ENERGÍA

José Eduardo Morales Méndez

Noción de energía

El hombre ha aprendido que la energía esta relacionada con el desarrollo de la civilización.

Un hecho que el hombre primitivo aprendió era que la energía puede ser convertida en trabajo.

Una capacidad personal del hombre para realizar trabajo empleando la energía de su alimento y la “máquina” de su cuerpo es aproximadamente 1/30 de caballo de vapor- unos 25 wattios (J/s).

Mientras el hombre aprendía únicamente de su propia potencia muscular, las tareas que podía realizar estaban severamente limitadas

Noción de energía

La mayor parte de las construcciones de madera o piedra estaban fuera de su alcance y tenía que contentarse con el refugio que la naturaleza le proporcionaba en cuevas o en sencillas cubiertas del bosque.

El diseño de utensilios manuales y vestimentas proporcionó los medios para el uso más efectivo de la potencia muscular del hombre. Un palo se convirtió en la prolongación de su brazo para permitirle asestar golpes más efectivos (aumentar la potencia).

La domesticación de los animales, le permitió un mayor desarrollo al hombre, un buey o un caballo podía hacer el trabajo de treinta hombres.

Noción de energía: a medida que la civilización ha progresado, el hombre ha sido capaz de obtener cada vez más energía para realizar su trabajo.

Cuando el hombre aprendió a cultivar cosechas sistemáticamente estaba mejorando la eficiencia con la cual explotaba la energía solar.

La energía es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo.

Un enunciado clásico de la física newtoniana afirmaba que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Definición de energía

La energía no es un estado 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.

La energía es la capacidad que tiene un cuerpo o un sistema para desarrollar un trabajo.

Einstein descubrió que la energía es directamente proporcional a la masa a una velocidad constante (a la velocidad de la luz al cuadrado)

E = mc2

La energía puede ser convertida o transferida.

En la actualidad las fuentes mundiales de energía son casi todas de naturaleza química.

Nuestras fuentes alimenticias de energía son, por supuesto, todas de naturaleza química y a la larga todas nuestras fuentes de energía (alimentos y combustibles), provendrán del sol, con la posible excepción de la energía nuclear.

Para comprender cómo se libera energía y cómo puede usarse más eficientemente; para descubrir las leyes que rigen las transferencias de energía y las consecuencias para la dirección del cambio químico, el hombre creo la termodinámica(calor y movimiento).

Relación entre química y energía

Termodinámica

La termodinámica investiga a la energía de los cuerpos, a través de la transferencia del calor y utiliza dos conceptos fundamentales:

- el contacto térmico y

- el equilibrio térmico

Dos objetos están en contacto térmico si entre ellos existe la posibilidad de que haya una modificación de la temperatura en cada uno de ellos, lo cuál sólo se logra si tienen temperaturas diferentes.

El equilibrio térmico existe cuando dos objetos en contacto térmico ya no cambian de temperatura. La existencia de este equilibrio mutuo es una ley fundamental de la termodinámica: la Ley cero.

Variables termodinámicas

La medición que se utilizan en la medición de las transformaciones y transferencias de energía se hace principalmente, utilizando la variable termodinámica que conocemos como temperatura.

°K = 273.15 + °C °F = 1.8 x (°C)+32 °C = ( °F - 32) / 1.8

Manifestaciones de energía

Todos los cuerpos, poseen 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 ciencia, se dan varias definiciones de energía, por supuesto todas coherentes y complementarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo

Manifestaciones de la energía

FUENTES DE ENERGÍA CABALLOS DE VAPOR JOULES/SEGUNDO (wattios)

HOMBRE 1/30 25

CABALLO 1 750

RUEDA DE AGUA 5 3,750

MOLINO DE VIENTO 8 6,000

PRIMEROS MOTORES DE VAPOR

100 75,000

CENTRAL DE ENERGÍA ELÉCTRICA

3 X 106 2250 X106

RELACIÓN DE ENERGÍA LIBERADA

SE SABE QUE UN GRAMO DE LOS SIGUIENTES NUTRIENTES PROPORCIONAN LAS CALORÍAS QUE SE INDICAN A CONTINUACIÓN :

1 g de grasa proporciona 9 Kcal 1 g de proteína 4 Kcal 1 g de carbohidratos 4 Kcal

CINÉTICAMECÁNICA

QUÍMICA

NUCLEAR

RADIANTE

CALORÍFICA

ELÉCTRICA y ELECTROMAGNETICA

ENERGÍA EÓLICA

HIDRÁULICA

SOLARPOTENCIAL

Energía mecánica

es la combinación o suma de los siguientes tipos de energía:

Energía cinética: debida al movimiento.

