¿QUE ES LA ENERGIA?
La energía es una magnitud física que asociamos con
la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz,
generar calor, etc. En todas estas manifestaciones hay un sustrato común, al
que llamamos energía, que es propio de cada cuerpo (o sistema material) según
su estado físico-químico, y cuyo contenido varía cuando este estado se
modifica.
En física la energía es uno de los conceptos
básicos debido a su propiedad fundamental: La energía total de un sistema
aislado se mantiene constante. Por tanto en el universo no puede existir
creación o desaparición de energía, sino transferencia de un sistema a otro o
transformación de energía de una forma a otra.
La energía es, por lo tanto, una magnitud física
que puede manifestarse de distintas formas: potencial, cinética, química,
eléctrica, magnética, nuclear, radiante, etc., existiendo la posibilidad de que
se transformen entre sí pero respetando siempre el principio de la conservación
de la energía.
DE DONDE SACAMOS LA ENERGIA
La energía primordial que mantiene la vida en nuestro planeta proviene
de la radiación solar, la que se transfiere al ecosistema transformándose en
las muy variadas formas de energía que conocemos.
La radiación solar en conjunto con la fuerza gravitacional, genera los
climas y los cambios climáticos, el desarrollo y crecimiento de plantas y
animales, el calor y viento, y la evaporación del agua de los mares, la cual en
forma de nubes, es transportada por los vientos hasta la cordillera, donde cae
en forma de lluvia dando cuerpo a los ríos, lagos y caídas de agua que el ser
humano aprovecha para producir electricidad.
La vida de nuestra civilización depende de las diversas formas de
energía, que extraemos de la naturaleza, las cuales convertimos en útiles para
nuestro uso, mediante diversos procesos tecnológicos que se explicarán más
adelante.
¿COMO SE
CLASIFICAN LAS FUENTES DE ENERGIA?
Para
clasificar las distintas fuentes de energía se pueden utilizar varios
criterios:
a)
Según sean o no renovables.
b)
Según sea su utilización.
LLAMAREMOS
FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES a aquéllas cuyo potencial es inagotable por
provenir de la energía que llega a nuestro planeta de forma continúa como
consecuencia de la radiación solar o de la atracción gravitatoria de otros
planetas de nuestro sistema solar. Son la energía solar, eólica, hidráulica, mareomotriz
y la biomasa.
LAS
FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES son aquéllas que existen en una cantidad limitada
en la naturaleza. No se renuevan a corto plazo y por eso se agotan cuando se
utilizan. La demanda mundial de energía en la actualidad se satisface
fundamentalmente con este tipo de fuentes. Los más comunes son carbón,
petróleo, gas natural, uranio e hidrógeno (éstas utilizadas en fisión y fusión
nuclear respectivamente).
SEGÚN
SEA SU UTILIZACIÓN LAS FUENTES DE ENERGÍA las podemos clasificar en
primarias y secundarias. Las
primarias son las que se obtienen directamente de la naturaleza, como
ejemplo tenemos el carbón, petróleo, gas natural. Es una energía acumulada. Las secundarias, llamadas
también útiles o fínales, se obtienen a partir de las primarias mediante un
proceso de transformación por medios técnicos. Es el caso de la electricidad o
de los combustibles.
LA
ENERGIA SOLAR
La
energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento
de la radiación electromagnética procedente del Sol.
La
radiación
solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio de
captadores que mediante diferentes tecnologías (células fotovoltaicas,
helióstatos, colectores térmicos) pueden transformarla en energía eléctrica o
térmica. Es una de las llamadas energías
renovables o energías limpias.
LA ENERGIA DEL AGUA
Es
básicamente una forma de la energía generada por la fuerza del movimiento del
agua, que una máquina primaria la transforma inicialmente en energía mecánica y
luego una máquina secundaria la transforma en energía eléctrica, también se la
conoce como hidrogenaría (aunque esta última esta mas asociada con la energía
primaria, mientras la energía hidroeléctrica es energía secundaria).
También
es una forma de energía renovable, es decir no se agota (al menos mientras
subsista el ciclo hidrológico). En pocos lugares todavía la
hidroenergía se la transforma en energía mecánica (usando una máquina primaria)
pero casi toda la hidroenergía aprovechada en el mundo se la transforma en
energía eléctrica, para ello hacemos uso de las denominadas plantas o centrales
hidroeléctricas.
ENERGIA DEL VIENTO O ENERGIA EOLICA
Energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, la energía
cinética generada por efecto de las corrientes de aire, y que es
transmutada en otras formas útiles para las actividades humanas. En la
actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía
eléctrica mediante aerogeneradores.
La energía eólica produjo un 16% del consumo eléctrico en 2011.
La
energía eólica es un recurso abundante, renovable,
limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al remplaza
termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo
de energía
verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del viento.
