Fuentes de energía: de los combustibles fósiles a las renovables

A nuestro alrededor, los humanos incluidos, la energía es omnipresente. Es vasta porque interviene en casi toda aplicación: la energía que usamos para sobrevivir, la que obtenemos de los alimentos. Hoy existen diversas fuentes que permiten el funcionamiento de la civilización: combustibles fósiles, combustible nuclear o energías renovables, usadas para producir otras formas como energía mecánica o eléctrica. Por eso su estudio es esencial.

Conocerás la definición, usos, importancia, ejemplos, tipos, formas, unidades, transformación y conservación de la energía.

¿Qué es la energía?

La energía es la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. Un sistema posee energía cuando puede hacer trabajo. La energía se transfiere o transforma siempre que se realiza trabajo. Sin embargo, su existencia no garantiza que esté disponible para trabajar.

En física, es la propiedad cuantitativa que debe transferirse a un cuerpo para realizar trabajo sobre él o calentarlo. Es una cantidad conservada: la ley de conservación establece que puede convertirse en forma, pero no crearse ni destruirse.

Todos los tipos de energía son de dos formas: energía cinética de un objeto en movimiento y energía potencial almacenada por la posición de un objeto en un campo de fuerza. La unidad de medida es el julio (J).

Entiende la energía como:

• Una cantidad escalar
• Abstracta y no siempre perceptible
• Dotada de significado mediante cálculo
• Un concepto central en la ciencia

Usos e importancia de la energía

Tres usos básicos para los humanos: residencial, comercial y transporte.

Usos residenciales

El consumo más común: ver televisión, calefacción, iluminación, ducharse, lavar ropa, trabajar en computadora, electrodomésticos, cocinar. Casi el 40% del uso global es residencial. También es donde más se desperdicia por falta de educación sobre conservación.

Usos comerciales

Calefacción, refrigeración, iluminación de edificios y espacios comerciales, energía usada por organizaciones y negocios. Similar al uso industrial, salvo por usos personales.

Usos en transporte

Totalmente dependiente de la energía: más del 70% del petróleo se usa en este sector. Incluye autos, camiones, buses, motocicletas, aviones, barcos, trenes y oleoductos.

Importancia clave de la energía:

• Impulsa comunicaciones, transportes, computadoras, equipos médicos avanzados.
• Apoya el progreso económico y social, mejorando la calidad de vida.
• Energía confiable y asequible permite productos y servicios que enriquecen y prolongan la vida.
• Puede mejorar e incluso salvar vidas.
• Sustenta industria expandida, agricultura moderna, comercio incrementado y transporte mejorado.
• Crea mejores vidas y reduce la pobreza.

Formas y tipos de energía

Todas se categorizan en cinética o potencial. La asociada al movimiento es cinética; la potencial se asocia a la posición, pero no es simplemente "energía almacenada".

Energía cinética

• Energía cinética — movimiento
  • Energía mecánica — movimiento de sistemas macroscópicos: máquinas, energía eólica, undimotriz, sonora
  • Energía térmica — movimiento de partículas: energía geotérmica
  • Energía eléctrica — movimiento de cargas: corriente doméstica, rayos
  • Radiación electromagnética — perturbación de campos eléctricos y magnéticos (física clásica) o movimiento de fotones (cuántica): radio, microondas, infrarrojo, luz, ultravioleta, rayos X, gamma

Energía solar

Energía potencial

• Energía potencial — posición o disposición
  • Potencial gravitacional: montaña rusa, noria, energía hidroeléctrica
  • Potencial electromagnético: potencial eléctrico, magnético, químico, elástico
  • Potencial nuclear fuerte: energía nuclear, armas nucleares
  • Potencial nuclear débil

Desintegración radiactiva

Calor, energía cinética o mecánica, luz, potencial y eléctrica son las formas en que existe la energía.

Calor (energía térmica) proviene del movimiento de átomos o moléculas; se relaciona con la temperatura.

Energía cinética es la del movimiento. Ejemplo: péndulo oscilando.

Energía potencial por posición. Ejemplo: bola sobre una mesa respecto al suelo.

Energía mecánica es la suma de cinética y potencial de un cuerpo.

Energía lumínica está disponible como fotones.

Energía eléctrica proviene del movimiento de partículas cargadas (protones, electrones, iones).

Energía magnética se obtiene de un campo magnético.

Energía química se libera en reacciones químicas, rompiendo o formando enlaces.

Energía nuclear proviene de interacciones con protones y neutrones. Ejemplo: fisión y fusión.

Unidades de energía

La unidad SI es el julio (J) o newton-metro (N·m). Nombrado por James Prescott Joule. La unidad de potencia (energía por tiempo) es el vatio (W), un julio por segundo.

Transformación de energía

Ocurre en diversas formas y eficiencias. Los dispositivos que transforman se llaman transductores. Ejemplos: batería (química a eléctrica), presa (potencial gravitacional a cinética del agua y turbinas), generador eléctrico o motor térmico.

Ejemplos: generación eléctrica mediante turbina de vapor; elevar objeto contra gravedad con motor eléctrico (trabajo mecánico almacena potencial gravitacional); caída del objeto convierte potencial en cinética y calor al impactar.

El Sol transforma energía nuclear potencial en otras formas. Su masa total no disminuye mientras la energía permanezca, pero sí cuando escapa como energía radiante.

Mira el video sobre transformación de energía:

Experimentos muestran límites en la conversión eficiente de calor en trabajo (máquina térmica). El teorema de Carnot y la segunda ley de la termodinámica lo explican. Algunas transformaciones son muy eficientes. La entropía determina la dirección de las transformaciones.

Conservación de la energía

La ley dice que la energía no se crea ni destruye. La primera ley de la termodinámica: la energía de un sistema cerrado es constante salvo transferencia por trabajo o calor; no hay pérdida en la transferencia. La entrada total debe igualar la salida más el cambio interno. La energía total permanece constante si las interacciones no dependen del tiempo.

Ejemplo: dos bolas de billar chocando, deteniéndose, energía resultante en sonido y calor. Tenían energía cinética en movimiento y potencial por estar sobre la mesa.

La conversión de calor en trabajo en expansión isotérmica reversible de gas ideal es común. La segunda ley: el sistema que trabaja siempre pierde energía como calor residual, limitando el calor usable en procesos cíclicos. La energía mecánica y otras pueden convertirse en térmica sin tal límite. La energía total se calcula sumando todas las formas en el sistema.

Conclusión

La energía es la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo. Se transfiere o transforma cuando se hace trabajo. Se cubrieron definición, usos, importancia, ejemplos, tipos, formas, unidades, transformación y conservación. ¡Espero que lo hayas aprovechado! Compártelo con otros estudiantes. ¡Gracias por leer, nos vemos la próxima vez!