Energía potencial: asociada a la energía acumulada en un cuerpo; a la posición dentro de un campo de fuerzas en reposo, como por ejemplo:

Energía potencial gravitatoria ( la gravedad)

Energía potencial elástica, debida a deformaciones elásticas. También una onda es capaz de transmitir energía al desplazarse por un medio elástico (ultasonido).

Energía electromagnética

que se compone de:

- Energía radiante

- Energía calórica

- Energía potencial eléctrica

Energía radiante (o energía luminosa, consiste en un flujo continuo de pequeñísimos paquetes de energía llamados actualmente fotones o cuantos de energía)

Energía electromagnética

Energía calórica La Energía Calórica es aquella que poseen los cuerpos,

cada vez que son expuestos al efecto del calor. También, se puede decir que corresponde a la energía que se transmite entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas, es decir, con distinto nivel calórico.

El calor es una forma de energía que se encuentra en constante tránsito. Lo que significa que si un cuerpo está a un determinado nivel calórico, el calor se transmite al medio ambiente. Puedes observar lo que sucede cuando dos cuerpos se ponen en contacto, estando uno más frío que el otro. En este caso el calor del cuerpo caliente se transmite al cuerpo más frío, hasta que ambos adquieren la misma temperatura.

Cada vez que un cuerpo recibe calor, las moléculas que forman parte del objeto adquieren esta energía, hecho que genera un mayor movimiento de las moléculas que forman parte del cuerpo. A mayor energía del cuerpo, mayor será el grado de agitación de las moléculas.

Energía potencial eléctrica ( El potencial eléctrico en un punto

es el trabajo que debe realizar una fuerza eléctrica (ley de Coulomb) para mover una carga positiva "q" desde el infinito (donde el potencial es cero) hasta ese punto; es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga unitaria "q" desde el infinito hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica.

Energía térmica

En termodinámica: La energía interna, es la suma

de la energía mecánica(potencial y cinética) de las partículas constituyentes de un sistema.

∆ E = E final - E inicial

Un valor positivo de ∆ E

significa que se proporciona energía o trabajo , ejemplo: añadir calor a un recipiente con agua, o darle cuerda a un reloj.

Un valor negativo de ∆ E se da cuando se desprende energía o trabajo, ejemplo: cuando el agua de enfría o el resorte se desenrolla.

Cuando suministramos energía por calentamiento ( q) + energía por trabajo (w) el resultado da la energía interna (∆ E)

∆ E = q + w

Ejemplo: Si suministramos a un

sistema 40 KJ en forma de calor, y hacemos un trabajo sobre él de 25 KJ, el cambio total de energía interna es de:

∆ E = 40KJ + 25 KJ = 65 KJ

Al hacer una sopa de crema, se desprendió 40 KJ de energía en forma de calor, mientras se agitaba a razón de 25 KJ, para cocinarla ¿Cuál es la energía interna del sistema?

El calor q = - 40 KJ (el signo menos indica que se desprende calor)

El trabajo w = 25 KJ

Resultado ∆ E = q + w = - 40 KJ + 25 KJ = - 15 KJ El resultado indica una

disminución de energía interna del sistema.

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.

Entalpía

Entalpía, es una magnitud de termodinámica simbolizada con la letra H, la variación de entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico, o, lo que es lo mismo, la cantidad de energía que tal sistema puede intercambiar con su entorno.

El cambio de la entalpía del sistema causado por un proceso llevado a cabo a presión constante, es igual al calor absorbido por el sistema durante dicho proceso.

La entalpía se define mediante la siguiente fórmula:

∆ H = ∆ E + p V

Donde: H es la entalpía (en Julios por

kilogramo). E es la energía interna (en Julios). p es la presión del sistema (en

pascales). V es el volumen del sistema (en metros

cúbicos).

Si una reacción se lleva a cabo en un recipiente sólido, no puede expandirse, y por lo tanto no puede hacer ningún trabajo ( w = 0), se deduce que cualquier cambio de energía interna en un sistema a volumen constante proviene de una transformación de calor.

∆ E = q

Si el volumen es constante, este toma valores de cero, en la ecuación de estado y la ecuación

∆ H = ∆ E + p V

Se expresa de la siguiente forma

∆ H = ∆ E como ∆ E = q , tendremos que

∆ H = q

Fuentes de generación de energía

Fuentes de energía renovables:

Energía eólica Energía hidráulica Energía mareomotriz Energía solar Biomasa Energía geotérmica Gradiente térmico oceánico

Fuentes de energía no renovable:

Energía nuclear Carbón Gas natural Petróleo

autoevaluación

¿Qué es la energía? ¿En qué formas se

encuentra? ¿Hay reglas por las

cuales podamos racionalizar nuestras ideas sobre la energía y su comportamiento?

¿Existe la energía renovable y la no renovable?