La Energía, sus Formas y Fuentes

I) Introducción

Todo en el Universo está constituido básicamente por dos “cosas”, a saber: Materia y Energía. Incluso hasta puede afirmarse, según las teorías físicas más modernas, que lo único que constituye el Universo es la Energía, y que la Materia es un estado particular de la energía. De todas formas, lo que nosotros podemos observar es Materia y Energía. En este documento trabajaremos sobre “Energía”.

II) La Energía

A menudo escuchamos hablar de la Energía. Pero ¿qué es la Energía desde el punto de vista de la Física? En general, todas las personas tienen una idea intuitiva sobre que es la energía. Se la asocia con aquello que necesitamos para poder realizar todas las actividades; pero esta idea no es muy válida y aplicable desde el punto de vista científico (aunque tampoco es totalmente incorrecta).

Para comprender que es realmente la energía podemos pensar en algunos fenómenos y analizar las características de las energías que interviene en ese fenómeno. Por ejemplo, si vemos caer una maceta desde un balcón, decimos que estaba quieta y adquirió movimiento; por lo tanto tiene energía de movimiento (cinética). También vemos que si aumentamos la altura desde donde cae la maceta, esta impacta más fuertemente sobre el piso, es decir “impacta con más energía”, por lo que podemos deducir que hay una forma de energía relacionada con la altura que tiene la maceta. Es más, también podemos afirmar que esa energía se va transformando en energía de movimiento a medida que el cuerpo cae, pues el cuerpo pierde altura y gana rapidez.

De este ejemplo (y de analizar muchos otros) se pueden extraer algunas características de la energía:

• La energía se presenta de diversas formas.
• La energía puede transformarse de una forma a otra, o transmitirse de un cuerpo a otro.

Estas características han sido verificadas por los científicos durante mucho tiempo y de diversas formas. Estas características son diferentes a las de la materia, esta última no puede transformarse ni transmitirse (si se pone un paquete de azúcar pegado a uno de harina, el azúcar no se va a transmitir hacia el de harina; en cambio la energía térmica de uno si se va a transferir hacia el otro). Aun así no han podido encontrar una definición de energía universalmente válida (es decir: que se adapte perfectamente a todos los fenómenos). La comunidad científica sigue discutiendo sobre este tema y nosotros podemos encontrar algunas formas diferentes de conceptualizar a la energía. El siguiente concepto de Energía ha sido esbozado por el famoso físico Richard Feynman: “La energía es “algo” que se presenta de diversas formas, que puede transformarse de una forma a otra, que puede transferirse de un cuerpo a otro, y cuyo valor total del universo es constante”. Decir que la energía es “algo” no es muy científico, la apalabra “algo” no es un término científico; pero en este caso es la que mejor se adapta para describir a la energía, se está admitiendo que no se tiene certeza de qué lo que es. La palabra “constante” significa que no cambia nunca a medida que pasa el tiempo.

III) Formas y Fuentes

Usualmente escuchamos hablar de energía eólica o solar, por ejemplo. Muchas personas piensan que esas son, efectivamente, formas de energía, pero no es así. Las únicas formas de energía existentes son las mencionadas en la tabla de abajo como Formas Fundamentales. Las formas fundamentales de energía son las clases o tipos de energía que existen y que son realmente diferentes entre sí. Aunque este también es un tema en discusión, por ejemplo: algunos científicos opinan que la energía química es un sub-tipo de energía potencial. Nosotros no vamos a entrar en la discusión y nos vamos a quedar con la clasificación que da Feynman.

La energía eólica es, solamente, energía cinética del aire (viento), y la energía solar es energía radiante que emite el Sol.

Esos nombres (eólica y solar, entre otras) no denominan la forma de energía, sino la Fuente de Energía. Una Fuente de energía es un “lugar” (aparato o cuerpo) donde se transforma energía de una forma a otra forma. Por ejemplo, cuando se habla de Energía Solar, se está diciendo que el Sol es una Fuente de Energía que transforma Energía Nuclear en Energía Radiante. Cuando se habla de Energía Hidroeléctrica, se quiere decir que una Turbina Hidroeléctrica (Fuente) transforma la Energía Cinética del Agua (que baja por un conducto) en Energía Potencial Eléctrica de un bobinado grande. Es muy importante no confundir formas con fuentes de energía.

