Energía


Energía
Para otros usos de este término, véase Energía (desambiguación).
Un rayo es una forma de transmisión de energía.

El término energía (del griego ἐνέργεια/energeia, actividad, operación; ἐνεργóς/energos = fuerza de acción o fuerza trabajando) tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.

En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico.

Contenido

El concepto de energía en física

Mecánica clásica

En física clásica, la ley universal de conservación de la energía —que es el fundamento del primer principio de la termodinámica—, indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece constante en el tiempo. Eso significa que para multitud de sistemas físicos clásicos la suma de la energía mecánica, la energía calorífica, la energía electromagnética, y otros tipos de energía potencial es un número constante. Por ejemplo, la energía cinética se cuantifica en función del movimiento de la materia, la energía potencial según propiedades como el estado de deformación o a la posición de la materia en relación con las fuerzas que actúan sobre ella, la energía térmica según el estado termodinámico, y la energía química según la composición química.

Mecánica cuántica

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que según la teoría de la relatividad la energía definida según la mecánica clásica no se conserva constante, sino que lo que se conserva en es la masa-energía equivalente. Es decir, la teoría de la relatividad especial establece una equivalencia entre masa y energía por la cual todos los cuerpos, por el hecho de estar formados de materia, poseen una energía adicional equivalente a \scriptstyle E = mc^2, y si se considera el principio de conservación de la energía esta energía debe ser tomada en cuenta para obtener una ley de conservación (naturalmente en contrapartida la masa no se conserva en relatividad, sino que la única posibilidad para una ley de conservación es contabilizar juntas la energía asociada a la masa y el resto de formas de energía).

Su expresión matemática

La energía es una propiedad de los sistemas físicos, no es un estado físico real, ni una "sustancia intangible". En mecánica clásica se representa como una magnitud escalar. La energía es una abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos. Por ejemplo, se puede decir que un sistema con energía cinética nula está en reposo. En problemas relativistas la energía de una partícula no puede ser representada por un escalar invariante, sino por la componente temporal de un cuadrivector energía-momento (cuadrimomento), ya que diferentes observadores no miden la misma energía si no se mueven a la misma velocidad con respecto a la partícula. Si se consideran distribuciones de materia continuas, la descripción resulta todavía más complicada y la correcta descripción de la cantidad de movimiento y la energía requiere el uso del tensor energía-impulso.

Se utiliza como una abstracción de los sistemas físicos por la facilidad para trabajar con magnitudes escalares, en comparación con las magnitudes vectoriales como la velocidad o la aceleración. Por ejemplo, en mecánica, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial, que componen la energía mecánica, que en la mecánica newtoniana 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.

Energía en diversos tipos de sistemas físicos

La energía también es una magnitud física que se presenta bajo diversas formas, está involucrada en todos los procesos de cambio de estado físico, se transforma y se transmite, depende del sistema de referencia y fijado éste se conserva.[1] Por lo tanto, todo cuerpo es capaz de poseer energía en función de su movimiento, posición, temperatura, masa, composición química, y otras propiedades. En las diversas disciplinas de la física y la ciencia, se dan varias definiciones de energía, todas coherentes y complementarias entre sí, y todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo.

Física clásica

En la mecánica se encuentran:

En electromagnetismo se tiene a la:

  • Energía electromagnética, que se compone de:
    • Energía radiante: la energía que poseen las ondas electromagnéticas.
    • Energía calórica: la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación.
    • Energía potencial eléctrica (véase potencial eléctrico)
    • Energía eléctrica: resultado de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos.

En la termodinámica están:

Física relativista

En la relatividad están:

Al redefinir el concepto de masa, también se modifica el de energía cinética (véase relación de energía-momento).

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 asociadas a la materia ordinaria o campos de materia, en física cuántica aparece la:

Química

En química aparecen algunas formas específicas no mencionadas anteriormente:

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 Ruta metabólica).

Energía potencial

Artículo principal: Energía potencial

Es la energía que se le puede asociar a un cuerpo o sistema conservativo en virtud de su posición o de su configuración. Si en una región del espacio existe un campo de fuerzas conservativo, la energía potencial del campo en el punto (A) se define como el trabajo requerido para mover una masa desde un punto de referencia (nivel de tierra) hasta el punto (A). Por definición el nivel de tierra tiene energía potencial nula. Algunos tipos de energía potencial que aparecen en diversos contextos de la física son:

  • La energía potencial gravitatoria asociada a la posición de un cuerpo en el campo gravitatorio (en el contexto de la mecánica clásica). La energía potencial gravitatoria de un cuerpo de masa m en un campo gravitatorio constante viene dada por: E_p = mgh\, donde h es la altura del centro de masas respecto al cero convencional de energía potencial.
  • La energía potencial electrostática V de un sistema se relaciona con el campo eléctrico mediante la relación:

\mathbf{E} = - \operatorname{grad}\ V

siendo E el valor del campo eléctrico.
  • La energía potencial elástica asociada al campo de tensiones de un cuerpo deformable.

La energía potencial puede definirse solamente cuando existe un campo de fuerzas que es conservativa, es decir, que cumpla con alguna de las siguientes propiedades:

  1. El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del camino recorrido.
  2. El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es nulo.
  3. 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".

Energía cinética de una masa puntual

La energía cinética es un concepto fundamental de la física que aparece tanto en mecánica clásica, como mecánica relativista y mecánica cuántica. La energía cinética es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las partículas del sistema. Su expresión varía ligeramente de una teoría física a otra. Esta energía se suele designar como K, T o Ec.

El límite clásico de la energía cinética de un cuerpo rígido que se desplaza a una velocidad v viene dada por la expresión:

E_c = {1 \over 2} mv^2

Una propiedad interesante es que esta magnitud es extensiva por lo que la energía de un sistema puede expresarse como "suma" de las energía de partes disjuntas del sistema. Así por ejemplo puesto que los cuerpos están formados de partículas, se puede conocer su energía sumando las energías individuales de cada partícula del cuerpo.

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.

Transformación de la energía

Para la optimización de recursos y la adaptación a nuestros usos, necesitamos transformar unas formas de energía en otras. Todas ellas se pueden transformar en otra cumpliendo los siguientes principios termodinámicos:

  • La energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma”. De este modo, la cantidad de energía inicial es igual a la final.
  • La energía se degrada continuamente hacia una forma de energía de menor calidad (energía térmica)”. Dicho de otro modo, ninguna transformación se realiza con un 100% de rendimiento, ya que siempre se producen unas pérdidas de energía térmica no recuperable. El rendimiento de un sistema energético es la relación entre la energía obtenida y la que suministramos al sistema.

Unidades de medida de energía

La unidad de energía definida por el Sistema Internacional de Unidades es el julio, que se define como el trabajo realizado por una fuerza de un newton en un desplazamiento de un metro en la dirección de la fuerza, es decir, equivale a multiplicar un Newton por un metro. Existen muchas otras unidades de energía, algunas de ellas en desuso.

Nombre Abreviatura Equivalencia en julios
Caloría cal 4,1855
Frigoría fg 4.185,5
Termia th 4.185.500
Kilovatio hora kWh 3.600.000
Caloría grande Cal 4.185,5
Tonelada equivalente de petróleo Tep 41.840.000.000
Tonelada equivalente de carbón Tec 29.300.000.000
Tonelada de refrigeración TR 3,517/h
Electronvoltio eV 1.602176462 × 10-19
British Thermal Unit BTU o BTu 1.055,05585
Caballo de vapor por hora[2] CVh 3,777154675 × 10-7
Ergio erg 1 × 10-7
Pie por libra (Foot pound) ft × lb 1,35581795
Foot-poundal[3] ft × pdl 4,214011001 × 10-11

La energía como recurso natural

Artículo principal: Energía (tecnología)

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. La energía en sí misma nunca es un bien para el consumo final sino un bien intermedio para satisfacer otras necesidades en la producción de bienes y servicios. Al ser un bien escaso, la energía es fuente de conflictos para el control de los recursos energéticos.

Es común clasificar las fuentes de energía según incluyan el uso irreversible o no ciertas materias primas, como combustibles o minerales radioactivos. Según este criterio se habla de dos grandes grupos de fuentes de energía explotables tecnológicamente:

Energías renovables:

Fuentes de Energías no renovables (o nuclear-fósil):

Véase también

Referencias

  1. http://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=2934611&orden=202245&info=link#page=159
  2. «Measurement unit conversion: cheval vapeur heure» (en inglés). Consultado el 6 de julio de 2009. «The SI derived unit for energy is the joule. 1 joule = 3,77672671473E-7 cheval vapeur heure».
  3. unitconversion.org. «Joules to Poundal foots» (en inglés). Consultado el 6 de julio de 2009.

Enlaces externos

Wikinoticias


Wikimedia foundation. 2010.

Sinónimos:

Antónimos:

Mira otros diccionarios:

  • energía — (Del lat. energīa, y este del gr. ἐνέργεια). 1. f. Eficacia, poder, virtud para obrar. 2. Fís. Capacidad para realizar un trabajo. Se mide en julios. (Símb. E). energía atómica. f. energía nuclear. energía cinética. f. Fís. La que posee un cuerpo …   Diccionario de la lengua española

  • Energia — Pays d’origine Union soviétique Premier vol …   Wikipédia en Français

  • energía — sustantivo femenino 1. Área: física Capacidad de un cuerpo o sistema para realizar un trabajo: La producción de energía eléctrica es uno de los índices de desarrollo de un país. 2. Capacidad física o psíquica de una persona para realizar una cosa …   Diccionario Salamanca de la Lengua Española

  • Energia — bzw. Energija bzw. Energía bzw. Enerģija bezeichnet: RKK Energija, einen russischen Raumfahrtkonzern Energija, eine russische Trägererakete SC Energija, einen litauischen Eishockeyclub Lietuvos energija, einen litauischen Energieversorger… …   Deutsch Wikipedia

  • energía — es la capacidad para realizar un trabajo. Diccionario ilustrado de Términos Médicos.. Alvaro Galiano. 2010. energía Capacidad para realizar un trabajo o una actividad vigorosa. La …   Diccionario médico

  • energia — s. f. 1. Maneira vigorosa de obrar, de dizer ou de querer. 2. Vigor, atividade, eficácia. 3.  [Física nuclear] energia atômica: o mesmo que energia nuclear. 4.  [Física nuclear] energia nuclear: energia liberada pela desintegração de núcleos de… …   Dicionário da Língua Portuguesa

  • Energia II — Energia II, named Uragan ( ru. ураган, meaning Hurricane), was a rocket planned to be fully reusable and would be able to land on a conventional airfield. Unlike the Energia, which was planned to be semi reusable (like that of the U.S. Space… …   Wikipedia

  • energia — I {{/stl 13}}{{stl 8}}rz. ż IIb, lm D. energiagii, fiz. {{/stl 8}}{{stl 7}} skalarna wielkość fizyczna określająca zdolność ciała lub układu ciał do wykonywania pracy przy przejściu z jednego stanu do drugiego; wyrażana w jednostkach pracy {{/stl …   Langenscheidt Polski wyjaśnień

  • energia — /ener dʒia/ s.f. [dal lat. tardo energīa, gr. enérgeia, der. di energḗs attivo , da érgon opera ]. 1. a. [potenziale fisico dell organismo, spec. al plur.: riacquistare le e. perdute ] ▶◀ forza, gagliardia, potenza, prestanza, vigore, vigoria.… …   Enciclopedia Italiana

  • energia — • energia, kestävyys, ponsi, puhti, sitkeys, tarmo, voima …   Suomi sanakirja synonyymejä

  • energia —    energìa    (s.f.) La forza e la robustezza dell ornatus di un discorso …   Dizionario di retorica par stefano arduini & matteo damiani


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