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Energía que necesitamos para seguir vivos. Pero, ¿qué es exactamente y en qué sabores viene? Vamos a averiguar.

Energía química convertida en energía eléctrica convertida en energía cinética convertida en energía térmica y energía electromagnética en una sola foto. Adecuado.
Imagen vía Pixabay.

Así como hay muchas formas diferentes de hacer trabajo, también hay muchos tipos de energía. Como pauta general, lo dividimos en dos tipos principales y varios subtipos. Los físicos miden la energía en julios, aunque una unidad de medida más familiar podría ser la caloría. Con esa introducción del bloqueo, echemos un vistazo a:

Energía potencial y cinética

Las dos porciones del pastel de energía (en cómo lo interpretamos, al menos) son la energía cinética y la energía potencial. Cada tipo de energía que discutiremos hoy es una forma particular de cualquiera de estos dos. La energía cinética es la energía que realiza un trabajo de forma activa en este momento (como mover un objeto o calentarlo), mientras que la energía potencial es lo que está actualmente almacenado, que puede liberarse si se dan las circunstancias adecuadas.

La energía no se crea ni se destruye, pero se puede transformar. Si, por ejemplo, levantas una manzana sobre tu cabeza, estás transformando la energía cinética (movimiento) en energía potencial (la manzana quiere bajar y lo hará si la sueltas). A medida que cae, toda la energía potencial que has almacenado dentro de la fruta se convierte de nuevo en energía cinética. Alternativamente, una batería contiene energía química (potencial). Puede convertirse en energía eléctrica, luego en luz y calor en su teléfono inteligente (ambos tipos de energía cinética).

Entonces, comencemos mirando uno de los tipos de energía más fascinantes, en mi opinión:

Energía térmica

Fotografía infrarroja de un grupo de personas.
Créditos de la imagen Nevit Dilmen / Wikimedia.

Como regla general, toda energía dobla la rodilla ante el principio de transformación de energía excepto la energía térmica. Tenga en cuenta en este momento que lo que percibimos como calor no es energía térmica per se, sino la transferencia de energía térmica. Algo que se siente tibio al tacto tiene más energía térmica que tú y la estás recibiendo. Algo que se siente frío extrae energía de ti. El flujo de energía es lo que percibes como caliente o frío.

La temperatura, entonces, es cuán densamente empaquetada está la energía térmica en un objeto.

La energía térmica en sí misma es el movimiento desordenado de partículas dentro de un objeto. Es la suma de la energía cinética y potencial de las moléculas que se mueven, rotan o vibran de manera aleatoria. La energía térmica se distribuye aleatoriamente entre estas partículas o átomos y, como tal, es una medida de entropía, una falta de orden o previsibilidad del sistema físico. La segunda ley de la termodinámica dice que la entropía de un sistema aislado nunca disminuye. En lenguaje sencillo, esta segunda ley básicamente dice que no puedes tomar un objeto caliente (estado de alta entropía) y enfriarlo (estado de baja entropía) sin drenar esa energía en otro lugar.

De forma indirecta, eso también significa que la energía térmica no se puede transformar, solo transferir. La energía térmica no tiene nada de malo, pero es tan desordenada que no podemos canalizarla de manera efectiva para transformarla. La energía térmica también quiere igualar tanto como sea posible en un volumen lo más amplio posible (idealmente, en todo el Universo, en su libro). Esto, junto con su naturaleza sin trabajo, es la razón por la cual la energía térmica a menudo se considera un tipo de energía residual en la que se degradan todas las demás energías.

La interacción entre la energía térmica y el trabajo físico está consagrada en la primera ley de la termodinámica. Esta ley también nos muestra cómo el calor, es decir, los desequilibrios de energía térmica, pueden utilizarse para realizar un trabajo. En resumen, dice que el estado de energía de un sistema cerrado es la diferencia entre los cambios de calor (ganancias de energía) y el trabajo realizado (gasto de energía).

La energía térmica en sí misma no puede realizar trabajo, pero un desequilibrio y la subsiguiente transferencia de energía térmica sí pueden. Un horno caliente es más energético que un horno frío, pero ninguno se mueve por sí solo. Los fuegos bramando en los hornos de una locomotora de vapor no impulsan directamente la cosa hacia adelante. Sin embargo, calientan el agua, que luego se expande en vapor, y este cambio de estado y volumen (inducido por el calor) se convierte en movimiento. Si desea obtener todo lo físico al respecto, los movimientos de las partículas de agua individuales pueden volverse tan agitados que se convierte en vapor; los movimientos de estas moléculas de vapor luego se transfieren (a través del impacto) a los diversos pistones que impulsan en el motor, convirtiendo efectivamente el flujo de energía térmica en movimiento.

Así que, en definitiva, la energía térmica es la hipster de las energías. Por sí mismo, no se puede convertir en otro tipo de energías. Solo las diferencias en energía térmica pueden transformarse/utilizarse para realizar un trabajo. La eficiencia de dichos procesos nunca será del 100%, nunca podrá recuperar toda la energía en forma de calor.

Energía mecánica

Una vieja máquina de vapor utilizada para drenar el agua de los pozos de las minas en algún lugar de Alemania.
Imagen vía Pixabay.

La energía mecánica es la energía potencial y cinética total resultante del movimiento o ubicación actual de los objetos físicos.

La energía mecánica cinética caracteriza a los cuerpos físicos en movimiento y es la mitad del producto entre su masa y el cuadrado de su velocidad. Cuanto más pesado es algo, y cuanto más rápido se mueve, más difícil es detenerlo (es decir, más energía cinética tiene). La energía mecánica potencial depende de la posición del cuerpo en relación con otros cuerpos.

