¿Qué es la energía? Su concepto y diferentes tipos

Una de las grandes preguntas de nuestro tiempo es: ¿qué es la energía? De su respuesta depende nuestra sobrevivencia como especie, sin exageración.

Comprender la energía (su concepto, sus expresiones, sus mecánicas y fuentes) nos ayudará a conseguir más y mejores energías, más eficientes y limpias, menos depredadoras de nuestro medio y más asequibles.

De manera que hoy vamos a ayudarte a comprender qué es la energía y sus diferentes manifestaciones.

¿Qué es la energía?

La energía posee una de las definiciones más sencillas de la física. Y, por ello mismo, es una de las más problematizadas de su cuerpo de conocimiento.

La física tradicional define a la energía como la capacidad de la materia para realizar un trabajo.

Ese trabajo, desde luego, se expresa en el contexto de esa disciplina, y se refiere a generación de movimiento o de cambios, que van desde su expresión más básica (el calor) hasta fenómenos como la luz.

Propiedades básicas de la energía

A lo largo de los siglo  se ha podido establecer una serie de propiedades intrínsecas a la energía:

• Perdurable: No puede ser creada ni destruida, sólo transformada de una forma a otra. Como cuando la fricción del movimiento produce calor.

• Medible: El trabajo generado por la energía se mide en joules (J). Para otras formas de  energía se pueden usar otras unidades según su naturaleza. Por ejemplo, kilovatios-hora (kWh) para la eléctrica y calorías (cal) para el calor.

• Transferible: la energía puede ser transferida de un sistema a otro. Por ejemplo, cuando el calor del vapor genera electricidad.

• Degradable: en toda transformación de la energía de una forma a otra, siempre hay una pérdida de energía. Por ejemplo, cuando un objeto desacelera debido a la fricción. 

 ¿Cómo se transfiere la energía?

Todo el universo está formado por materia y energía. La energía puede pasar de un cuerpo a otro, de un sistema a otro. A este fenómeno se le conoce como transferencia de energía.

Gracias a él, la energía se encuentra en constante transformación. Hay tres formas en que esto puede suceder:

1. Conducción

Es la forma en que la energía pasa de un medio sólido a otro. Se trata de un movimiento y reacomodo de sus átomos. Por ejemplo, al calentar un cubo de hielo, las moléculas en contacto con el calor adquirirán movimiento.

De esta manera, el cubo pasará de sólido a líquido en un primer momento, en donde las moléculas del cuerpo poseen mayor movimiento.

2. Convección

Refiere a la energía que se transfiere en corrientes convectivas. Por ejemplo, las corrientes oceánicas y el viento. Este tipo de transferencia solo opera en fluidos (líquidos y gases). 

Su principal causa es el encuentro de fluidos a diferente temperatura. 

3. Radiación

Es una transferencia de energía que no requiere de medio alguno para difundirse. La radiación permite a la energía transmitirse a sólidos, fluidos e incluso en el vacío. 

Sí, es el tipo de difusión de energía que sucede en el espacio interplanetario con la luz y el calor de las estrellas. En este caso, la energía se transmite en la forma de ondas electromagnéticas. 

Conocé los tipos de energía

¿Qué es la energía y cuáles son sus diferentes tipos? Ya hemos mencionado algunos de los más frecuentes, pero a continuación definiremos todas las expresiones de energía que es posible encontrar en todo el universo.

Energía electromagnética 

Su definición es una de las más complejas del universo de la física.

Se define como la energía que es consecuencia de la presencia de un campo electromagnético. Su intensidad depende de las interacciones entre un campo magnético y un campo eléctrico.

Un campo magnético se produce con la presencia de partículas cargadas de energía. Es el resultado del movimiento de las partículas con una carga eléctrica (electrones o protones).

Cuando ambos campos se encuentran, producen ondas electromagnéticas que reciben el nombre de fotones. Estas ondas viajan a la velocidad de la luz comportándose, en diferentes momentos, como onda o como partícula.  

Esto se calcula mediante una ecuación que determina la densidad de la energía electromagnética en un punto determinado de ese espacio. Y se calcula con la suma de dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades del campo electromagnético.

Para explicar su funcionamiento, podemos señalar la manera en que sucede su interacción. Las partículas con carga eléctrica se ven afectadas al entrar en contacto con un campo electromagnético. Y, a su vez, este tipo de campo se altera ante la presencia de partículas cargadas eléctricamente.

