracción entre partículas con cargas eléctricas de distinto signo o cuerpos magnetizados enfrentados por polos opuestos. Genera, por ejemplo, toda una gama de radiaciones que va desde las sondas de radio o rayos X hasta la luz visible. Esta fuerza también conecta a los átomos para formar moléculas.

Las fuerzas nucleares llevan este nombre por que se manifiestan en el interior del núcleo del átomo. Es precisamente allí donde la llamada fuerza nuclear fuerte agrupa protones con neutrones. La fuerza nuclear dèbil se manifiesta en ciertos procesos nucleares, como los que provocan la desintegración del núcleo.

Así como podemos explicar un hecho en función de los intercambios de energía, los fenómenos naturales pueden interpretarse mediante interacciones entre estas cuatro fuerzas. En el interior de una estrella se desarrollan complejos procesos nucleares responsables de la emisión de calor, luz y otras radiaciones. Estos son “gobernados” por fuerzas nucleares fuertes y débiles. Cuando una persona observa una estrella, la luz choca con los electrones de los átomos de los receptores ópticos

de los ojos, esto genera nuevas interacciones de electrones que se transportan como información al cerebro. Se trata de un proceso electromagnético.

Finalmente ,  son fuerzas gravitatorias las que sostienen la estructurade las estrellas y a una persona sobre e suelo.

Generación de energía eléctrica

Vamos a citar tres tipos de centrales para generar electricidad.

Central hidroelectrica

 

Los diques de las centrales hidroeléctricas acumulan agua de los ríos.

Al dejarla caer, se accionan turbinas unidas a generadores de electricidad .

A veces instalar estas centrales de energia hidroelectrica implica inundar grandes zonas, trasladar pueblos, alterar el paisaje y perjudicar a animales y plantas.

Centrales termoeléctricas

Las centrales termoeléctricas queman carbón o petróleo para calentar agua y generar vapor, que hacen andar las turbinas que mueven los generadores. Son econòmicas pero muy contaminantes: eliminan dióxido de carbono a la atmósfera, lo que puede aumentar la temperatura global.

Centrales termonucleares

Las centrales termonucleares generan calor por fisión nuclear en el reactor, para producir vapor que mueve turbinas y generadores. Son centrales económicas, pero sus residuos son peligrosos y contaminantes. Algunos países lo usan en armas nucleares.

Hacia una energía sostenible

Las fuentes de energía que se usan actualmente para generar electricidad son en su mayoría agotables y contaminantes. El carbón y el petróleo usado en centrales termoeléctricas algún día se terminarán. A la vez, su uso altos niveles de contaminación que influyen en el efecto invernaderoy el cambio climático(parece estar detectàndose un leve aumento de la temperatura global). Las energías alternativas generalmente, superan estos inconvenientes: son renovables y limpias.Pero en algunos casos son mas costosas o su tecnología es insuficiente.

Debemos transitar hacia un modelo energético sostenible, en el que las generaciones actuales puedan cubrir sus necesidades energéticas garantizando un futuro a las próximas.Este modelo debe ser cuidadoso y respetuoso con el medio ambiente. Son claves para lograrlo:

• No usar energía eléctrica cuando no es necesario y evitar las pérdidas de energía .
• Un desarrollo tecnológico que ofrezca productos que cumplan las mismas funciones actuales con menores requerimientos energéticos .
• El apoyo de los gobiernos y las empresas al desarrollo y al uso de las fuentes alternativas de energía.

Energías alternativas

Las energias renovables son fuentes aún poco aprovechadas, como la energía solar, la eólica, la geotérmica y la mareomotriz.

Energía solar. Aunque actualmente la energía solar fotovoltaica es una forma costosa de generar electricidad, es considerada una de las principales fuentes de energía del futuro. Con una serie de espejos se concentra la luz del sol y se enfoca en una “caldera” para calentar agua y generar vapor. La otra forma es utilizando paneles solares que generan electricidad de manera directa. Para que sirven los paneles solares, generan electricidad usando la luz solar directa.

Energía eólica. La energía del viento brinda una fuente de electricidad segura y libre de contaminación. El viento hace girar el eje de una conectada a un generador eléctrico. En zonas con mucho viento durante todo el año, como la Patagonia, estas centrales son muy útiles.

Energía mareomotriz. Las mismas turbinas usadas en las centrales hidroeléctricas pueden ser utilizadas para generar energía con las subida y bajada de la marea. Es decir se usa la fuerza de las olas y corrientes marinas.

Consejos para un mejor uso de la electricidad

• Lámparas: Usar lámparas de bajo consumo. Apagar las luces que no se usen; no usar mas lámparas de lo necesario. Pintar las paredes internas de la casa con colores claros.
• Aire acondicionado: Ajustar la temperatura a las necesidades reales. Aislar térmicamente las casas y mantener cerrada las ventanas. No mantener el equipo encendido en ambientes desocupado.
• Heladera: Usar heladeras del tamaño adecuado a las necesidades de la vivienda. No dejar la heladera abierta mas del tiempo necesario y revisar que la puerta cierre correctamente. Mantener la heladera en la potencia necesaria según la época del año.

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