La energía y su transferencia

Introducción

La energía es un término muy utilizado por personas alrededor del mundo, la energía tanto solar como eléctrica son necesarias para la vida diaria, las cuales provienen de determinadas fuentes y se pueden transferir mediante determinados procesos, la cual satisface a las necesidades de nuestra sociedad. En el transcurso de los siglos, casi toda la energía utilizada por la humanidad se ha originado a partir de la radiación solar llegada a nuestro planeta. Un 96% de las necesidades energéticas del hombre han quedado satisfechas por la combustión de carburantes fósiles que representan energía química almacenada biológicamente durante la larga vida de la tierra.

Desarrollo

Fuentes de Energía

Entre las principales fuentes de energía en la naturaleza podemos encontrar las siguientes:

• La energía eólica: Esta referida a la que proporciona el viento, la cual es usada para hacer girar molinos especiales acoplados a un generador que produce energía eléctrica y sirve para el bombeo hidráulico en los campos.

• La energía solar: proveniente del sol hace posible el crecimiento de las plantas, las cuales pueden realizar el proceso de la fotosíntesis. Las celdas solares son dispositivos capaces de transformar la energía solar en energía eléctrica. Ellas tienen gran uso en los satélites artificiales con el objetivo de cargar las baterías químicas, con las cuales se satisfacen las necesidades de electricidad.

• La energía atómica: Es la energía proveniente de los núcleos de los átomos, energía que es liberada cuando se bombardea un átomo de uranio con neutrones. Esto trae como consecuencia que los átomos se desintegren, liberando una cantidad enorme de energía.

• La energía química: Es la energía proveniente de las reacciones químicas que se llevan a cabo en el carbón, la gasolina y las pilas, convirtiéndose en otras formas de energía.

• La energía de la biomasa: Es la energía liberada en el proceso de descomposición de los desechos orgánicos, los cuales liberan energía en forma de gases.

• La energía térmica: Es la energía originada por el movimiento molecular de un cuerpo.

• La energía radiante: Es la energía de las ondas electromagnéticas, tales como las ultravioletas, luminosas, infrarrojas, de radio, micro-ondas, etc. La casi totalidad de la energía que recibimos del sol es una forma de energía radiante.

• La energía hidroeléctrica: consiste en dejar caer desde una gran altura una cantidad de agua sobre una turbina, haciendo que estas giren. Estas turbinas a su vez ponen en movimiento un generador capaz de producir electricidad.

Transferencia de energía:

Al calentar un cuerpo, evidentemente se está gastando energía. Las partículas que constituyen el cuerpo incrementan su actividad aumentando su movimiento, con lo cual aumenta la energía de cada una de ellas y, por tanto, la energía interna del cuerpo.

Se sabe, que al poner en contacto dos cuerpos, uno caliente y otro frio, el primero se enfría y el segundo se calienta. Esta transferencia de energía desde el primer cuerpo hasta el segundo cuerpo se lleva a cabo de la siguiente manera: las partículas del cuerpo más caliente, que se mueven más rápidamente por tener más energía, chocan con las partículas del segundo que se encuentra en la zona de contacto, aumentando su movimiento, y por tanto su energía. El movimiento de estas partículas se transmite rápidamente de las restantes del cuerpo, aumentando la energía contenida en el a costa de la energía que pierde en los choques las partículas del primer cuerpo. Es necesario señalas que la energía que se transfiere de un cuerpo a otro se denomina calor.

Manifestaciones de la energía

La energía, es un proceso de transformación y transferencia, va manifestándose de una forma a otra, originando así lo que hoy en día constituye nuestro desarrollo científico y tecnológico, comprendiéndose que ella desempeña un papel primordial en la vida del hombre.

Cuando encendemos la hornilla de la cocina de gas y ponemos a calentar agua en un recipiente de metal, se lleva a cabo el siguiente proceso: el combustible, que en este caso es el gas, al quemarse libera energía interna que poseía y la transforma en energía calórica que es absorbida por el recipiente y éste por el proceso de conducción la transmite al agua que hierve para luego convertirse en vapor. Ese calor obtenido por el agua no es más que la energía de las moléculas contenidas en ella.

Se ha dicho y se dirá siempre que el sol es la principal fuente de energía de la tierra, tanto es así, que sin él sería casi imposible la subsistencia en nuestro planeta.

Concepto de energía

La energía es una propiedad o atributo de los cuerpos o sistemas materiales en virtud de la cual estos son capaces de transformarse, modificando su condición o estado, así como actuar sobre otros, originando en ellos procesos de transformación.

Energía y sociedad:

El termino energía, es probablemente, uno de los vocablos propios de la física que más es nombrado.

La crisis de la energía, el aprovechamiento de la energía y las energías alternativas son expresiones semejantes que están de moda en la actualidad. Su razón es, porque una sociedad industrial moderna es una complicada maquina capaz de degradar energía de alta calidad hasta verla convertida en calor residual.

El consumo de energía ha ido creciendo desde las épocas antiguas hasta nuestros días a un ritmo acelerado. Esta es la razón por la cual existe una gran preocupación entre economistas, políticos y ecologistas.

