BLOQUE TEMÁTICO:
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TEMA:
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Energía
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SUBTEMAS:
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7.-
La energía y sus manifestaciones
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LECCIÓN:
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1.
Tipos de energía
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APRENDIZAJES ESPERADOS
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Analiza la energía mecánica (cinética y potencial) y describe casos donde se
conserva.
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¿Cuántos tipos de energía existen?
La energía es un concepto que ha intrigado al intelecto humano desde tiempos muy antiguos. Proviene de la palabra helénica energós, cuyo significado es “fuerza de acción”. En física, se define a la energía como la capacidad de un cuerpo de realizar un trabajo.
1 Kwh = 3600000 J
En el siguiente artículo hablaremos sobre los tipos de energía y algunos ejemplos de cada una de ellas.
Es una propiedad de la materia que le confiere la capacidad de producir cambios en la materia sea en su forma, composición o posición y nos permite describir de una forma sencilla las transformaciones.
La unidad de la energía en el SI es el joule (J); otra unidad muy utilizada es la caloría (cal) o el kilovatio-hora (Kwh).
Las equivalencias entre las unidades son:
1 cal = 4,18 J
En el siguiente artículo hablaremos sobre los tipos de energía y algunos ejemplos de cada una de ellas.
Desde tiempos inmemoriales, el hombre se ha valido de formas de energía almacenadas en su cuerpo para poder vivir y sobrevivir en el planeta, pudiendo cazar y recolectar alimento. Asimismo, aprovechando la energía de la naturaleza circundante crea las primeras hogueras.
Surgieron las grandes civilizaciones y el hombre fue aprendiendo cómo sacar mejor provecho de la energía mecánica, creando la rueda, la palanca y las poleas. Pero con la llegada de la Revolución Industrial todo dio un salto exponencial a la energía eléctrica.
En la actual era digital, la energía eléctrica es prácticamente la que mueve al mundo, ya que da vida dispositivos electrónicos, desde teléfonos celulares hasta automóviles. Sin embargo, existen otros tipos de energía que son necesarios para el desarrollo de la vida moderna, a continuación repasaremos las más importantes.
¿CUÁNTOS TIPOS DE ENERGÍA SE CONOCEN EN LA ACTUALIDAD?
Existe un gran número de tipos de energía en la actualidad, y aunque existen muchísimas de ellas, a continuación se repasan aquellas con mayor relevancia práctica para la sociedad moderna, así como los detalles que envuelven a cada una.
ENERGÍA MECÁNICA
Esta energía relaciona el movimiento de cuerpos dentro de campos de fuerzas mecánicas, como las gravitacionales, electrostáticos y elásticos.
La característica de la energía mecánica más notable es que, matemáticamente, es la combinación de la energía cinética y la energía potencial, siendo un valor sujeto a una ley de conservación. De este modo, su valor que será igual en cualquier momento y espacio, siempre y cuando se mantenga ajeno a influencias externas o fuerzas de roce.
La energía mecánica fue siempre muy usada por el hombre, sirviendo para levantar objetos con poleas, accionar mecanismos de engranajes, mover piedras para la construcción de edificaciones, entre otros.
Actualmente es fundamental para el funcionamiento de los generadores eléctricos los cuales convierten el movimiento mecánico en electricidad. Asimismo, es posible convertir energía eléctrica en mecánica, un ejemplo muy vivo de esto son los motores de los automóviles híbridos de Tesla Motors.
ENERGÍA CINÉTICA
Es un tipo de energía mecánica, destacando por estar ligada al estado de movimientos de cuerpos y objetos. Desde el punto de vista matemático, es la fuerza que debe aplicarse durante una determinada distancia (trabajo) para acelerar a un objeto estático, y así pueda alcanzar una velocidad fija.
La cantidad de energía cinética es directamente proporcional a la masa y la velocidad de un cuerpo. Por lo tanto, todo cuerpo masivo (pesado y grande) que se mueva muy rápido tendrá una elevada energía cinética.
La energía cinética puede convertirse en energía potencial, según cambie la configuración del estado de movimiento y el trabajo que deba aplicarse a un cuerpo. Además, es una energía elemental, puesto que constituye a energías más complejas como la energía química, solar, térmica, eólica, hidráulica, etc.
ENERGÍA POTENCIAL
Es descrita como una energía mecánica que se produce debido a interacciones de un objeto con campos de fuerza internos y externos, como lo son los campos gravitacionales, electrostáticos y elásticos.