FORMAS Y MANIFESTACIONES DE LA ENERGIA
Existen
Diferentes Tipos De Energía
ENERGIA POTENCIAL
En
un sistema físico, la energía potencial es
energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su
posición o configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo
que un sistema puede entregar.
ENERGIA CINETICA
En
física,
la energía cinética de un cuerpo es aquella energía
que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de
una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida
esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía
cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado
de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía
cinética.
ENERGIA ELECTRICA
Se
denomina energía eléctrica a la
forma de energía que resulta de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos,
lo que permite establecer una corriente eléctrica entre ambos cuando se los
pone en contacto por medio de un conductor eléctrico y obtener trabajo. La energía eléctrica puede
transformarse en muchas otras formas de energía, tales como la energía luminosa
o luz, la energía mecánica y la energía térmica.
ENERGIA QUIMICA
La
energía química,
por lo tanto, es aquella producida por reacciones químicas. Un ejemplo de energía química es la que desprende el
carbón al quemarse. Las pilas y las baterías también poseen energía química.
El calor
que se genera o la violencia de la reacción química producen movimiento o
permiten desarrollar un trabajo. Es importante destacar
que los alimentos también son fuente de energía química ya que, al ser
procesados por el organismo, ofrecen calor (calorías), proteínas y vitaminas.
La energía química, en definitiva, es una de las tantas
manifestaciones de la energía. Si bien este tipo de energía está siempre presente en la
materia, sólo se manifiesta cuando se registra una alteración de ésta.
ENERGIA CALORIFICA
La energía calorífica es la manifestación de la
energía en forma de calor. En todos los materiales los átomos
que forman sus moléculas están en continuo movimiento ya sea trasladándose o
vibrando. Este movimiento implica que los átomos tienen una determinada energía
cinética a la que nosotros llamamos calor o energía calorífica.
Si
aumentamos la temperatura a un elemento aumentamos su energía calorífica pero
no siempre que aumentamos la energía calorífica de un cuerpo aumente su
temperatura ya que en los cambios de fase la temperatura se mantiene. Un
ejemplo grafico seria calentar un cazo de agua, poco a poco le vamos dando energía
calorífica y va aumentando su temperatura, pero cuando llega a los 100ºC
(temperatura de ebullición) la energía calorífica que le suministramos a partir
de ahora se utiliza para cambiar de fase (a gas, vapor de agua) pero no para
aumentar la temperatura.
ENERGIA SONORA
La
energía sonora (o energía acústica) es la energía que transmiten
o transportan las ondas sonoras. Procede de la energía vibracional del
foco sonoro y se propaga a las partículas del medio que
atraviesan en forma de energía cinética (movimiento de las
partículas), y de energía potencial (cambios de presión
producidos en dicho medio, o presión
sonora). Al irse propagando el sonido a través del medio, la energía
se transmite a la velocidad de la onda, pero una parte de la energía sonora se
disipa en forma de energía térmica.1
La energía acústica suele tener valores absolutos bajos, y su unidad de
medida es el julio
(J). Aunque puede calcularse a partir de otras magnitudes como la intensidad
sonora, también se pueden calcular otras magnitudes relacionadas, como la
densidad o el flujo de energía acústica.
ENERGIA LUMINICA
En
fotometría
la energía lumínica es la fracción percibida de la energía transportada
por la luz
y que se manifiesta sobre la materia de distintas maneras, una de ellas es
arrancar los electrones de los metales, puede comportarse como una onda o como
si fuera materia,
pero lo más normal es que se desplace como una onda e interactúe con la materia
de forma material o física. La energía lumínica es de hecho una forma de energía electromagnética. La energía
luminosa no debe confundirse con la energía radiante.
CLASES DE ENERGIA
EL CALOR
El
calor es el proceso de transferencia de energía
entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se
encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde
el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo
la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría
dejada en una habitación se entibia).
La
energía puede ser transferida por diferentes mecanismos, entre los que cabe
reseñar la radiación, la conducción y la convección,
aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en
mayor o menor grado.
La
energía que puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de
transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino.
Los cuerpos no tienen calor, sino energía
interna.
La
energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es
el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro
como resultado de la diferencia de temperatura.
PROPAGACION
DEL CALOR
El calor siempre
pasa de los cuerpos calientes a los cuerpos fríos, por esta razón los cuerpos
constantemente desprenden y absorben calor.
·
Los cuerpos absorben calor cuando
están a menos temperatura que las cosas que lo rodean. Por ejemplo, cuando
ponemos una olla con agua fría en la estufa y encendemos la hornilla, al poco
tiempo el agua se calienta. Esto se debe a que le calor de la hornilla
pasa a la olla y de la olla pasa al
agua.
·
Los cuerpos desprenden calor cuando
están a mayor temperatura que las cosas que lo rodean. Por ejemplo, la comida
caliente se enfría poco a poco, porque u calor pasa al aire que lo rodea.
