Energía, tipos, características y transferencia
El ser humano, desde su existencia, ha necesitado la energía para sobrevivir.
La energía E es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo W 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 en el S.I. (Sistema Internacional) que utilizamos para cuantificar la energía es el Julio o Joule (J). (1J = 1N·m = 1W·s)
La unidad de energía, trabajo y cantidad de calor es el joule (J) que es el trabajo producido por una fuerza de 1 Newton (N), cuyo punto de aplicación se desplaza 1 metro (m) en la dirección de la fuerza.
W= F·d·cosα
Cuando hablamos de Energía calorífica también se utiliza cal o Kcal (1 cal = 4,18 J)
Cuando hablamos de Energía eléctrica también se utiliza KW·h (1Ws=1J; 1KWh=3.600.000 ws)
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:
La energía mecánica Em es la energía que se debe al movimiento y a la posición de un cuerpo, es por ello que la Em es la suma de las energía cinética Ec y energía potencial Ep respectivamente. Expresa la capacidad que poseen los cuerpos con masa de efectuar un trabajo.
La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial de un cuerpo. Su fórmula es:
Em = Ep + Ec
Energía cinética, esl a 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:
Ec= 1/2·m·v2
o Donde m es la masa (Kg), v la velocidad (m/s) y Ec la energía cinética (J=Kg·m 2 /s 2 )
Energía potencial, es la que hace referencia a la posición que ocupa una masa en el espacio. Su fórmula es:
Ep = 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 Ep la energía potencial (J=Kg·m 2 /s 2 ).
La energía interna se manifiesta a partir de la temperatura. Cuanto más caliente esté un cuerpo, más energía tendrá.
La energía eléctrica es la energía que proporciona la corriente eléctrica. Es decir, en un circuito en el que cada extremo tiene una diferencia de potencial diferente. Además la energía eléctrica puede transformarse en muchas otras formas de energía como la energía luminosa o luz, la energía mecánica y la energía térmica.
Ee = P·t = V·I·t (J)
o Donde P es la Potencia (w), t es el tiempo en segundos (s), V=voltaje en Voltios (V), I=Intensidad de corriente en Amperios (A)
La energía térmica en los cuerpos se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura. La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura se denomina calor. Siempre se transfiere la energía de un foco caliente a otro frío manifestándose mediante el calor.
Et = Ce· m· (Tf – Ti)
- Energía electromagnética
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.
La energía química se manifiesta en determinadas reacciones químicas. La Energía química de combustión es la energía que se obtiene al quemar un combustible. El combustible puede ser líquido, solido o gaseoso.
Eq = Pc.m (sólidos y líquidos) ó Pc·V (gases)
Ésta se produce cuando los núcleos de los átomos se rompen (fisión) o se unen (fusión).
La Energía nuclear de fisión es la energía que se libera al fisionar o romper un núcleo de uranio. Esta energía se libera en forma de calor.
En las reacciones de fisión, el peso del componente de uranio que bombardeamos es ligeramente superior que los pesos de los productos que resultan de la fisión. Esta diferencia de peso es la que se transforma en energía.
En = m·c2
m=masa que ha desaparecido en la fisión
c= velocidad de la luz = 3 x 108 m/s
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).
Hay tres formas de transferir energía de un cuerpo a otro:
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.
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.
En la mayoría de los procesos de intercambio energético y/o realización de trabajo un factor importante es el tiempo empleado en el proceso.
Si nos fijamos en aquellos aparatos que como una nevera, un secador, una bombilla que consumen energía eléctrica y la transforman para enfriar, calentar, iluminar…,la magnitud física que relaciona la energía eléctrica consumida en una unidad de tiempo se llama potencia.
La potencia se aplica a cualquier proceso de transferencia energética. Así por ejemplo también podemos hablar de la potencia de una grúa para elevar una carga, como el trabajo desarrollado por el montacargas en la unidad de tiempo.
P= E/t = W/t (w)
En el S.I. se mide en Vatio (1 W= 1J/s)
Cuando hablamos de Potencia también se utiliza el caballo de vapor CV (1CV=736W)
El rendimiento puede definirse como la razón entre el trabajo que sale (trabajo útil) y el que entra (trabajo suministrado), o como la razón entre la potencia que sale y la que entra, o como la razón entre la energía que sale y entra.
ɳ = EútilEabsorbida = Eu/Ea = PútilP/absorbida = Pu/Pa
Ejemplo: coche ɳ = Eu / Ea = Ecinética / Equímica combustión
Ejemplo: ascensor ɳ = Eu / Ea = Epotencial / Eeléctrica
Conceptos básicos. Momento, trabajo, potencia, energía y rendimiento. Ejercicios
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