La principal característica de la energía potencial es que depende del trabajo necesario para cambiar la posición de un objeto dentro de un campo de fuerza. De esta manera, a medida que un objeto adquiera altura dentro del campo gravitacional de la Tierra, mayor energía potencial tendrá. Algo similar sucede con los resortes que son estirados, pero en relación al campo elástico.
La energía potencial, al igual que la energía cinética, es un tipo esencial de energía, siendo la base de otras energías, como la nuclear y la química, indicando el grado de incidencia de las reacciones según las configuraciones del sistema de partículas.
ENERGÍA ELECTROMAGNÉTICA
Esta energía es transportada por ondas electromagnética (radiación) procedente de determinadas fuentes de emisión. La energía electromagnética es directamente proporcional a la frecuencia, e inversamente proporcional a la longitud de la onda.
La importancia de la energía electromagnética para la humanidad se encuentra en sus múltiples usos, uno de ellos se da en el ámbito de las telecomunicaciones, por ejemplo, para transmitir información mediante ondas de radio.
Igualmente, es empleada en la medicina para efectuar radiografías usando rayos X, y electroencefalogramas, a través de máquinas de resonancia magnética.
ENERGÍA TÉRMICA
Esta es una manera de representar la energía interna de cualquier objeto, en función a la temperatura que posea, la cual varía según cómo el objeto intercambie energía con su entorno, ya sea en forma de calor o trabajo.
Esta energía es explicada como el resultado de la energía cinética de las partículas microscópicas que constituyen a un cuerpo u objeto. Por tanto, mientras más rápido se muevan o agiten esas pequeñas partículas, mayor será la energía térmica. Pero, esto debe ser visto desde una óptica estadística, donde no importa el movimiento individual sino el colectivo, o promedio.
La energía térmica anteriormente era utilizada en motores de vapor, sin embargo, todavía sigue formando parte de los motores de los vehículos, donde la combustión de la gasolina conlleva procesos de expansión y contracción de gases. Cotidianamente, la energía térmica es manipulada en refrigeradores, sistemas de ventilación, suelos radiantes, calefacción, etc.
ENERGÍA ELÉCTRICA
Este no solamente es uno de los tipos de energía más conocido, sino el más importante para la vida moderna. Su manifestación se debe a diferencias de potenciales eléctricos, que provocan corrientes entre los extremos de un material conductor, por ejemplo, los cables de bronce.
La corriente eléctrica es un flujo cargado negativamente por innumerables electrones, los cuales generan la electricidad que pone en funcionamiento a cualquier dispositivo electrónico.
La energía eléctrica es capaz de transformarse, como bien se sabe, en luz, energía mecánica y térmica. En la actualidad, es de máxima prioridad perfeccionar las energías renovables, con el fin de incrementar las fuentes de electricidad y reducir el impacto negativo al ambiente de los métodos tradicionales.
La energía eléctrica interviene en cada entorno de la vida moderna, desde el entretenimiento hasta los aspectos básicos de supervivencia. Potenciando y acelerando la evolución tecnológica.
Recientemente 3 científicos ganaron el premio Nobel de Química por sus aportes en el capo de la electricidad al desarrollar la batería de Iones de Litio, responsable de darle vida a la mayoría de los dispositivos electrónicos de la actualidad.
ENERGÍA QUÍMICA
Esta proviene de los potenciales químicos de sustancias no inertes. Estos potenciales representan la disposición inherente de dichas sustancias para combinarse y cambiar, generando nuevas sustancias.
Durante reacciones químicas entre sustancias suceden transformaciones entre moléculas, que liberan o absorben energía, puesto que se rompen y se ensamblan enlaces entre átomos para formar productos, nuevas moléculas.
La importancia de la energía química radica en las reacciones que permiten el procesamiento de alimentos, en los sistemas digestivos de organismos, lo cual es esencial para la vida. A su vez, resulta relevante en la extracción y almacenamiento de energía en baterías y en los procesos de combustión interna, que permiten a los automóviles desplazarse.
ENERGÍA EÓLICA
Esta energía surge de la energía cinética de las partículas constituyentes del flujo del aire, es una energía que tiene sus ventajas y desventajas. O en términos más simplificados, esta se origina por el movimiento del viento, siendo una de las energías renovables, capaces de reducir la contaminación por gases de efecto invernadero.
La causa de los vientos es el calentamiento no uniforme de los rayos solares. Durante el día, la superficie terrestre transmite energía solar al aire, calentándolo y expandiéndolo, y por ser menos denso, se eleva. Esto ocasiona que ciertos espacios queden vacíos, obligando al aire más frio y más denso, a ocuparlos, desplazándose en forma de ráfagas.
