Energía

Índice

Concepto de energía

La energía es la capacidad de producir transformaciones o cambios.

Conservación de la energía

La energía se puede transferir, almacenar o disipar, pero no crear ni destruir.

Unidades

En el SI la energía se mide en julios ($1\thinspace\mathrm J = 1\thinspace\mathrm{N\thinspace m} = 1\thinspace\mathrm{kg\thinspace m^2\thinspace s^{-2}}$). Otras unidades de energía son la caloría ($1\thinspace\mathrm{cal} = 4.19\thinspace\mathrm J$) o el kilovatio hora, $\mathrm{kW\thinspace h}$:

$$ 1\thinspace\mathrm{\cancel{kW}\cancel{h}}\cdot \frac{1000\thinspace\mathrm W}{1\thinspace\mathrm{\cancel{kW}}}\cdot \frac{3600\thinspace\mathrm s}{1\thinspace\mathrm{\cancel h}} = 3.6\times 10^6\thinspace\mathrm{W\thinspace s} = 3.6\times 10^6\thinspace\mathrm J $$

Transformaciones energéticas

Tipos de energía

Energía mecánica

Es la que poseen los cuerpos debido a su movimiento y/o a su posición.

Energía térmica

Es la energía que posee un cuerpo por el hecho de estar a una cierta temperatura.

Energía química

Es la energía que posee un cuerpo debido a su estructura interna. Se pone de manifiesto en reacciones químicas, como la combustión por ejemplo.

Energía nuclear

Es la energía almacenada en los núcleos de los átomos. Se pone de manifiesto en reacciones nucleares, como la fisión o la fusión nuclear.

Energía radiante

Es la energía que poseen las ondas electromagnéticas, como la luz por ejemplo.

Energía eléctrica

Es la energía que poseen las cargas eléctricas en movimiento.

La siguiente tabla muestra algunos aparatos/dispositivos involucrados en distintas transformaciones energéticas:

energía inicial	energía final	aparato/dispositivo
Mecánica	Térmica	Pastilla de freno
Química	Mecánica	Motor de combustión
Química	Térmica	Cocina de gas
Química	Eléctrica	Pila/central térmica
Radiante	Eléctrica	Panel solar
Eléctrica	Mecánica	Motor eléctrico
Eléctrica	Térmica	Estufa eléctrica
Eléctrica	Radiante	Bombilla

Aprende más sobre las formas y cambios de energía con esta simulación:

Calor y temperatura

Temperatura 🌡️

De acuerdo al modelo cinético-molecular, la materia está formada por partículas que están en continuo movimiento. La temperatura es una medida de la agitación (energía cinética) media de las partículas que forman un sistema.

La temperatura absoluta es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala que comienza en el cero absoluto, un hipotético estado en el que todas las partículas que forman el sistema estarían completamente quietas.

En el SI, la temperatura absoluta se mide en kelvin (K):

$$ T(\mathrm K) = T(^\circ\mathrm C)+273.15 $$

Puedes profundizar en el concepto de temperatura con ayuda de esta simulación:

Mecanismos de transferencia de energía

La energía térmica que se transfiere de un cuerpo a otro se denomina calor. Por razones históricas el calor se mide a menudo en calorías ($1\thinspace\mathrm{cal} = 4.19\thinspace\mathrm{J}$). El calor se puede transferir mediante:

Conducción

Basado en el contacto directo entre los cuerpos.

Convección

Debido al transporte de masa por medio de un fluido.

Radiación

Por medio de ondas electromagnéticas (como la luz), que pueden viajar incluso por el vacío.

Efectos del calor en los cuerpos

Variación de temperatura y/o cambios de estado

Cuando dos cuerpos se ponen en contacto térmico, el que está a mayor temperatura cede calor (enfriándose) al que está a menor temperatura (calentándose), llegando al cabo de un tiempo a un equilibrio térmico (misma temperatura). La variación de temperatura que sufre un cuerpo cuando se le proporciona una cantidad de calor depende de la sustancia de que se trate y de su masa.

Al variar la temperatura de un cuerpo, éste puede cambiar su estado de agregación. Es importante recordar que, durante un cambio de estado, la temperatura del cuerpo permanece constante, ya que durante el cambio la energía transferida al cuerpo se emplea en reorganizar las partículas (romper enlaces).

Dilatación

Como regla general, un cuerpo aumenta su volumen (se dilata) al aumentar su temperatura¹. La dilatación de los líquidos, como el mercurio (Hg), se utiliza en los termómetros 🌡️. La escala Celsius, también llamada centígrada, es la escala basada en 0 para el punto de congelación y 100 para el punto de ebullición del agua.

Fuentes de energía

Una fuente de energía es cualquier fenómeno físico o químico del que es posible explotar su energía.

No renovables 🏭

Aquellas que se encuentran en la naturaleza en cantidades limitadas, no pudiendo sustituirse tras agotarse.

Combustibles fósiles 🔥

Proceden de la biomasa producida en eras pasadas, que ha sufrido enterramiento y tras él, procesos de transformación, por aumento de presión y temperatura, hasta la formación de sustancias de gran contenido energético, como el petróleo ⛽, el carbón, el gas natural y el gas licuado del petróleo (GLP).

Combustibles nucleares ☢️

Materiales que han sido adaptados para poder ser utilizados en la generación de energía nuclear, principalmente mediante fisión nuclear, como por ejemplo el $\ce{^{233} U}$, el $\ce{^{235} U}$ y el $\ce{^{239} Pu}$.

Renovables 🍃

Se obtienen de fuentes naturales virtualmente inagotables.

Energía solar ☀️

Obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. Distinguimos entre energía solar:

Térmica

Calentar agua mediante depósitos.

Fotovoltaica

Generar electricidad mediante paneles solares.

Energía eólica 💨

Obtenida del viento, aprovechando la energía mecánica del aire mediante enormes aerogeneradores.

Energía hidráulica 💧

Obtenida aprovechando la energía mecánica de corrientes o saltos de agua.

Biomasa 🌱

Material vegetal o animal utilizado para la producción de energía (electricidad o calor), o en diversos procesos industriales como materia prima para una variedad de productos.

Energía geotérmica 🌋

Es la energía térmica generada y almacenada en la Tierra. El calor del interior de la Tierra se transmite a través de los cuerpos de roca caliente por conducción y convección.

Energías mareomotriz y undimotriz 🌊

Obtenidas a partir de la energía mecánica del mar, ya sea aprovechando las mareas (mareomotriz) o las olas (undimotriz).

Energía nuclear de fusión ⚛️

La fusión nuclear es un proceso en el que dos o más núcleos atómicos se combinan para formar uno o más núcleos atómicos y partículas subatómicas (protones o neutrones) diferentes. La diferencia de masa entre los reactivos y los productos se manifiesta como la liberación o la absorción de energía.

Puedes conocer más sobre algunas de las principales fuentes de energía en el siguiente vídeo, extraído de la película pedagógica Energía 3D: