Conceptos Fundamentales de la Energía y su Transferencia
Definición y Tipos de Energía
Energía: La energía es la magnitud que cuantifica la capacidad que tiene un cuerpo para producir cambios en él mismo o en su entorno. Se mide en Julios (J).
Tipos Principales de Energía:
- Energía Potencial (E. potencial): Mide la capacidad de un cuerpo para producir cambios debido a su masa y la altura a la que se encuentre.
- Energía Cinética (E. cinética): Mide la capacidad de un cuerpo para producir cambios debido a su masa y su velocidad.
- Energía Térmica (E. térmica): Mide la capacidad de un sistema para producir cambios debido a su masa y su temperatura.
- Energía Química (E. química): Mide la capacidad para producir cambios de los distintos tipos de sustancias.
- Energía Lumínica (E. luz): Energía electromagnética.
- Energía Eléctrica (Electricidad): Energía eléctrica.
Principio de Conservación de la Energía
Conservación de la Energía (E. se conserva): La energía no puede crearse ni destruirse, solo transformarse. La relación se expresa como: Energía inicial = E. transformada + E. transferida + E. disipada.
Temperatura y Calor
- Temperatura: La temperatura de un cuerpo es una propiedad que mide la energía cinética promedio que poseen las partículas de ese cuerpo.
- Calor: Es el modo de transferencia de la energía térmica. Se transfiere del cuerpo que está a mayor temperatura al cuerpo a menor temperatura.
Modos de Transferencia de Energía Térmica
La energía térmica se transfiere a través de tres mecanismos principales:
1. Conducción
La conducción es el modo de transferencia de energía térmica entre dos cuerpos en contacto debido a las colisiones entre sus partículas. El metal es un conductor térmico, por lo que transfiere con eficiencia el calor a la comida que se quiere preparar, mientras que el plástico es un aislante, es decir, conduce mal el calor y protege la mano de quemaduras.
2. Convección
La convección es el modo de transferencia de energía térmica ligado al movimiento de la materia; se produce en líquidos y gases. Cuando el aire pasa por el radiador, aumenta su temperatura, disminuye su densidad y asciende. El aire frío, más denso, baja y entra en contacto con el radiador, calentándose y volviendo hacia arriba. Así se generan corrientes de convección que van calentando la habitación. Ejemplo: vapor de agua caliente que se evapora del mar.
3. Radiación
La radiación es el modo de transferencia de energía térmica mediante ondas electromagnéticas; puede darse en el vacío. Todos los cuerpos emiten radiación, y emiten más cuanto mayor es su temperatura. Un ejemplo sería la energía del Sol llegando a la Tierra.
Aplicaciones y Medición
Ejemplo de Transferencia: Mezcla de Agua
Mezcla de agua: La energía se transfiere en forma de calor; la energía térmica pasará del agua a mayor temperatura hacia el agua a menor temperatura. Las partículas del agua caliente irán colisionando con las del agua fría y transmitiéndoles parte de su energía. Pasado el tiempo suficiente, dejará de transferirse energía en las colisiones ya que tendrán la misma cantidad, estarán por tanto a la misma temperatura y habrán alcanzado el equilibrio térmico.
Termómetros y Escalas
- Termómetro: El tubito del termómetro tiene en su interior un líquido que, al absorber energía térmica, se dilata y asciende para marcar la temperatura que queremos conocer.
- Termómetro Celsius: Marca como 0 ºC el punto de fusión del agua y como 100 ºC el punto de ebullición.
- Conversión Kelvin y Celsius: Para pasar de Celsius a Kelvin se suma 273. Ejemplo: 0 ºC son 273 K.
Fuentes de Energía y Desafíos Ambientales
Clasificación de las Fuentes Energéticas
Energías No Renovables
Son aquellas que se consumen a un ritmo superior al que se reponen y, por tanto, terminarán agotándose. Ejemplos: Petróleo, Carbón, Gas Natural y Uranio.
Energías Renovables
Son aquellas que se consumen a un ritmo inferior al que la naturaleza las repone y, por tanto, son inagotables. Ejemplos: Solar fotovoltaica, solar térmica, geotérmica, mareomotriz, residuos de biomasa, biocombustibles, eólica terrestre o marina, hidroeléctrica.
Impacto Ambiental de los Combustibles Fósiles
La dependencia de los combustibles fósiles genera graves problemas ambientales:
Cambio Climático
Se origina por la acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera, producto de la quema de combustibles fósiles. Este gas absorbe y vuelve a emitir parte de la radiación solar que debería abandonar el planeta, provocando un aumento de temperatura que da lugar a incremento de sequía, lluvias torrenciales, tornados, deshielo de los polos, alteraciones en el ciclo vital de las plantas y animales, etcétera.
Lluvia Ácida
La quema de combustibles fósiles emite a la atmósfera óxidos de nitrógeno y azufre que, en contacto con el agua de las nubes, se transforman en ácidos sulfúrico y nítrico. Estos ácidos vuelven al suelo disueltos en el agua de lluvia y provocan graves problemas en lagos, suelos y edificios de piedra.
Riesgos de la Energía Nuclear
Problemas ambientales de las centrales nucleares: Las centrales nucleares producen residuos radiactivos de gran poder cancerígeno y toxicidad. Estos residuos pueden estar activos durante miles de años. Además, pueden provocar accidentes si sus reactores se sitúan fuera de control, con consecuencias gravísimas para la población y el medio ambiente.
Estrategias para la Transición Energética
Medidas Necesarias para Aumentar el Porcentaje de Potencia Eléctrica Renovable
- Mejorar el almacenamiento de energía para disponer de energía de origen renovable en los momentos en los que no sople el viento o no haya luz solar.
- Modificar los hábitos de consumo de la población para que apostemos por usar la energía en los momentos más propicios para las energías renovables.
Motivos del Consumo Energético Actual
En primer lugar, se está produciendo un cambio climático de consecuencias catastróficas debido a la quema de combustibles fósiles. Además, estas fuentes de energía son finitas y los combustibles fósiles terminarán por agotarse en el medio plazo. Aunque cada vez se apuesta más por las energías renovables, todavía no son suficientes para cubrir el ritmo actual de la demanda energética.
Cinco Maneras de Ahorrar Energía en el Hogar
Podemos contribuir activamente al ahorro energético mediante:
- No poner calefacción o aire acondicionado cuando baste con abrir o cerrar ventanas o ponerse más o menos prendas.
- Emplear iluminación de bajo consumo y encender las luces solo cuando sea necesario.
- Ir andando o en bicicleta siempre que se pueda para ahorrar combustible.
- Ducharse en vez de bañarse.
- Reducir, reutilizar y reciclar, y usar electrodomésticos de máxima eficiencia.