1. Propiedades fundamentales de la energía
La energía es una magnitud presente en todos los procesos físicos y se rige por las siguientes propiedades:
- Conservación: La cantidad total de energía en el universo es siempre la misma. La energía no se crea ni se destruye en los procesos, simplemente cambia.
- Transformación: La energía puede cambiar de una forma a otra (por ejemplo, la energía eléctrica se transforma en lumínica en una bombilla).
- Transferencia: La energía pasa de un sistema o cuerpo a otro. Las dos formas principales de transferencia son el calor (por diferencia de temperatura) y el trabajo (mediante fuerzas).
- Transporte: La energía se puede desplazar de un lugar a otro, como la electricidad viajando a través del tendido eléctrico.
- Degradación (Disipación): Aunque la energía se conserva, en cada transformación o transferencia una parte se vuelve menos útil, degradándose irreversiblemente. Normalmente, esta pérdida se da en forma de calor disipado o rozamiento.
2. Formas de energía
Energía Mecánica (Em): Es la energía ligada a la posición y el movimiento de los cuerpos. Es la suma de la energía cinética y la potencial (Em = Ec + Ep).
Energía Cinética (Ec): Asociada al movimiento. Su valor depende de la masa (m) y la velocidad (v) del cuerpo (Ec = 1/2 · m · v²).
Energía Potencial (Ep): Energía que posee un cuerpo por ocupar una determinada posición o estado.
- Potencial gravitatoria: Depende de la masa, la gravedad y la altura a la que se encuentre el objeto (Ep = m · g · h).
- Potencial elástica: La tienen los cuerpos al sufrir una deformación (como un muelle o un tirachinas). Depende de la constante elástica y de la distancia deformada.
Energía Térmica: Se debe al movimiento interno de las partículas que componen la materia. A mayor temperatura, mayor energía térmica.
Energía Química: Está almacenada en los enlaces entre átomos y moléculas. Es la que se libera en reacciones químicas (como en alimentos o combustibles).
Energía Eléctrica: Se produce por el movimiento de los electrones a través de materiales conductores.
Energía Nuclear: Almacenada en los núcleos de los átomos. Se emite cuando los núcleos se rompen (fisión) o se unen (fusión).
Energía Radiante (Electromagnética): Se propaga mediante ondas electromagnéticas (luz solar, rayos X, microondas) y puede viajar por el vacío.
3. Tipos de centrales eléctricas y transformación
Las centrales transforman distintas fuentes de energía primaria en energía eléctrica que podemos consumir:
- Central Hidráulica: Aprovecha un salto de agua. La energía potencial gravitatoria del agua se convierte en energía cinética al caer, moviendo una turbina mecánica que, a través de un generador, produce energía eléctrica.
- Central Eólica: El viento actúa como fuente. Su energía cinética empuja las palas del aerogenerador transformándose en energía mecánica, que luego el generador convierte en electricidad.
- Central Térmica: Quema combustibles (carbón, petróleo, gas) liberando su energía química en forma de calor para hervir agua. El vapor a presión (energía mecánica) mueve una turbina conectada a un generador para producir electricidad.
- Central Nuclear: Usa materiales como el uranio. Mediante reacciones de fisión, libera energía nuclear en forma de altísimas temperaturas. Ese calor crea vapor de agua para mover la turbina mecánica y generar electricidad.
- Central Solar: Aprovecha la energía radiante del Sol. Los paneles fotovoltaicos la transforman de manera directa en electricidad. (También existen térmicas solares que concentran el calor para crear vapor y mover turbinas).
4. Diagramas de flujo energético
Son esquemas que permiten visualizar y «seguir la pista» a la energía en un proceso de cambio. Muestran la fuente de energía inicial, el proceso de transformación o transferencia y las energías resultantes.
- Ejemplo: En un motor, entra energía química (combustible), y el diagrama muestra cómo se transforma produciendo energía mecánica útil (movimiento), pero también refleja la energía que se degrada y se transfiere al entorno en forma de calor y rozamiento.
5. Electricidad y circuitos
La corriente eléctrica es un movimiento colectivo y continuo de electrones a través de los átomos de un material conductor. Para que circule, el circuito debe estar cerrado.
- Voltaje (V): Es la energía suministrada por la pila a las cargas (electrones) para ponerlas en movimiento.
- Intensidad (A): Es la cantidad de carga (electrones) que circula por el conductor en un tiempo determinado.
- Resistencia (Ω): Es la oposición que presenta el material al paso de los electrones. Genera una disminución en la intensidad y causa pérdidas de energía por calor (disipación) debido a los choques constantes.
6. Masa vs. Peso
En ciencia, masa y peso son conceptos distintos, aunque en la vida cotidiana se confundan:
- Masa: Es la cantidad de materia de un cuerpo y define su inercia (resistencia a cambiar su estado de movimiento). Su valor no varía aunque cambiemos de planeta.
- Peso: Es la fuerza de atracción gravitatoria que ejerce un planeta sobre esa masa. El peso de un objeto sí cambia si nos vamos a la Luna o a Júpiter, porque la gravedad es distinta.