Fundamentos de la Energía: Definición, Formas, Conservación y Fuentes
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Introducción a la Energía
La energía es la capacidad de los sistemas materiales para producir transformaciones en ellos mismos o en otros sistemas materiales.
Formas de Manifestación de la Energía
La energía se manifiesta de diversas formas:
Energía Mecánica
Es la energía que tiene un cuerpo debida a su posición o a su movimiento. Se subdivide en:
- Energía Cinética (Ec): Asociada al movimiento de los cuerpos.
- Energía Potencial Gravitatoria (Ep): La que tiene un cuerpo situado a una determinada altura sobre el suelo.
- Energía Potencial Elástica: La que poseen los cuerpos elásticos.
Otras Formas de Energía
- Energía Eléctrica: Asociada a la corriente eléctrica.
- Energía Radiante o Electromagnética: Energía que se transmite a través de radiaciones electromagnéticas (como la luz).
- Energía Química: Energía que se intercambia en las reacciones químicas.
- Energía Térmica: Es la que se debe al movimiento de las partículas que forman la materia.
- Energía Nuclear: Energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares. Estas reacciones pueden ser:
- Reacciones de Fisión: Fragmentación de un núcleo de un átomo pesado, como el uranio.
- Reacciones de Fusión: Unión de núcleos de átomos ligeros, como el hidrógeno.
Transferencia y Conservación de la Energía
La energía es capaz de pasar de un sistema material a otro. Esto se denomina transferencia de energía. La energía puede manifestarse de diferentes formas y es capaz de cambiar de una forma a otra (transformación).
Ejemplo de Transformación Energética
El gas que circula por un conducto está en movimiento, por lo que posee energía cinética. El gas, junto con el oxígeno, es capaz de realizar una combustión (energía química). Durante la combustión se desprende calor y luz. En este proceso, la energía química y cinética del gas se transforma en energía térmica y radiante.
Principio de Conservación de la Energía
La energía total permanece constante en todas las transformaciones. Esta afirmación se conoce como el Principio de Conservación de la Energía.
Donde Em es la energía mecánica, Ep la potencial y Ec la cinética.
Degradación de la Energía
En toda transformación de energía, siempre hay una parte de ella que se pierde en forma de calor. En cada transformación, la energía se degrada y pierde calidad.
El Concepto de Trabajo (W)
El trabajo (W) es el producto entre la fuerza aplicada sobre un sistema material y el espacio que este sistema material recorre.
Fórmula del Trabajo
Donde F está expresada en newtons (N) y S en metros (m).
Unidades de Trabajo
La unidad de trabajo en el Sistema Internacional (SI) es el julio (J):
- 1 J = 1 N · 1 m
- Equivalencias:
- 1 J = 0,24 cal (calorías)
- 1 cal = 4,18 J
Tipos de Fuerzas en Sistemas Mecánicos
- Fuerza Motriz: Fuerza que se aplica para que el sistema funcione.
- Fuerza Resistente: Es la fuerza que se vence con la máquina.
- Punto de Apoyo: Punto sobre el cual se apoyan las fuerzas (típico en palancas).
Fuentes de Energía
Las fuentes de energía son los recursos naturales que utiliza el ser humano para conseguir energía que pueda ser aprovechable. La cantidad de estas fuentes disponibles constituye el recurso energético.
Las fuentes de energía pueden ser:
- Renovables
- No Renovables