Algunos materiales
se calientan y se enfrían más rápido que otros. Por ejemplo, si ponemos al sol
una bola de hierro y una bola de madera, la bola de hierro se calienta antes
que la de madera. Estos materiales que conducen bien el calor reciben el nombre
de conductores. El cobre, el hierro y el aluminio con conductores.
Otros materiales
se calientan y se enfrían en forma muy lenta. Los materiales que conducen mal
el calor reciben el nombre de aislantes. La madera y el pastico son de este
tipo.
EFECTOS
DEL CALOR
El calor provoca
cambios de estado en la materia. Por ejemplo, cuando el agua recibe calor, pasa
de estado solido a estado gaseoso. El calor puede, además, provocar un cambio
en el volumen de algunos cuerpos. Cuando un cuerpo recibe calor, aumenta su
volumen, es decir, se dilata y cuando un cuerpo pierde calor, disminuye su
volumen, es decir se contrae.
EL
SONIDO
El sonido es una
forma de energía que emiten los cuerpos cuando vibran, y esta vibración se
produce cuando los cuerpos se golpean, se agitan, se soplan, se pulsan o se
frotan.
El sonido es desde el punto
de vista físico, el movimiento ondulatorio en un medio elástico
(normalmente el aire),
debido a cambios rápidos de presión,
generados por el movimiento
vibratorio de un cuerpo sonoro. En general, se llama sonido a la sensación,
en el órgano del oído,
producida por este movimiento.
PROPAGACIÓN
DEL SONIDO
La propagación
del sonido presenta las siguientes características:
Para que se pueda
propagar, el sonido tiene que viajar a través de algún material, como el aire o
el agua. El sonido se propaga en todas las direcciones por eso cuando
encendemos el radio en una habitación de la casa, también se puede escuchar en
otras habitaciones.
El sonido se
propaga a gran velocidad.
Cuando un sonido
choca contra un objeto, rebota y vuelve hacia el lugar en donde se produjo. A
este fenómeno se le llama reflexión del sonido.
El sonido
repetido que oímos cuando un sonido se refleja se llama eco.
Como todo movimiento ondulatorio, el sonido puede
representarse por una curva ondulante como, por ejemplo, una sinusoide, y
se pueden aplicar las mismas magnitudes y unidades de medida
que a cualquier onda:
·
LONGITUD DE ONDA: indica el tamaño de una onda, que es la distancia
entre el principio y el final de una onda completa (ciclo).
·
FRECUENCIA: número de ciclos (ondas completas) que se producen o que se
reciben por unidad de tiempo. En el caso del sonido la unidad de tiempo es el
segundo y la frecuencia se mide en Hertz
(ciclos por segundo). Ambos valores no tienen porqué coincidir debido al efecto Doppler.
·
AMPLITUD: indica la cantidad de energía
que contiene una señal sonora. No hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica.
·
FASE: la fase de una onda expresa su posición relativa con respecto a
otra onda.
·
POTENCIA: la potencia acústica es la cantidad de energía
radiada en forma de ondas por unidad de tiempo por una fuente determinada. La
potencia acústica depende de la amplitud.
CUALIDADES
DEL SONIDO
LA INTENSIDAD: Es la cualidad que permite
diferenciar un sonido fuerte de un sonido débil. Por ejemplo, la denotación
producida por el disparo de un cañón es un sonido fuerte, mientras que el
tictac de un reloj es un sonido débil.
EL TIMBRE: Es la cualidad del sonido que
permite establecer la diferencia entre los sonidos que produce cada voz y cada
instrumento.
EL TONO: Es la cualidad del sonido que
permite distinguir un sonido agudo de un sonido grave. Por ejemplo, el silbato de
un árbitro produce un sonido agudo, mientras que el contrabajo produce sonidos
graves.
LA
LUZ
Se
llama luz (del latín lux,
lucis) a la parte de la radiación electromagnética que puede ser
percibida por el ojo humano. En física, el término luz se
usa en un sentido más amplio e incluye todo el campo de la radiación conocido
como espectro electromagnético, mientras que la
expresión luz visible señala específicamente la radiación en el espectro visible.
La
óptica es la rama de la
física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus
manifestaciones.
El
estudio de la luz revela una serie de características y efectos al interactuar
con la materia, que permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza.
CUERPOS LUMINOSOS
Cuerpos
luminosos: todo aquel que "emana" radiaciones electromagnéticas en el
espectro de la luz visible, ya sea por fuente propia o reflejada. También son
cuerpos luminosos los que emiten luz, no importa si es propia o reflejada. El
Sol es Luminoso natural. La Luna Luminoso artificial.
CUERPOS NO LUMINOSOS
Los
cuerpos que no emiten luz, se denominan cuerpos no luminosos o cuerpos
iluminados. Ejemplo: un libro, una mesa, etc.
