Concepto de energía El hombre, desde su existencia, ha necesitado

Concepto de energía
El hombre, desde su existencia, ha necesitado la energía para sobrevivir. Pero… ¿qué es?
¿Por qué tiene tanta importancia la energía? ¿Por qué es importante el ahorro
energético?
La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir
cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Es decir, la energía es la capacidad de hacer
funcionar las cosas.
La unidad de medida que utilizamos para cuantificar la energía es el Joule (J).
2. Tipos de energía

Donde E m es la energía mecánica (J), E
cinética (J).
p
la energía potencial (J) y E
c
la energía
Energía interna
La energía interna se manifiesta a partir de la temperatura. Cuanto más caliente esté un
cuerpo, más energía tendrá.
Energía eléctrica
La energía eléctrica está relacionada con la corriente eléctrica. Es decir, en un circuito en el
que cada extremo tiene una diferencia de potencial diferente.
Energía térmica
La energía se manifiesta de diferentes maneras, recibiendo así diferentes
denominaciones según las acciones y los cambios que puede provocar.
Encontramos los siguientes tipos de energía:
Energía electromagnética
Energía mecánica
La energía mecánica relacionada con la posición y el movimiento del cuerpo, y que se divide
en estas dos formas:


Energía cinética, que se manifiesta cuando los cuerpos se mueven. Es decir, es
la energía asociada a la velocidad de cada cuerpo. Se calcula con la fórmula:
o E c= ½ m • v 2
o Donde m es la masa (Kg), v la velocidad (m/s) y E c la energía cinética
(J=Kg·m 2 /s 2 )
Energía potencial, que hace referencia a la posición que ocupa una masa en
el espacio. Su fórmula es:
o E p= m • g • h
o Donde m es la masa (Kg), g la gravedad de la Tierra (9,81 m/s 2 ), h= la
altura (m) y E p la energía potencial (J=Kg·m 2 /s 2 ).
La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial de un
cuerpo. Su fórmula es:

E
m
=Ep+E
Se asocia con la cantidad de energía que pasa de un cuerpo caliente a otro más frío
manifestándose mediante el calor.
c
Esta energía se atribuye a la presencia de un campo electromagnético.
Las radiaciones que provoca el Sol son un ejemplo de ondas electromagnéticas que se
manifiestan en forma de luz, radiación infrarroja u ondas de radio.
Energía química
La energía química se manifiesta en determinadas reacciones químicas.
La energía nuclear
Ésta se produce cuando los núcleos de los átomos se rompen (fisión) o se unen (fusión).
3. Propiedades de la energía
La energía tiene 4 propiedades básicas:




Se transforma. La energía no se crea, sino que se transforma, siendo durante esta
transformación cuando se ponen de manifiesto las diferentes formas de energía.
Se conserva. Al final de cualquier proceso de transformación energética nunca
puede haber más o menos energía que la que había al principio, siempre se
mantiene. La energía no se destruye.
Se transfiere. La energía pasa de un cuerpo a otro en forma de calor, ondas o
trabajo.
Se degrada. Solo una parte de la energía transformada es capaz de producir
trabajo y la otra se pierde en forma de calor o ruido (vibraciones mecánicas no
deseadas).
4. Transferencia de energía
Hay tres formas de transferir energía de un cuerpo a otro:
Trabajo
Cuando se realiza un trabajo se pasa energía a un cuerpo que cambia de una posición
a otra.
Por ejemplo, si en casa desplazamos una caja, estamos realizando un trabajo para que su
posición varíe.
Las ondas son la propagación de perturbaciones de ciertas características, como el
campo eléctrico, el magnetismo o la presión, y que se propagan a través del espacio
transmitiendo energía.
Calor
Es un tipo de energía que se manifiesta cuando se transfiere energía de un cuerpo
caliente a otro cuerpo más frío. Sin embargo, no siempre viaja de la misma manera,
existiendo tres formas diferentes de transferencia energética:

Conducción: cuando se calienta un extremo de un material, sus partículas vibran
y chocan con las partículas vecinas, transmitiéndoles parte de su energía.
Radiación: el calor se propaga a través de ondas de radiación infrarroja (ondas
que se propagan a través del vacío y a la velocidad de la luz).
Convección: que es propia de fluidos (líquidos o gaseosos) en movimiento.
A tu disposición tienes un juego que te ayuda a entender la transferencia de energía de la
manera más sencilla posible.
La estructura de la materia
La materia es todo aquello que tiene masa y que, por lo tanto, ocupa un volumen.
Desde hace muchos años, una de las grandes preocupaciones de los científicos ha
sido poder conocer la constitución de la materia para poder llegar a predecir su
comportamiento.
Los avances experimentales y teóricos del siglo XX han permitido conocer mejor la
estructura interna de la materia. Ahora sabemos que toda materia está formada por un
conjunto de átomos que, a su vez, están constituidos por las llamadas partículas
subatómicas: los electrones, los protones y los neutrones (principalmente).
En los átomos que forman la materia se pueden distinguir dos partes:

