Energía

La energía se define como la capacidad que tienen los cuerpos para poder realizar cambios en sí mismos o en otros cuerpos.

Unidades: En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad correspondiente a la energía es el Julio (J). 1 J = 1 kg m2 s-2.

Otras unidades empleadas: Caloría (cal = 4,18 J); kW h = 3.600.000 J

Tipos de energía:

Se distinguen varios tipos de energía, atendiendo a la característica que permite al cuerpo el realizar cambios:

Energía cinética: debida al movimiento. Se calcula mediante la expresión:

Ec = 1/2 m v2

Energía potencial gravitatoria: energía que almacena un cuerpo debido a su posición. Depende del punto de referencia que hayamos escogido para medir las alturas. Para los casos que vamos a estudiar podemos usar la aproximación

Epg = m g h

Energía mecánica: suma de energías debidas al movimiento y a las fuerzas exteriores que actúan sobre el cuerpo. Es decir, suma de las Energías Cinética y Potencial. Para la mayoría de los problemas Em = Ec + Epg

Energía interna: energía asociada a un cuerpo debido a su temperatura y a su estructura atómico-molecular.

Energía eléctrica: energía debida a interacciones entre cargas eléctricas.

Energía lumínica (o radiante): energía asociada a la radiación electromagnética (luz, ondas de radio...)

Energía nuclear: energía asociada a la interacción entre las partículas componentes del núcleo de los átomos.

Transformaciones de energía. Calor y Trabajo

La cantidad de energía de un cierto tipo que posee un cuerpo puede variar (aumentar o disminuir). Puede transformarse en otro tipo de energía del mismo cuerpo, o en energía de otros cuerpos con los que interacciona. Lo más común es que ocurran ambas cosas a la vez.

Ejemplos: Ventilador: Se trasforma energía eléctrica de los electrones (disminuye) en energía cinética de las palas del ventilador y del aire (aumenta)

Frenada: Se transforma energía cinética del vehículo (disminuye) en energía interna (aumenta) de las ruedas y del medio.

Caída libre sin rozamiento: Se transforma energía potencial gravitatoria (disminuye) del cuerpo que cae en energía cinética del mismo cuerpo.

Transferencias de energía: Cuando interaccionan dos cuerpos, intercambian energía (uno cede energía al otro). Eso se conoce como Transferencia de energía. Dependiendo de cómo se produzca dicha transferencia, dicho intercambio, hablaremos de Trabajo o de Calor.

Trabajo: transferencia de energía entre dos cuerpos realizada mediante un desplazamiento. Se mide en Julios (J). Se produce al aplicar un cuerpo una fuerza sobre otro. Dichas fuerzas realizarán trabajo positivo, negativo o nulo según vayan a favor, en contra o perpendiculares al desplazamiento, respectivamente. Esto se resume en la expresión W = F d cos"

Calor: transferencia de energía debida a la diferencia de temperatura entre dos cuerpos. El cuerpo de mayor temperatura cede energía al cuerpo de menor temperatura. Esta cesión puede realizarse por conducción, convección o radiación.

Conservación y degradación de la energía:

Cuando estudiamos un cuerpo aislado, vemos que su energía total puede aumentar o disminuir. Pero si estudiamos a la vez todos los cuerpos que han interaccionado con él (el exterior), vemos que, si el cuerpo ha ganado energía, el exterior ha perdido una cantidad idéntica; y viceversa, una pérdida de energía por parte del cuerpo significa una ganancia igual por parte del exterior.

De hecho, si consiguiéramos aislar completamente el sistema material que estamos estudiando (estará aislado sino interacciona con nada del exterior), observaríamos que la cantidad total de energía permanece constante. Eso sí, puede que haya habido una transformación de unos tipos de energía en otros, pero la cantidad total permanece igual. A esto se le conoce como Principio de conservación de la energía.

Degradación: Ya hemos visto que, si bien la cantidad total de energía de un sistema aislado permanece constante, existirán transformaciones de unos tipos en otros y transferencias entre unos cuerpos y otros.

No todos los tipos de energía son igualmente aprovechables. La energía eléctrica es muy versátil, puede transformarse en otros mucho tipos. Tomemos como ejemplo un motor. La energía eléctrica se transforma en energía cinética al girar el motor. Pero al mismo tiempo una buena parte se transforma en energía interna (calentamiento) del propio motor y del medio ambiente, debido al rozamiento. De hecho, si dejamos que el motor se pare, el rozamiento hará que toda la energía inicial se transforme en energía interna del medio. El problema es que esta energía interna del medio, aunque es exactamente la misma cantidad que la energía eléctrica inicial, no podemos aprovecharla casi en nada (como mucho en calentarnos un poco, pero en breves minutos volverá a estar frío). Y esto sucede con cualquier sistema real que estudiemos.

Esto es lo que se conoce como degradación de la energía, y es un principio fundamental de la Física.