Su interacción con estas partículas consiste en la generación de corriente eléctrica. Es decir, un flujo continúo de electrones (negativos) y protones (positivos). Esta energía, como hemos mencionado, puede trasladarse a la velocidad de la luz.

Esta transmisión puede operar incluso en el debido a la ausencia de masa que presentan las ondas electromagnéticas. La manera de saber cuánta energía posee es a través de la medición de su longitud de onda.

A menor longitud de onda, mayor es la cantidad de energía contenida por las partículas participantes. En caso opuesto, cuando mayor es la longitud, menor es la energía generada.

Energía eléctrica

¿Qué es la energía relacionada con las partículas con carga? Recibe el nombre de “eléctrica” o electricidad.

La componen las fuerzas ejercidas por el movimiento de las partículas cargadas eléctricamente. Suele referirse sobre todo a los electrones que se transmiten a través de cables o de otros conductores, pero no siempre.

Es un tipo de energía que se compone por dos factores: la corriente y el potencial eléctrico. Es decir, voltaje y voltios. 

Por ejemplo, la corriente puede ser la que corre a través de un circuito. El potencial puede ser el que se contiene en un objeto lleno de electricidad estática.

La energía eléctrica en movimiento tiene diversas aplicaciones debido a su capacidad para transformarse con gran facilidad en otras formas de energía: térmica, movimiento, sonido, luz y ondas de radio, entre otras.

Debido a esta capacidad, la energía eléctrica es la que de manera más habitual se usa en nuestros hogares. Se suele vender por kilovatio hora. Las empresas de servicios eléctricos miden la energía mediante un medidor que determina la capacidad recibida.

Energía nuclear

Hablaremos ahora de la energía que surge del átomo. La energía nuclear es la forma de energía que libera el núcleo de los átomos, formado por protones y neutrones. Es una manifestación energética que se produce cuando el núcleo se altera.

El núcleo se puede alterar de dos maneras diferentes con este propósito: fisión o fusión.

• Fisión: es cuando los núcleos de los átomos se dividen en varias partes.

• Fusión: cuando los núcleos se fusionan. Es el tipo de energía nuclear que se produce en las estrellas. Nuestra tecnología aún no la ha hecho posible.

¿Qué es la energía que produce la fusión nuclear? La fisión nuclear es una reacción en la que el núcleo de un átomo se divide en dos o más núcleos más pequeños. Esta ruptura libera energía en forma de calor y de radiación.

Esta ruptura se realiza mediante el bombardeo con neutrones. Por ejemplo, cuando se golpean con un neutrón. Este núcleo se divide en cuestión de segundos en otros núcleos, que a su vez se dividen sin cesar. 

Cada vez que ocurre esta reacción, se libera energía en forma de calor y radiación. La principal aplicación de este tipo de energía es la conversión del calor en electricidad.

Su gran problema es el residuo de átomo. Sigue liberando material subatómico, que es nocivo para todas las formas de vida. 

Energía interna

Aquí tenemos que sacarte de una noción equivocada. Algo que la física suele hacer más a menudo. Y es que tal vez creas que los objetos inertes o en reposo no generan ni poseen energía. Eso es una total mentira. 

Todos los objetos en cualquier estado (sólido, líquido o gaseoso) poseen energía en sí mismos. Recibe el nombre de energía interna. Se compone del movimiento al azar que poseen los átomos y las moléculas que integran al objeto en sí.

Esta actividad se produce a nivel subatómico, a nivel microscópico. Un nivel en donde todos los componentes se mueven sin descanso.

Se compone sobre todo de dos otras formas de energía: la energía cinética, debido al movimiento de las moléculas, y la energía potencial, que es la fuerza que brega por mantener unidas a las moléculas del objeto o cuerpo. 

Estas fuerzas intermoleculares pueden ser electromagnéticas, gravitatorias y nucleares.

Por ejemplo: una olla con agua que se calienta hasta evaporarse, gana energía cinética en el movimiento de sus moléculas. Estas se separan y hacen que el cuerpo adquiera el estado gaseoso.

Al mismo tiempo, se pierde energía intermolecular, pues las partículas se alejan entre sí con menos cohesión.

Energía mecánica

¿Sabés qué es la energía producida por todas las formas de movimiento? Se le conoce como energía mecánica. La podemos encontrar en fenómenos como la elasticidad y la gravitación.

