Energía
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El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar, poner en movimiento.
- En física, Energía es la capacidad de obrar, transformar y poner en movimiento.
- En tecnología y economía, energía (tecnología) se refiere a un recurso natural y la tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo.
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[editar] El concepto de energía en física
La energía es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo (también se puede definir la energía de sistemas abiertos, es decir, partes no aisladas entre sí de un sistema cerrado más grande). La energía no es un ente físico real, ni una "sustancia intangible" sino sólo un número escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos. Por ejemplo se puede decir que un sistema con energía cinética nula está en reposo.
El uso de la magnitud energía en términos prácticos se justifica porque es mucho más fácil trabajar con magnitudes escalares, como lo es la energía, que con magnitudes vectoriales como la velocidad y la posición. Así, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial y de otros tipos de sus componentes. En sistemas aislados además la energía total tiene la propiedad de "conservarse" es decir ser invariante en el tiempo. Matemáticamente la conservación de la energía para un sistema es una consecuencia directa de que las ecuaciones de evolución de ese sistema sean independientes del instante de tiempo considerado, de acuerdo con el teorema de Noether.
[editar] Energía en diversos tipos de sistemas físicos
Todos los cuerpos, pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades. En las diversas disciplinas de la física y la ciencia, se dan varias definiciones de energía, por supuesto todas coherentes y complemetarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo.
[editar] Física clásica
En Mecánica:
- Energía mecánica que es la combinación o suma de los siguientes tipos:
- Energía cinética: debida al movimiento.
- Energía potencial la asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas conservativo como por ejemplo:
En electromagnetismo se tiene:
- Energía electromagnética que se compone de:
- Energía radiante
- Energía del campo
- Energía potencial eléctrica, véase potencial eléctrico.
En termodinámica:
-
- energía interna suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema
- Energía térmica
[editar] Física relativista clásica
En Relatividad:
-
- Energía en reposo es la energía debida a la masa, según la conocida fórmula de Einstein.
- Energía de desintegración, es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una desintegración
- Al redefinirse el concepto de masa, también se modifica el de energía cinética. Véase Relación de energía-momento.
[editar] Física cuántica
En física cuántica, la energía es una magnitud ligada al operador hamiltoniano. La energía total de un sistema no aislado de hecho puede no estar definida: en un instante dado la medida de la energía puede arrojar diferentes valores con probabilidades definidas. En cambio para los sistemas aislados en los que el hamiltoniano no depende explícitamente del tiempo, los estados estacionarios sí tienen una energía bien definida. Además de la energía asociados a la materia ordinaria o campos de materia en física cuántica aparece la:
- Energía del vacío es un tipo de energía existente en el espacio, incluso en ausencia de materia
[editar] Química
En química aparecen además de la anterior formas específicas no mencionadas anteriormente:
-
- Energía de ionización, una forma de energía potencial, es la energía que hace falta para ionizar una molécula o átomo.
- Energía de enlace es la energía potencial almacenada en los enlaces químicos de un compuesto. Las reacciones químicas liberan o absorben esta clase de energía, en función de la entalpía y energía calórica.
- Si estas formas de energía son consecuencia de interacciones biológicas, la energía resultante es bioquímica, pues necesita de las mismas leyes físicas que aplican a la química, pero los procesos por los cuales se obtienen son biológicos, como norma general resultante del metabolismo celular (véase ATP).
[editar] Energía potencial
La energía potencial puede pensarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.
La energía potencial puede definirse solamente cuando existe un campo de fuerzas es conservativa, es decir, que cumpla con alguna de las siguientes propiedades:
- El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del camino recorrido.
- El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es nulo.
- Cuando el rotor de F es cero (sobre cualquier dominio simplemente conexo).
Se puede demostrar que todas las propiedades son equivalentes (es decir que cualquiera de ellas implica la otra). En estas condiciones, la energía potencial en un punto arbitrario se define como la diferencia de energía que tiene una partícula en el punto arbitrario y otro punto fijo llamado "potencial cero".