Esta forma de energía, contenida en el movimiento del aire, es aprovechada mediante aeromotores, que convierten la energía eólica en energía mecánica, por medio de hélices. Posteriormente, mediante la segunda parte del mecanismo del aerogenerador, la energía mecánica es transformada en energía eléctrica.
ENERGÍA HIDRÁULICA
La energía hidráulica es aquella se genera empleando la energía cinética y energía potencial de flujos de agua, ya sean ríos, mareas o saltos de agua, como las cascadas.
La característica de la energía hidráulica más representativa es su capacidad para transformarse en energía eléctrica. Sin embargo, anterior a la producción de electricidad, era comúnmente transformada en energía mecánica por molinos, dedicados a la molienda o cualquier otra actividad.
En las centrales hidroeléctricas, las caídas de agua son importantes, ya que permiten que la energía potencial se convierta en cinética, y así el agua pueda accionar una turbina, que comunica energía mecánica al alternador, que la convierte en energía eléctrica. La energía hidráulica es uno de los tipos de energía indispensables para el suministro eléctrico de cualquier país o región.
ENERGÍA SOLAR
Consiste en la energía de emisión del sol, producto de reacciones nuclear entre átomos e isótopos de hidrogeno y demás elementos ligeros. Esta viaja como radiación electromagnética desde el núcleo del sol hasta la superficie terrestre. Cantidades de esta energía son absorbidas por el planeta, mientras que cierto porcentaje de estas es reflejado.
Esta es una de las formas de energía que ha concentrado los focos de tecnologías emergentes, las cuales se han dedicado a perfeccionar los procesos de almacenamiento y conversión de la energía solar.
Hoy en día, predomina el uso de tecnologías activas, es decir, de paneles fotovoltaicos y colectores solares, los cuales transforman la energía del sol en energía eléctrica o térmica, respectivamente.
Las tecnologías pasivas se basan en la arquitectura bioclimática, la cual se ocupa del diseño de edificaciones orientadas según la posición solar, construidos con materiales con propiedades de dispersión de luz, y con sistemas de ventilación natural.
ENERGÍA NUCLEAR
Se le conoce como aquella energía que se emite durante reacciones nucleares. Esta energía puede convertirse en energía mecánica, eléctrica y térmica mediante el uso de reactores, los cuales son los pilares de las centrales nucleares. La energía nuclear es uno de los tipos de energía que carga con un estigma tan grande como sus beneficios, en parte debido a las bombas nucleares.
Las reacciones nucleares pueden ser de fisión, cuando átomos radioactivos (isótopos inestables) de un elemento particular se descomponen en átomos menos pesados y, consecuentemente, de elementos diferentes, debido a que pierden partículas de su núcleo. La energía procedente de la fisión del isótopo uranio-235 impulsó la creación de centrales y armamentos nucleares.
Otra reacción conocida es la fusión, consistente en la unión de núcleos atómicos. Esta sucede en el interior de las estrellas, donde el hidrógeno y sus isótopos (deuterio y tritio) reaccionan para producir helio, berilio, carbono, oxígeno, entre otros elementos y energía estelar (solar, en nuestro caso).
ENERGÍA AZUL
Esta es uno de los tipos de energía renovable más recientes e innovadores, basados en la osmosis de sustancias líquidas. Técnicamente, es la energía que se libera por los contrastes de concentración salina entre agua de mar y agua de río.
Mediante un proceso llamado osmosis por presión retarda, se hacen interactuar 2 fluidos (agua marina y agua de río) separados por una membrana. Con el transcurrir del tiempo, el agua marina pasará por la membrana, liberándose de sus sales. Este proceso produce una diferencia de presión, capaz de ser aprovechada por una turbina para generar energía eléctrica.
ENERGÍA OSCURA
Para finalizar, hay que mencionar a una energía muy enigmática y especial, que ha propinado dolores de cabeza a miles de científicos.
La energía oscura es un elemento que nos ha sido esquivo durante décadas. Utilizado en el modelo cosmológico estándar, regido por la teoría de Big Bang, para explicar por qué el universo muestra una expansión acelerada, el corrimiento al rojo del espectro electromagnético de las galaxias, entre otras observaciones cosmológicas.
Se le denomina oscura porque no se cuenta con la forma para detectarla o interactuar directamente con ella. Es el tipo de energía que explica las condiciones evolutivas del universo, o la inflación cósmica.
Básicamente la energía oscura es una energía que contrarresta los efectos de la gravedad y es aproximadamente el 68% del universo. Debido a su naturaleza desconocida, diferentes científicos e instituciones de todo el mundo, como la NASA, están llevando a cabo proyectos para investigarla más a fondo y determinar en qué consiste.
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