La energía mecánica potencial a menudo se asocia con fuerzas que aplican trabajo contra el campo de una fuerza conservativa. Las fuerzas conservativas son fuerzas independientes de la trayectoria del movimiento, como la gravedad o las interacciones electrostáticas entre partículas. La forma más fácil de ilustrar la energía mecánica potencial es imaginar que estás cargando un balde de agua por un tramo de escaleras. Si luego arrojas el agua, fluirá hacia el suelo. Almacenaste energía potencial en el agua actuando contra el campo gravitatorio (es decir, levantaste el agua). Cuando la soltó del balde, esa agua gastó su energía potencial como energía cinética bajo la acción de la gravedad.

Una propiedad interesante de la energía mecánica es que, en un sistema ideal aislado, es constante. Sin embargo, en los sistemas reales, las fuerzas no conservativas (como la fricción o el arrastre del aire) acabarán minando la energía mecánica y convirtiéndola en calor.

Energía química

¿Sabes qué tiene mucha energía química? Chocolate. Pero, si quieres algo con mucha energía química, necesitas dinamita.

O el temido hermano mayor de las dinamitas: la coca cola light y los Mentos.
Imagen vía Wikipedia.

La energía química es energía potencial almacenada dentro de los enlaces químicos de una sustancia. Nuestros cuerpos rompen enlaces abiertos durante la respiración celular para obtener este tipo de energía. La energía química también se libera cuando hacemos estallar un cartucho de dinamita, cuando echamos leña a una chimenea, cuando presionamos el acelerador y cuando la batería de su teléfono inteligente genera electricidad.

Si una sustancia puede reaccionar con otra para sufrir una transformación mediante una reacción química, tiene energía química. Esa energía es igual a la diferencia entre el contenido energético de los productos y los reactivos (si la temperatura permanece constante). No importa mucho qué es exactamente ese cambio, puede ser un cambio en cómo se organizan los átomos de una molécula; puede involucrar el desglose y la creación de nuevos productos. Mientras se produzca un cambio químico, generará o absorberá energía.

La combustión, esa cosa alegre que mantiene el mundo en marcha, es un magnífico ejemplo de la liberación de energía química. El fuego es lo que sucede cuando las moléculas de oxígeno se unen a varios compuestos, liberando la energía de sus enlaces.

Energía eléctrica

Este tipo de energía es el resultado del flujo de carga eléctrica a través de un conductor debido a la atracción o repulsión eléctrica entre partículas cargadas. La energía eléctrica puede ser potencial (electricidad estática) o cinética (cuando las cargas están en movimiento, es decir, corriente eléctrica).

Se genera a partir de diferencias de potencial eléctrico entre dos o más objetos en un sistema dado. También puede generarse por fuerza cinética, a través del movimiento de un bucle o disco de alambre de cobre alrededor de los polos de un imán. En términos generales, esto funciona porque los electrones en el cable de cobre son libres de moverse a su antojo.

Alambres de cobre muy grandes e imanes muy grandes. Este es el rotor y el estator de un generador en la central hidroeléctrica de Vargns en Suecia. El diámetro exterior es de 11,4 m.
Créditos de imagen Tekniska museet.

Cada electrón tiene carga negativa, por lo que será atraído por partículas cargadas positivamente y empujado por otras partículas cargadas negativamente. También puede ver esto como el electrón que atrae ciertas partículas mientras rechaza otras, en otras palabras, cada partícula cargada tiene un pequeño campo eléctrico a su alrededor que puede ejercer una fuerza sobre otras partículas, haciendo que se muevan (la fuerza sobre la distancia es trabajo físico). Los generadores funcionan proporcionando fuerza para mover estas partículas cargadas, lo que hace que muevan otras partículas cargadas y, a su vez, generan electricidad.

Una partícula cargada en movimiento siempre generará un campo magnético. Un campo magnético en movimiento siempre induce una corriente eléctrica en un conductor. Es por eso que estos dos generalmente se agrupan bajo el estandarte del electromagnetismo.

Energía nuclear

La energía nuclear se libera (o se absorbe, eso sí) cada vez que se produce una reacción nuclear o una desintegración radiactiva. Es el producto de diferencias en la energía de enlace nuclear del primer y último estado de estas transmisiones. La energía de enlace nuclear de un átomo se define como la energía mínima necesaria para romperlo.

En esencia, todos los átomos están formados por partículas y las fuerzas que mantienen unidas a estas partículas. Los diferentes tipos de átomos necesitan diferentes cantidades de fuerza para mantenerse juntos. Cuando un átomo sufre un cambio, o cuando se divide, se libera esta energía. La energía nuclear, por lo tanto, es energía potencial.

En cualquier proceso nuclear exotérmico (energía neta positiva), la masa nuclear podría finalmente convertirse en energía térmica y emitirse como calor. La fisión y la fusión son las transformaciones nucleares más conocidas que liberan energía. El Sol y todas las demás estrellas se alimentan directamente de la fusión nuclear.

Dependiendo de qué tan técnico quieras ir con las clasificaciones, podrías generar otros tipos de energía. La energía elástica describe cómo las cosas elásticas vuelven a su forma cuando las sueltas, por ejemplo. Sin embargo, hice todo lo posible para brindarle los sabores generales de la energía, los que pueden adaptarse razonablemente a todos los demás subtipos (la energía elástica es una forma de energía mecánica). Pero, si sientes que dejé algo interesante fuera, ¡realiza un trabajo físico en tu teclado y házmelo saber en los comentarios a continuación!

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