Fundamentos de la Energía: Propiedades, Tipos y Transferencia de Calor

¿Qué es la energía?

La energía es una propiedad que poseen los cuerpos, la cual les permite provocar cambios físicos o químicos en sí mismos y en su entorno. En el Sistema Internacional (SI), se mide en julios (J).

Propiedades de la energía

• Se transforma: La energía eléctrica de la red se transforma en energía química en la batería.
• Se transfiere: La energía pasa de la red al cargador, y del cargador al móvil.
• Se transporta: La energía se desplaza a través de conductores como los cables.
• Se conserva: La energía suministrada por la red eléctrica pasa totalmente al cargador (principio de conservación).
• Se almacena: Por ejemplo, en la batería del teléfono móvil.
• Se degrada: Al calentarse, el móvil pierde energía en forma de calor, lo que puede provocar un cambio no deseado.

Tipos de energía

• La energía cinética es la que posee todo cuerpo por el hecho de estar en movimiento.
• La energía potencial gravitatoria es la que tiene todo cuerpo situado a cierta altura sobre el suelo.
• La energía potencial elástica es la que posee todo cuerpo elástico cuando se separa de su posición de equilibrio.
• La energía mecánica es la que tiene todo cuerpo por el hecho de poder moverse o encontrarse desplazado de su posición de equilibrio.

Principio de conservación de la energía

La energía ni se crea ni se destruye, únicamente se transforma en otros tipos de energía.

Relación entre trabajo y energía

El trabajo (W) de una fuerza se define como el producto del módulo de dicha fuerza (F) por el desplazamiento producido (x). Está asociado a una fuerza que desplaza un objeto, y no a un esfuerzo físico general; se mide en julios (J) en el SI.

Energía y calor

El calor es la cantidad de energía que se transfiere entre dos cuerpos en contacto que se encuentran a distinta temperatura. Se mide en julios (J) en el SI, donde 1 J = 0,24 cal.

La temperatura es una magnitud que indica la "calidad" de la energía interna de una sustancia. Se mide en Kelvin (K) en el SI.

La materia a nivel microscópico

La materia, vista al microscopio, está formada por partículas pequeñas e indivisibles llamadas átomos. Los átomos se encuentran en un continuo movimiento caótico. Al estar en movimiento, adquieren cierta velocidad y, por lo tanto, poseen energía cinética.

Además, los átomos tienen electrones con carga negativa, lo que genera una repulsión entre ellos conocida como energía potencial de repulsión. Al mismo tiempo, al poseer electrones y protones, existe una atracción denominada energía potencial de atracción electrostática.

Se denomina energía interna (ΔU) a la suma de todas las energías que tiene un cuerpo por el hecho de ser materia. Se mide en julios (J) en el SI.

Mecanismos de transferencia de calor

• Conducción: Se produce por contacto directo y sin transporte de materia. Las moléculas transmiten su energía de una a otra hasta alcanzar el equilibrio térmico. Es un proceso característico de los sólidos.
• Convección: Se produce una transferencia de materia. Ocurre en líquidos y gases; al calentar el fluido, disminuye su densidad y este asciende, provocando un movimiento de descenso de las moléculas más frías. A este ciclo se le denomina corriente de convección.
• Radiación: Se produce la propagación de calor sin que exista contacto entre los cuerpos. Puede ocurrir en el vacío. Todos los cuerpos emiten radiación.

Clasificación de las energías existentes

Existen diversos tipos de energía, entre los que destacan:

• Energía potencial
• Energía cinética
• Energía mecánica
• Energía térmica
• Energía eléctrica
• Energía química
• Energía nuclear
• Energía electromagnética
• Energía sonora

Resumen de conceptos clave

• La energía se puede transformar, transferir, almacenar o disipar.
• La energía siempre pasa de formas útiles a otras menos útiles (degradación).
• La energía siempre se conserva: no se puede crear ni destruir.