Así como
clasificamos las fuentes luminosas, también podemos clasificar los cuerpos
iluminados según cómo se comportan cuando son iluminados:
·
CUERPOS TRANSPARENTES: Se define
como los materiales que pueden dejar pasar la luz a grandes niveles y por lo
tanto por completo. Toso lo que se vea a través de estos se podrá ver con
nitidez y de modo normal. Ejemplo.
Cristal de puerta, vidrio, platico liso, cristal de corcho, etc.
·
CUERPOS TRASLUCIDOS: Cuerpos
a través del cual pasa poca luz pero que no deja ver sino confusamente e
irreconociblemente las formas o lo que hay detrás de él. Ejemplo: vitrales, vidrio esmeralizado, papel cebolla, gelatina,
etc.
·
CUERPOS OPACOS: Material que no
deja pasar la luz en proporción apreciable. Es una propiedad óptica de la
materia que tiene diversos grados y propiedades. Generalmente se dice que un
material es opaco cuando bloquea el paso de la luz visible. Ejemplo: Un espejo una cartulina, una
puerta de madera un mantel.
REFLEXION
DE LA LUZ
Cuando
un rayo de luz que se propaga a través de un medio homogéneo encuentra en su
camino una superficie bien pulida, se refleja en ella siguiendo una serie de
leyes. Este fenómeno es conocido como reflexión regular o especular.
La
reflexión
suele asociarse al análisis de alguna situación a través del pensamiento. En el
ámbito de la física, sin
embargo, la reflexión (del latín reflexĭo) es una modificación que se produce en la dirección de una onda o de
un rayo. Dicho cambio tiene lugar en el espacio que separa dos medios, lo
que hace que la onda o el rayo vuelva a su medio original.
Un fenómeno o acción esta que se produce en el campo
de la luz y que para entenderlo hay que tener muy presente que dicha luz se
caracteriza fundamentalmente porque cuenta con tres
propiedades básicas. La primera de ellas es que se propaga en línea recta. La
segunda es que se refleja cuando llega a cualquier superficie que sea
reflectante y la tercera es que cambia de dirección en el momento que pasa de
un medio a otro.
CLASES DE ESPEJOS
ESPEJO PLANO: Un espejo plano es una
superficie plana muy pulimentada que puede reflejar la luz que le llega con una
capacidad reflectora de la intensidad de la luz
incidente del 95% (o superior) .
Los espejos planos se utilizan con mucha
frecuencia. Son los que usamos cada mañana para mirarnos. En ellos vemos
nuestro reflejo, una imagen que no está distorsionada.
ESPEJO
CONVEXO: Los espejos convexos
hacen diverger los rayos luminosos paralelos. Se suele usar en supermercados y
bancos como una manera de tener una vista de amplio espectro. En un espejo
convexo sólo se forman imágenes virtuales.
ESPEJO CONCAVO: Un espejo cóncavo refleja la luz desde la parte curva
interna. Cuando los rayos de luz que provienen de un objeto, inciden paralelos
al eje principal siguiendo la ley de reflexión. Los rayos que se reflejan sobre
el, a igual distancia del eje principal, son simétricos. Donde estos rayos se
encuentran hayas el foco principal o punto focal del espejo. Este punto queda
en el medio del objeto reflejado y el punto que esta en el medio del espejo
REFRACCION DE LA LUZ
La refracción es el
cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Solo
se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de
los dos medios y si estos tienen índices de refracción distintos. La refracción
se origina en el cambio de velocidad
de propagación de la onda.
Un ejemplo de este
fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece
quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que
depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos
por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la
refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el
concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.
LA
ELECTRICIDAD
La electricidad es un fenómeno físico
originado por cargas eléctricas, estáticas o en movimiento, y
por su interacción. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras
situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas magnéticas.
Hay dos tipos de carga eléctrica, llamadas positiva y negativa.
La electricidad está presente en algunas partículas
subatómicas. La partícula fundamental más ligera que lleva carga eléctrica es
el electrón, que
transporta una unidad de carga. Los átomos, en
circunstancias normales, contienen electrones, y a menudo los que están más
alejados del núcleo
se desprenden con mucha facilidad. En algunas sustancias, como los metales, proliferan los electrones libres. De
esta manera, un cuerpo queda cargado eléctricamente gracias a la reordenación
de los electrones.
Un átomo normal tiene cantidades iguales de carga
eléctrica positiva y negativa; por lo tanto, es eléctricamente neutro. La
cantidad de carga eléctrica transportada por todos los electrones del átomo,
que por convención es negativa, está equilibrada por la carga positiva,
localizada en el núcleo. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones quedará
cargado negativamente. Por lo contrario, con la ausencia de electrones, un
cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay más cargas eléctricas
positivas en el núcleo.