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¿Qué interés tiene el estudio de la energía?

El tema de la energía preocupa hoy grandemente a la humanidad, pues está íntimamente relacionada, entre otros, con un problema global como es la preservación del medio ambiente, la necesidad de usar fuentes renovables. Independientemente de la naturaleza de los cambios y del modo en que se producen, en todos los casos para cambiar las propiedades de un sistema es preciso poner en juego cierta cantidad de energía. Ella está presente en el Sol, los alimentos, en los combustibles, etc. Además, desde el punto de vista físico, el estudio de este tema tiene gran importancia para la solución de problemas, que empleando otros métodos de solución sería muy complicado o sencillamente no podrían resolverse.

¿Qué es la energía?

E2Para cambiar las propiedades de un sistema es preciso poner en juego cierta cantidad de energía, por ejemplo: los alimentos poseen energía, pues esa energía es la que empleamos los seres humanos, cuando los ingerimos, para realizar diversas actividades además de emplearlos para realizar las funciones vitales del organismo (fig a). Otro ejemplo es la energía que posee un auto en movimiento, esta se evidencia fatalmente cuando ocurre un accidente (fig b), cuando sucede se ha puesto en juego energía y puede producir cambios sobre el auto, las personas u otros cuerpos con los que interactúen. La energía que poseen las corrientes de agua de los ríos también poseen energía, esto se evidencia cuando es capaz de poner en movimiento un cuerpo que se encuentre en su superficie, cuando debido a una crecida del río se destruyen casas, y ocasiona daños cuantiosos sobre otros cuerpos.

Energía es la medida más general del movimiento (de la materia) en su capacidad de transformarse en otro tipo de movimiento.

La energía caracteriza la capacidad de los sistemas para cambiar sus propiedades o las de otros sistemas, ya se produzcan los cambios mediante la aplicación de fuerzas, el calentamiento o la radiación.

Una de las propiedades de la energía es presentarse en diferentes  formas. Ella se manifiesta a través de los cambios. Aunque conocemos muchísimos ejemplos de maneras en la que se presenta la energía, todas pueden agruparse en tres formas fundamentales.

 

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Existe diferencia entre fuente de energía y formas de energía y no siempre son utilizados estos términos con rigurosidad.

Cuando un sistema al interactuar con otros, entrega parte de su energía a través del calentamiento, la radiación o la realización de trabajo, se dice que está actuando como una fuente de energía.

E4Por ejemplo, cuando analizamos la energía hidráulica, la fuente de energía es el caudal de agua que producto a un desnivel en el terreno provoca que el agua caiga. En las hidroeléctricas se transforma la energía potencial del agua en energía cinética del eje de las turbinas hidráulica para producir finalmente electricidad. En el caso de la energía solar, la fuente es el Sol y la forma de energía es radiante que mediante las celdas solares se transforma en eléctrica. Si nos referimos a la energía eólica, la fuente es el viento y la energía que hace mover las aspas del generador eólico es la cinética que se transforma en eléctrica.

“La energía o capacidad para producir cambios en las propiedades de los cuerpos o sistemas de cuerpos, no se crea ni desaparece, pasa de un cuerpo a otro o sistema a otro, de una de su forma de existencia a otra.” Este es el contenido de la Ley de conservación y transformación de la energía.

La energía cinética y potencial (gravitatoria, elástica) de  un sistema constituyen la energía mecánica que posee el sistema..

La energía mecánica de un sistema se conserva, cuando en él actúan las llamadas fuerzas conservativas y la ley de conservación de la energía mecánica queda expresada de la forma:

 

La energía mecánica del sistema se conserva constante durante el movimiento.

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“Cuando se produce, transporta y consume energía, lo que en realidad se hace es transmitirla de unos cuerpos a otros y transformarla de unas formas en otras, para obtener así un determinado efecto útil”.

No toda la energía que se pone en juego para producir determinados cambios en los sistemas se emplea en estos. La parte de la energía que provoca los cambios para los que se puso en juego se denomina energía útil y la que provoca cambios que no responde a lo que se pretendía se conoce como energía disipada.

¿Mediante qué procesos se transforma y transmite la energía?

Cuando se pone en juego cierta cantidad de energía para producir cambios sobre otros cuerpos o sobre los propios sistemas, la energía se transmite y transforma mediante diferentes vías o procesos, estos son: trabajo mecánico, calentamiento o calor y mediante la radiación.

Los cambios que se producen en un sistema pueden producirse con mayor o menor rapidez. La magnitud física que caracteriza la rapidez, con que se transforma y transmite la energía recibe el nombre de potencia.

 

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 ALGUNOS VALORES CARACTERÍTICOS DE POTENCIA

Dispositivos 

Potencia  

Corazón humano  

3 W 

Lámpara fluorescente ahorradora 

20 W 

Ventilador común 

60 W 

Televisor ATEC-PANDA 

75 W 

Persona caminando moderadamente 

350 W 

Bueyes en labores agrícolas 

0,5 kW -0,75 kW 

Plancha eléctrica 

300 W – 1000 W 

Motor de automóvil 

100 kW 

Aerogeneradores (2) de Turiguanó 

450 kW 

CTE Antonio Guiteras (Matanzas) 

158 MW 

 

Ejemplos

  • El corazón bombea la sangre mediante contracciones y relajaciones del músculo cardiaco con una potencia de 3 W.
  • Una plancha de 1 000 W de potencia, transforma en un segundo, 1 000 J de energía eléctrica en energía térmica.

Ejemplo resuelto.

Determina la energía eléctrica que genera durante 5 horas un panel solar de 165 W de potencia.

 

Comprobar ejemplo resuelto

 

CN_Rec.Im.1Actividades de aprendizaje

1. A la luz del contenido de la ley de conservación de la energía, analiza si los términos “producción”, “consumo” y “ahorro” de energía son empleados de un modo riguroso.

2. Determina la energía eléctrica que genera durante 5 horas un panel solar de 165 W de potencia.

 

 

Bibliografía

Colectivo de autores. “Enseñanza de la Física elemental”. Ed. Pueblo y Educación. 2002

Ahorro de energía y respeto ambiental. Bases para un futuro sostenible. Editora Política. 2 002