La siguiente tabla (basada también en el libro de Feynman: Lecciones de Física, Volumen I) muestra las formas fundamentales de energía, formas combinadas o derivadas, y algunas fuentes.

Formas de Energía		Formas Combinadas	Fuentes
Energía Cinética		Energía Mecánica (Cinética más Potencial Gravitatoria)	Energía Geotérmica (se aprovecha la E. Térmica de la Tierra para transformarla en otra)
Energía Potencial	Gravitatoria
	Elástica	Energía Hidráulica (Cinética más Potencial Gravitatoria del Agua)	Energía Hidroeléctrica (se aprovecha la E. Hidráulica para transformarla en otra)
	Eléctrica
Energía Térmica		Energía Eléctrica (Cinética más Potencial Gravitatoria de las Cargas Eléctricas)	Energía Nuclear (se aprovecha la E. Nuclear de los átomos para transformarla en otra)
Energía Química
Energía Radiante		Energía Interna (Cinética de vibración de átomos y moléculas)	Energía Solar en la Tierra (se aprovecha la E. Radiante del Sol para transformarla en otra)
Energía Nuclear

IV) El Principio de Conservación de la Energía

Al analizar los fenómenos físicos y esa definición de energía, se pudo identificar un principio fundamental de la naturaleza, el Principio de Conservación de la Energía, que dice: “La energía no se puede crear ni destruir, solo puede transformarse o transferirse de un cuerpo a otro”. Este Principio (¡un “Principio” es una ley universal y fundamental de la naturaleza!) le ha permitido a la humanidad producir una gran cantidad de aparatos, dispositivos y sistemas. Podría decirse que junto con las Leyes de Newton fue uno de los que posibilitó “La Revolución Industrial” que se dio entre los siglos XVIII y XIX, y sigue posibilitando avances de nuestros días.

Este principio implica que si tomamos un sistema cualquier que no pueda intercambiar energía con el medio circundante, y medimos su valor de energía, ese valor permanecerá constante. Entonces si volvemos a medir media hora después, mediremos el mismo valor que al principio. Y si al medir nuevamente, el valor de energía ha cambiado significa que de alguna forma el sistema intercambió energía con el medio que lo rodea.

Por ejemplo: al comenzar a escribir un mensaje de texto en un teléfono celular existe cierta cantidad de energía en la batería; luego de enviar el mensaje parte de esa energía se transformó en energía para mostrarnos lo que estábamos escribiendo más energía para transformarlo en código binario más energía para enviarlo.

V) Definiciones, símbolos y unidades

A continuación mostramos una tabla con definiciones simples para cada forma de energía, sus símbolos y las unidades de medición.

Formas de Energía		Definición (Energía ...)	Símbolo	Unidad
Energía Cinética		Asociada a partículas, cargas y cuerpos en movimiento.	Ec	J (Joules)
Energía Potencial	Gravitatoria	...asociada a partículas y cuerpos con masa, separados una distancia	Epg	J (Joules)
	Elástica	...asociada a las moléculas que componen un cuerpo sólido en virtud de su fuerza de unión.	Epk	J (Joules)
	Eléctrica	...asociada a partículas y cuerpos con carga eléctrica, separados una distancia.	EpE	J (Joules)
Energía Térmica		...que se transfiere de un cuerpo a otro de menor temperatura.	ET	J (Joules)
Energía Química		...asociada a las reacciones químicas.	EQ	J (Joules)
Energía Radiante		...que se transmite en forma de ondas.	ER	J (Joules)
Energía Nuclear		...asociada a las partículas que componen los núcleos atómicos.	EN	J (Joules)

*Richard Feynman (1918-1988): físico teórico estadounidense que hizo desarrollos en mecánica y electrodinámica cuánticas, entre otros, y escribió libros de Física. 

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