[editar] Magnitudes relacionadas
La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo. Energía y trabajo son equivalentes, y por tanto se expresan en las mismas unidades. El calor es una forma de energía, por lo que también hay una equivalencia entre unidades de energía y de calor. La capacidad de realizar un trabajo en una determinada cantidad de tiempo es la potencia.
[editar] La energía como recurso natural
En tecnología y economía, una fuente de energía es un recurso natural, así como la tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial y económico del mismo.
Básicamente, existen dos formas de aprovechar la energía:
- por combustión directa de materias fósiles (caso de la gasolina, el gas natural, o el carbón). En este caso lo que se utiliza es energía química, la energía que se almacena en los enlaces químicos de los combustibles.
- por transformación de cada tipo de energía en energía eléctrica, en una central de generación eléctrica. La energía eléctrica puede ser facilmente distribuida y aprovechada, independientemente de la fuente que se utilizó para generarla.
[editar] Formas de generación de energía eléctrica
[editar] Explotación de la energía
La explotación de la energía abarca una serie de procesos, que varían según la fuente empleada:
- Extracción de la materia prima (Uranio, Carbón. Petróleo...)
- Procesamiento de la materia prima (enriquecimiento del uranio, refino del petróleo...)
- Transporte, almacenamiento y distribución de la materia prima, hasta el punto de utilización.
- Transformación de la energía (por combustión, fisión...)
Para la electricidad, además:
- Generación de electricidad, por lo general mediante turbinas
- Almacenamiento y/o distribución de la energía
- Consumo
Por último
- Gestión de los residuos
[editar] Economía energética
La disponibilidad de la energía es un factor fundamental para el desarrollo y el crecimiento económico. La aparición de una crisis energética desemboca irremediablemente en una crisis económica. La utilización eficaz de la energía, así como el uso responsable, son esenciales para la sostenibilidad.
En la actual situación mundial, son varias las voces que abogan por reducir el consumo energético y de recursos naturales.
- Informe sobre los límites del desarrollo del Club de Roma (1972)
- Teoría del pico de Hubbert, sobre el agotamiento del petróleo
[editar] Unidades de medida de energía
La unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades es el Julio, que equivale a Newton x metro.
Otras unidades:
- Caloría Es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5 a 15,5 grados centígrados. 1 julio equivale a 0,24 calorías.
- La frigoría es la unidad de energía utilizada en refrigeración y es equivalente a absorber una caloría.
- Termia prácticamente en desuso, es igual a 1.000.000 de calorías o a 1 Mcal
- Kilovatio hora (kWh) usada habitualmente en electricidad. Y sus derivados MWh, MW año
- Caloría grande usada en biología, alimentación y nutrición = 1 Cal = 1 kcal = 1.000 cal
- Tonelada equivalente de petróleo = 41.840.000.000 julios = 11.622 kWh.
- Tonelada equivalente de carbón = 29.300.000.000 julios = 8138.9 kWh.
- Tonelada_de_refrigeración
- BTU, Bristish Thermal Unit
[editar] Véase también
- Principio de conservación de la energía
- Lista de temas energéticos
- Energía de una señal
- Ciclo termodinámico
[editar] Enlaces externos
- Teoría física sobre energía y trabajo en la web de la Universidad del País Vasco
- Apuntes de mecánica clásica en biopsychology.org
- Energía Sin Fronteras
- Comisión Nacional de Energía de España
- Mundoenergía.com - divulgación energética en internet
- Peak Oil y Energía --Multimedia(Español/Inglés
- IDAE - instituto para la diversificación y el ahorro de energía (de España)
- Dirección general de Energía y transportes de la Unión Europea
- International Energy Agency (en inglés)
- Cotizaciones de la energía en la web de Bloomberg (en inglés)
- Energy bulletin- noticias independientes sobre la energía (en inglés)
- EIyS S.A. - Energía Eléctrica y Gas Natural (de Argentina)
