viernes, 21 de noviembre de 2008

Energía

¿Qué es la energía?
El término energía 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 y la tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo.

El concepto de energía en física
La energía es una
magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. También se puede definir la energía de sistemas abiertos, es decir, partes no aisladas entre sí de un sistema cerrado mayor. Un enunciado clásico de la física newtoniana afirmaba que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.
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.
El uso de la magnitud energía en términos prácticos se justifica porque es mucho más fácil trabajar con
magnitudes escalares, como lo es la energía, que con magnitudes vectoriales, como la velocidad y la posición. Así, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial y de otros tipos de sus componentes. En sistemas aislados, además, la energía total 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
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 física y 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.

Física clásica
En
mecánica:
Energía mecánica, que es la combinación o suma de los siguientes tipos:
Energía cinética: debida al movimiento.
Energía potencial la asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas conservativo como por ejemplo:
Energía potencial gravitatoria
Energía potencial elástica, debida a deformaciones
elásticas. También una onda es capaz de transmitir energía al desplazarse por un medio elástico.
En
electromagnetismo se tiene:
Energía electromagnética que se compone de:
Energía radiante
Energía calórica
Energía potencial eléctrica, véase
potencial eléctrico.
En
termodinámica:

Energía interna, suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema
Energía térmica.

Física relativista clásica
En
relatividad:

Energía en reposo es la energía debida a la masa, según la conocida fórmula de Einstein E=mc2.
Energía de desintegración, es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una desintegración
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 energía del vacío, que es un tipo de energía existente en el espacio, incluso en ausencia de materia.

Química
En
química aparecen algunas formas específicas no mencionadas anteriormente:

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.
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 (véase ATP).

Energía potencial
La energía potencial puede pensarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.
La energía potencial puede definirse solamente cuando existe un
campo de fuerzas 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".

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.

La energía como recurso natural
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.

Unidades de medida de energía
La unidad de energía en el
Sistema Internacional de Unidades es el Julio, que equivale a Newton x metro.
Otras unidades:
Caloría. Es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5 a 15,5 grados Celsius. Un julio equivale aproximadamente 0,24 calorías.
La
frigoría es la unidad de energía utilizada en refrigeración y es equivalente a absorber una caloría.
Termia, prácticamente en desuso, es igual a 1.000.000 de calorías o a 1 Mcal
Kilovatio hora (kWh) usada habitualmente en electricidad. Y sus derivados MWh, MW•año
Caloría grande usada en biología, alimentación y nutrición = 1 Cal = 1 kcal = 1.000 cal
Tonelada equivalente de petróleo = 41.840.000.000 julios = 11.622 kWh.
Tonelada equivalente de carbón = 29.300.000.000 julios = 8138.9 kWh.
Tonelada de refrigeración
Electronvoltio (eV) Es la energía que adquiere un electrón al ser acelerado por una diferencia de potencial en el vacío de 1 Voltio. 1eV = 1.602176462 × 10-19 julios
BTU, British Thermal Unit, 252,2 cal = 1.055 julios

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