Es la manifestación de energía que generan los cuerpos por el hecho de moverse o de verse desplazados de una cierta posición de equilibrio. Por ejemplo, un auto que se desplaza o una manzana que cae.

Este tipo de energía puede ser de dos tipos:cinética y energía potencial. La cinética es el movimiento y la potencial es la que se relaciona con la gravitación. Es decir, con la posición del objeto en sí.

La energía mecánica, en su conjunto, es la que permite realizar trabajo mecánico. Es decir, cuando al actuar sobre un cuerpo lo desplaza en la misma dirección en que actúa. 

Por ejemplo, al empujar un carrito, sus ruedas lo mueven en el sentido de la fuerza que actúa sobre él. Si, en cambio, cargamos el carrito y lo sostenemos en alto, no estamos realizando un trabajo en términos físico, aunque nos cansemos.

Podemos decir que la energía mecánica es la forma básica de la energía, a partir de la cual se generan las restantes. Por ejemplo, la fricción de las ruedas del carrito produce calor. 

Energía térmica

La energía térmica es aquella contenida en un sistema, que genera cierta temperatura. Es la forma en que el calor se transfiere entre diferentes cuerpos y medios. Al transferirse, genera un trabajo. 

La razón por la que se estudia la energía térmica tiene que ver sobre todo con esta capacidad de generar trabajo y con la conservación de la energía. Y es que cada vez que se transfiera energía en un sistema, hay una pérdida, y suele darse en la forma de energía térmica de bajo nivel. 

¿A qué nos referimos con lo anterior? Veamos un ejemplo para entenderlo mejor.

Digamos que empujas una caja sobre un piso áspero a una velocidad constante. Además de la energía cinética, se produce fricción: la de la base de la caja contra el piso. Esta fricción va en contra del movimiento, y produce calor.

Ese calor no es suficiente para generar algún otro trabajo. Es la energía térmica, y se pierde en el ambiente. Por ello es una obsesión de la física. Es la señal de que, en el universo, hay un desgaste continuo.

Energía química

¿Qué sucede cuándo las moléculas de una o más sustancias se transforman mediante una reacción química? Se producen, además del cambio en la materia, diversas formas de energía, como la térmica o la eléctrica.

A este proceso se le conoce como  proceso termodinámico. En él, se liberan diferentes formas de energía que pueden ser usadas para diferentes fines.

La energía química se puede producir de manera natural o en procesos controlados. Algunos ejemplos de ella son:

• Fotosíntesis: en donde las plantas producen energía a partir de las transformación de los nutrientes.

• Digestión: En donde producimos energía a partir de la combustión de grasas y azúcares.

• Combustión: La quema de materiales libera calor y luz.

Energías alternativas

Como mencionamos al principio de este artículo, el estudio de la energía es vital para la sobrevivencia de nuestra especie. Debido a las formas tradicionales de energía que hemos utilizado, hemos contaminado nuestro hábitat en todas las formas posibles.

Es por ello que de un tiempo a esta fecha se ha impuesto el uso de fuentes de energía que se conocen como verdes, limpias o alternativas.

¿Qué es la energía alternativa? Son aquellas que provienen de:

• Fuentes inagotables

• Recursos naturales

• No contaminan

Veamos algunas de las más importantes.

Biomasa

Es una fuente energética que se ha desarrollado para tomar el lugar de los combustibles fósiles. Su nombre deriva a que se obtiene a partir de materia orgánica. 

La biomasa es un material combustible fabricado a partir de materia orgánica. No se trata, desde luego, únicamente de madera, pues eso no supondría ninguna mejora en cuanto a los combustibles actuales (a partir de carbón de madera).

La biomasa, en cambio, se fabrica con restos de madera, comida y de excrementos de animales herbívoros. Con el conjunto se realiza una especie de abono que arde rápidamente.

En términos reales, la biomasa no es una forma de energía limpia, pues emite gases invernadero, pero evita el uso de madera y de árboles.

Biogás

Es habitual que se hable de los estallidos en los pantanos o en el drenaje. Estos se producen por los gases generados por la descomposición de la materia orgánica. Este gas y su combustión pueden aprovecharse como fuente de energía.

El biogás es este combustible que se genera, bajo condiciones controladas,a través de la descomposición de la materia orgánica. Es un gas producido por bacterias en condiciones anaeróbicas (es decir, sin oxígeno).

