Para hacer cualquier trabajo hace falta un esfuerzo. Subir escaleras, levantar un peso, etc., supone un esfuerzo. Por lo tanto, cualquier trabajo requiere un gasto o consumo de energía. Las máquinas también la consumen para funcionar. Pero, ¿Qué clases de energías necesita una máquina cuando trabaja? En CurioSfera-Ciencia.com, te explicamos qué es la energía y los diferentes tipos de energía que existen.
Qué es la energía
La energía es la capacidad que tiene un cuerpo de producir un trabajo. Y el trabajo es el resultado de la liberación de la energía de un cuerpo, sea del tipo que sea. Se produce un trabajo físico cuando hay movimiento. Sólo podemos saber que un cuerpo tiene energía cuando ésta se libera y produce un trabajo.
Cuando un cuerpo tiene energía pero no la pone en evidencia, decimos que tiene la energía en potencia. Todo lo que es capaz de producir un trabajo físico, decimos que tiene energía. Por ejemplo:
- El agua de un río tiene energía, porque puede mover objetos que encuentra a su paso, por ejemplo, es capaz de hacer girar una noria.
- El viento tiene energía, porque puede mover un barco de vela o las aspas de un molino.
- El carbón tiene energía porque puede hacer mover una máquina cuando es quemado.
- Nuestro cuerpo tiene energía porque puede moverse, saltar, bailar, correr, mover otros objetos, etc.
¿Qué es trabajo en la física?
En física, decimos que se produce trabajo cuando, aplicando una fuerza sobre un objeto, se produce el movimiento de éste. Fíjate en el siguiente ejemplo de trabajo: si tiramos una cuerda, instalada en una polea fija, podemos hacer subir un cubo de agua atada al otro extremo de la cuerda. Estamos haciendo un trabajo. La fuerza de nuestra mano hace que el cubo se mueva.
Cuando clavamos un clavo con un martillo, también estamos haciendo un trabajo. Con la fuerza que comunicamos al martillo, el clavo se mueve y penetra en la madera. Así podemos imaginar muchos otros ejemplos similares: la bicicleta se desplaza cuando impulsamos los pedales, el tapón sale de la botella cuando estiramos de él, etc. Observa que en todos estos ejemplos siempre hay una fuerza y un movimiento.
Tú mismo puedes pensar de otros casos en los que exista trabajo, pero debes tener presente que siempre debe haber, como resultado, un movimiento. En su defecto, no consideramos que se realice trabajo, aunque se haga un esfuerzo que nos pueda cansar. Por ejemplo: si aguantamos inmóvil sobre la mano un peso de un kilo, nos cansaremos, pero como no se produce movimiento, no hay trabajo físico. Tampoco se realiza trabajo, tal y como se entiende en física, cuando empujas un cuerpo de gran peso sin llegar a moverlo.
Tipos de energía
Como te hemos comentado anteriormente, existen diferentes tipos de energías. Algunas tienen muchas cosas en común, y otras son muy diferentes. Pero en cualquier caso, existen dos grupos de energías principales:
Energías naturales
Las energías naturales son las causadas directamente por el Sol. Las principales son:
- La energía eólica o del viento: que puede convertirse en trabajo cuando hace girar las aspas del molino o cuando empuja las velas de un barco.
- La energía hidráulica o energía del agua: que puede convertirse en energía eléctrica.
- La energía luminosa o energía del Sol: que se aprovecha mediante aparatos especiales (placas solares y baterías solares) puede convertirse en otras energías.
Energías derivadas
De estas energías naturales salen otros tipos de energías que podemos llamar derivadas. Las principales son:
- La energía calórica: el calor es la forma más frecuente de energía y la más fácil de convertir en trabajo. El calor es la energía en potencia de los combustibles, gracias a la cual funcionan los coches, los aviones, los trenes, los sistemas de calefacción con caldera, las cocinas, etc.
- La energía eléctrica: la electricidad es la energía que utilizamos más en la vida cotidiana. Es limpia, potente, silenciosa y fácil de transportar. ¿Cuántas cosas conoces que funcionen gracias a la energía eléctrica? Imagínate un momento que no hubiera electricidad.
- La energía mecánica: cualquier objeto en movimiento tiene energía, porque es capaz de hacer un trabajo mecánico cuando topa con otro objeto. Esta clase de energía se denomina energía cinética, porque deriva de la palabra griega «kinesis», que significa movimiento.
Pero un objeto situado a una cierta altura tiene energía, porque, cayendo, puede realizar un trabajo. ¿No es verdad que una bola que cae desde arriba de un piso o de una azotea, puede romper lo que encuentre al chocar contra el suelo? Esta otra clase de energía se denomina energía potencial.
Primera fuente de energía: el sol
La principal fuente de energía es el Sol. La energía eólica (este es el nombre con que se conoce la energía del viento), la energía hidráulica (del agua), la energía calorífica de los combustibles orgánicos (petróleo y carbón, gas natural, madera), tienen su origen en la energía solar. Así pues, el Sol es la primera fuente de una cadena de otras fuentes energéticas derivadas.