Ondas



El núcleo, que es la parte central del átomo y que ocupa una parte muy
pequeña. En su interior se encuentran los protones y los neutrones, entre
otras partículas subátomicas.
La corteza, que es la parte exterior del átomo y ocupa la mayor parte de su
volumen. Esta parte está formada por un único tipo de partículas
subatómicas, los electrones que se mueven a una gran velocidad alrededor del
núcleo, describiendo unas trayectorias elípticas llamadas órbitas.
Estructura de la materia
2. La carga eléctrica
Los protones (partículas que forman parte del núcleo del átomo) y electrones (que
rodean el núcleo del átomo) crean fuerzas de atracción y de repulsión debido a que
estas partículas atómicas tienen una carga eléctrica.
Se puede establecer una ley muy sencilla en relación a las fuerzas de atracción y
repulsión entre partículas: las cargas de diferente símbolo se atraen y las del
mismo signo se repelen.
La carga de un protón es la misma que la de un electrón, con la diferencia de que
la carga de protones es positiva y la de los electrones negativa.
El campo eléctrico es el espacio alredededor de una carga eléctrica. En él se
manifiestan las fuerzas de atracción o de repulsión sobre otras cargas eléctricas
situadas en este espacio.
4. Pérdida o ganancia de electrones
En relación a la naturaleza eléctrica del átomo, hay que destacar que la carga
eléctrica de un átomo es nula porque tiene el mismo número de protones que de
electrones, teniendo así la misma cantidad de cargas positivas que negativas.
Hay, sin embargo, excepciones que hay que tener en cuenta:


En cambio, los neutrones no tienen carga eléctrica, ni positiva ni negativa. Por lo
tanto los neutrones no son atraídos ni repelidos por los protones ni los electrones.
La carga eléctrica es una propiedad general de la materia que se puede medir, cuya
unidad es el Coulomb (C).
La masa y la carga eléctrica de las principales partículas subatómicas
son:
Masa (Kg) Carga (C)
Protón (p) 1,6725 • 10-27 1,6 • 10 -19
Neutrón (n) 1,6748 • 10-27
Electrón (e) 9,1095 • 10-31 1,6 • 10 -19
3. El campo eléctrico

En algunas situaciones los átomos pueden perder o ganar electrones y
quedar cargados eléctricamente. Estos átomos se llaman iones.
Cuando un átomo pierde uno o diversos electrones queda cargado
positivamente y recibe el nombre de catión.
De forma contraria, cuando un átomo gana uno o varios electrones queda
cargado negativamente, recibiendo el nombre de anión.
5. ¿De dónde viene la electricidad?
La energía eléctrica o electricidad es un fenómeno físico que se origina a raíz de las
cargas eléctricas y de la interacción entre ellas. Así, son los electrones y los protones
las dos partículas subatómicas principales que pueden originar la aparición de energía
eléctrica.
La electricidad se puede originar o transmitir provocando el movimiento de cargas
eléctricas de un punto a otro.
Esta situacion es muy común ya en la propia Naturaleza, dado que la energía eléctrica
se manifiesta de diversas formas, transformándose en otros tipos de energía.
Ejemplos de este fenómeno son las tormentas eléctricas o el sistema nervioso de los
seres vivos.
En el siguiente enlace puedes conocer una serie de magnitudes eléctricas que ayudan
a definir las características de la electricidad.
La rama que estudia la interacción de las cargas eléctricas cuando estas están en
reposo se denomina electrostática.
6. Materiales conductores y materiales aislantes
Las cargas eléctricas se pueden mover a través de los materiales, per no se
mueven de la misma manera en todos ellos. A la propiedad que indica la facilidad
con que las cargas se mueven a a través de un material específico se la denomina
conductividad.
Según su conductividad, podemos dividir todos los materiales en dos grandes grupos:


Materiales conductores. Son los que tienen una estructura atómica que
favorece que las cargas eléctricas se puedan mover con facilidad por su
interior. En general, todos los metales son buenos conductores.
Materiales aislantes, son los que tienen los electrones muy ligados al átomo
al que pertenecen, de manera que no se pueden mover con facilidad.
Algunos ejemplos aislantes son la madera, la resina o el cristal.
¿Deseas saber más sobre la conductividad eléctrica? Tienes un juego a tu disposición.
7. La corriente eléctrica
La corriente eléctrica es el movimiento de los electrones por un conductor. Este
movimiento de cargas eléctricas se puede comparar con el agua del río, y de la misma
manera que podemos medir el caudal de un río en un punto podemos medir la
intensidad de la corriente eléctrica.
Para que el movimiento de electrones se produzca hace falta que entre los extremos
del conductor haya una diferencia de potencial , que también se llama tensión o
voltaje.
8. Tipos de corriente eléctrica
El movimiento de electrones (cargas negativas) del generador se produce desde su
polo positivo (lugar de salida de los electrones) hasta su polo negativo (lugar donde
vuelven los electrones). Cuando dicho flujo es al revés (de polo negativo a positivo),
se considera que la corriente es negativa. Asi, y dependiendo del sentido del
movimiento de dichos electrones, se puede clasificar la corriente eléctrica en:


Corriente continua , que se caracteriza porque los electrones se mueven en
un solo sentido por el hilo conductor. Ejemplos de generadores de corriente
continua son las pilas o las dinamos.
Corriente alterna, cuya característica principal es que los polos del
generador cambian de negativo a positivo en el mismo periodo, provocando
que el flujo de electrones no mantengan el mismo sentido. La generacion
de este tipo de corriente la realizan los alternadores.
En el siguiente juego puedes saber más acerca ed la corriente continua y la corriente
alterna.