El resultado es una mezcla de metano en su mayoría y un poco de dióxido de carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y ácido sulfhídrico. El biogás puede producir entre 18,8 y 23,4 megajulios por metro cúbico (MJ/m³).

La aplicación más socorrida del biogás es la generación de energía eléctrica, sin que se generen grandes volúmenes de gases invernadero.

Energía eólica

Como hemos señalado, el movimiento se puede transformar en electricidad. Este principio permite que la fuerza del viento se transforme en energía eléctrica. De eso se trata la energía eólica, 

La energía eólica es un recurso inagotable como el viento. Para generarla es necesaria la instalación de parques eólicos. Grandes extensiones en tierra o en alta mar en donde se alinean aerogeneradores.

Estos aerogeneradores son grandes aspas que giran al paso del viento, y con ese movimiento, tras ciertos procesos, generan electricidad. 

Las aspas hacen girar un rotor, que transforma la energía cinética en energía mecánica. Esta se transmite a un generador que se encarga de la conversión en electricidad. Todo ello sin los inconvenientes de la producción tradicional de electricidad. 

Energía hidroeléctrica

Así como la energía eólica aprovecha la fuerza del viento para generar electricidad, la energía hidroeléctrica hace lo mismo con la fuerza de corrientes y mareas.

La energía hidroeléctrica se produce en grandes centrales. Estas constan de tres partes: la gran turbina donde se produce la electricidad, una presa que retiene y libera el flujo de agua y un embalse. 

El proceso de generación de energía es el siguiente: el agua y empuja las palas de una turbina. Al girar, este movimiento genera electricidad. La cantidad de energía producida es equivalente a la fuerza de la corriente o caída de agua.

Energía solar

Las estrellas son generadoras de energía de fusión nuclear: átomos de hidrógeno se funden dentro de ellas y producen calor y luz, que viaja en un campo electromagnético por el espacio.

En nuestro caso, podemos usar esta energía para producir electricidad y energía calórica mediante diversos dispositivos como los paneles solares.

En esencia estos paneles reciben la energía solar y convierten su calor en electricidad. Si bien hay muchas más aplicaciones de este tipo de energía:

• Suministro de agua caliente y refrigeración

• Funcionamiento de dispositivos eléctricos: desde motores hasta satélites

• Producción de productos químicos

• Fundición de metales y producción de combustibles de hidrógeno

• Esterilización y potabilización  por acción del calor.

• Producción de hidrógeno, mediante plantas artificiales

Energía geotérmica

Se trata de la energía térmica contenida en las rocas y en los fluidos que se hallan bajo la corteza terrestre. Se puede hallar desde el suelo poco profundo hasta la roca fundida llamada magma.

Es una forma de energía que se utilizaba desde la antigüedad para calentar hogares. Hoy en día tiene aplicaciones más amplías, gracias a los procesos modernos con los que se accede a estos depósitos subterráneos de vapor y de agua caliente.

Sus principales aplicaciones son la generación de electricidad y distintas formas de calefacción. Hay tres formas de obtener esta energía geotérmica:

• Sistema de bomba de calor geotérmica: en contacto con un edificio a través de tuberías a una profundidad de tres metros. Puede insuflar calor o extraerlo al suelo, de modo que regula ambos niveles de temperatura. 

• El agua geotérmica que se extrae de las profundidades puede calentar viviendas e incluso carreteras. También se usa en invernaderos para el cultivo de ciertas especies de plantas. 

• Producción de energía geotérmica: esta misma agua puede ser usada para impulsar turbinas, como en el caso de centrales eléctricas. 

Energía mareomotriz

¿Qué es la energía mareomotriz? Es aquella que se genera a partir del aprovechamiento del movimiento de las mareas. Es decir, cuando suben y bajan. 

Su proceso de generación es muy similar al que se produce en una hidroeléctrica: mediante una turbina. Si bien la cantidad de electricidad producida es muy baja en comparación. 

Es una de las formas de energía que se ha desarrollado desde hace muy poco tiempo, y todavía no se desarrolla una tecnología adecuada para aprovecharla del todo.

Conclusión

Como podés ver, la energía es un concepto fascinante. Explica muchas de las mecánicas del funcionamiento del universo.

La energía se encuentra en un constante proceso de transformación. Gracias a ello, podemos aprovechar sus diferentes formas: desde la energía calórica hasta la nuclear. Conocerlas nos permite apostar por aquellas energías menos nocivas. 

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