Como recibimos la energía del Sol
La energía solar es muy abundante, pero a la vez es muy difusa, poco concentrada. Calienta, pero no calienta lo suficiente para hacer que el agua expuesta a la luz y la radiación solar llegue a hervir. Para que la energía solar pueda aprovecharse necesario almacenarla o concentrarla.
Podemos almacenarla mediante placas solares que reciben la energía del Sol y la retienen. La podemos concentrar mediante espejos que dirigen los rayos solares hacia un solo punto, de manera similar a la de una lupa que concentra la energía solar hasta encender un papel o una astilla. Como la energía solar es barata, abundante y no contamina el ambiente, la gran mayoría de las investigaciones actuales se dirigen a buscar soluciones técnicas que permitan aprovecharla.
Energía nuclear
La nuclear es una energía que no proviene del Sol. Durante la primera mitad del siglo XX se descubrió una forma nueva de energía que no proviene del Sol. Esta energía se produce cuando los núcleos de los átomos se rompen. Por eso se llamó energía atómica o energía nuclear.
El átomo
La energía nuclear y la teoría atómica son complicadas de entender. Debe saber que el átomo es la parte más pequeña que se puede considerar de un elemento químico. Durante mucho tiempo, se creyó que el átomo era una partícula indivisible, y por eso se dice así: «a-thomos», que en griego significa no-divisible; pero esto no es verdad.
Hoy en día sabemos que, si pudiéramos contemplar un átomo con un microscopio potentísimo, tan potente que fuera capaz de aumentar la cabeza de un alfiler al tamaño de la Tierra, podríamos observar un átomo tan grande como un aula. Entonces nos daríamos cuenta que el átomo está casi vacío y está formado por las partículas siguientes:
- Los electrones (carga eléctrica negativa) que giran alrededor de una masa central llamada núcleo, formada por dos tipos de partículas:
- Los protones (carga eléctrica positiva) y los neutrones (sin carga eléctrica).
Los protones y los neutrones que forman el núcleo están muy unidos los unos con los otros. La fuerza que los mantiene unidos es la fuente de esta energía. Cuando el núcleo se rompe, esta energía se libera en gran cantidad. Este tipo de energía que se produce cuando se rompe el núcleo del átomo se denomina energía nuclear.
¿Cómo conseguimos romper el núcleo de un átomo?
El núcleo atómico se puede romper bombardeándolo con neutrones. Cuando un neutrón choca con un núcleo, la fuerza que lo mantenía unido se desequilibra y el núcleo explota. Cuando se produce esta explosión, se libera una gran cantidad de calor y quedan libres otros neutrones, los cuales irán a bombardear otros núcleos cercanos.
Reacción en cadena
Fíjate lo peligroso este proceso: cuando un núcleo explota, se producen más neutrones, que a su vez bombardean otros núcleos que también explotan. Así se origina el fenómeno conocido como reacción en cadena.
Una vez iniciado, es muy difícil de controlar. Este control es el problema principal que ha intentado resolver la tecnología atómica.
Radiaciones nucleares
Pero, además, este proceso conlleva otra complicación: cuando un núcleo atómico explota, junto con los neutrones emiten radiaciones de varios tipos; una de éstas, la radiación gamma, es muy peligrosa porque mata las células vivas. Además, la radiación gamma se mueve fácilmente por el aire y puede producir desastres a muchos kilómetros del lugar donde la radiación se ha originado.
Cómo se mide la energía
La energía se puede medir con varias unidades. La unidad de energía más empleada en Física es la que llamamos julio. En cambio, en ingeniería la unidad de energía más corriente es el kilovatio hora. Como el julio es una unidad muy pequeña, muy a menudo se utiliza un múltiplo mil veces superior llamado kilojulio. La equivalencia entre el julio y el kilojulio es:
1 kilojulio = 1000 julios
Capacidad energética de un combustible
La calidad de un combustible se mide por la cantidad de energía calorífica que puede liberar la combustión de un kilo de combustible, si éste es sólido o líquido, y de un metro cúbico si el combustible es un gas. En la tabla siguiente, puedes ver la capacidad energética de algunos combustibles:
Qué es la energía resumen
- Se produce un trabajo físico siempre que una fuerza origina un movimiento.
- Decimos que tiene energía todo lo que es capaz de producir un trabajo.
- La fuente de energía principal es el Sol.
- Las energías naturales son la eólica, la hidráulica, la luminosa y la solar.
- Las energías derivadas son la energía eléctrica, la calorífica y la mecánica.
- La energía mecánica puede ser de dos tipos: cinética y potencial.
- La energía atómica no proviene de la solar. Se descubrió hace poco tiempo. Es difícil de controlar. Para aplicarla se encuentran muchas dificultades.
- La unidad física de la energía es el julio, o su múltiplo, el kilojulio.
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