Análisis de la fórmula de trabajo:

La ecuación del trabajo mecánico viene dada por:

W = F.x.cos a

La función matemática coseno varía entre 1 y -1 cuando la variación del ángulo es entre 0º y 180º y tiene el valor (0) cuando el ángulo es de 90º.

En base a este aspecto pueden presentarse los siguientes casos:

Caso 1: cuando la fuerza aplicada es perpendicular al desplazamiento

Si aplicamos la ecuación de trabajo y hacemos

a = 90º se tendrá que:

W = F.x.cos 90º

W = F.x.a (cos 90º =0)

Cuando la fuerza aplicada es perpendicular al desplazamiento el trabajo realizado es nulo.

Caso 2: cuando la fuerza aplicada tiene la misma dirección del desplazamiento

Al aplicar la ecuación del trabajo y haciendo a = 0º se tendrá que:

W = F.x.cos 0º

W = F.x. 1 (cosº0 = 1)

W = F.x

Cuando la fuerza aplicada tiene la misma dirección del desplazamiento el trabajo realizado es máximo.

Caso 3: cuando el ángulo está comprendido entre 0º y 90º

En este caso el cos a es positivo y como consecuencia el trabajo será positivo. Esto indica que la fuerza F aplicada tiene una componente en la misma dirección y sentido del desplazamiento.

Caso 4: cuando el ángulo está comprendido entre 90º y 180º

En este caso el cos a es negativo y como consecuencia el trabajo será negativo. Esto significa que la fuerza F aplicada tiene una componente en la misma dirección del desplazamiento pero en sentido opuesto.

Unidades de trabajo mecánico

Dimensionalmente, un trabajo es el producto de una fuerza por una longitud. De esa forma su unidad se define como el trabajo que realiza la unidad de fuerza al desplazar su punto de aplicación una unidad de longitud en la misma dirección de la fuerza.

Cada una de las unidades de trabajo las podemos definir así:

• Un ergio es el trabajo realizado por la fuerza de una dina cuando el cuerpo al cual esta aplicada se desplaza un centímetro en su misma dirección y sentido.

• Un joule es el trabajo realizado por la fuerza de un newton cuando el cuerpo al cual esta aplicada se desplaza un metro en su misma dirección y sentido.

• Un kilopondímetro es el trabajo realizado por la fuerza de un kilopondio cuando el cuerpo al cual esta aplicada se desplaza un metro en su misma dirección y sentido.

Equivalencias entre unidades de trabajo mecánico

Entre joules y ergios:

Partimos de un joule el cual descomponemos así:

1 joule = 1 newton.1m

= 105 dinas.102 cm

= 107 ergios

1 joule = 107 ergios

Entre Kgm y joules:

1Kgm = 1Kp.1 m

= 9,8 newton.1 m

= 9,8 newton.m

1Kgm = 9,8 joules

Así se puede demostrar de una manera más sencilla.

Potencia Mecánica:

La potencia mecánica es el trabajo mecánico realizado en cada unidad de tiempo.

Unidades de potencia mecánica

Como la potencia es la relación entre el trabajo realizado y el tiempo empleado, se tendrá que una unidad de potencia será el cociente entre una unidad de trabajo y una unidad de tiempo.

• Un vatio (W) es la potencia desarrollada cuando se realiza el trabajo de un joule en cada segundo.

• El kilovatio hora (Kwh) es el trabajo realizado cuando se desarrolla la potencia de un kilovatio en una hora.

Energía mecánica

La energía mecánica es la capacidad que tienen los cuerpos o los sistemas para realizar un trabajo.

Energía cinética

La energía cinética es la capacidad que tienen los cuerpos de realizar un trabajo en virtud de su movimiento.

Diferencias entre la energía cinética y la cantidad de movimiento

A pesar que la cantidad de movimiento y la energía cinética tiene similitud en cuanto a su dependencia de la masa y la velocidad, es necesario aclarar sus diferencias:

• 1. Mientras la energía cinética está en función del cuadrado de la velocidad, la cantidad de movimiento está dada en función de la velocidad.

• 2. La energía cinética es una magnitud escalar, independientemente de la dirección de la velocidad, la cantidad de movimiento en una magnitud vectorial que depende de la dirección de la velocidad.

• 3. Como la masa es positiva y el cuadrado de la velocidad siempre es positivo la energía cinética siempre será positiva, en cambio la cantidad de movimiento puede ser positivo o negativo, pues depende de la dirección de la velocidad en un sistema de referencia.

Energía potencial

La energía potencial es la capacidad que posee un cuerpo para realizar un trabajo, por efecto de su posición o configuración.

Fuerzas conservativas

Una fuerza es conservativa si el trabajo realizado entre dos puntos depende solamente de la posición de esos puntos y es independiente de la trayectoria seguida.

Fuerzas no conservativas

Una fuerza no es conservativa si el trabajo realizado por dicha fuerza sobre un cuerpo que se mueve entre dichos puntos depende de la trayectoria seguida.

Energía potencial gravitatoria

La energía potencial gravitatoria es la energía asociada con la fuerza gravitatoria. Esta dependerá de la altura relativa de un objeto a algún punto de referencia, la masa, y la fuerza de la gravedad.

Por ejemplo, si un libro apoyado en una mesa es elevado, una fuerza externa estará actuando en contra de la fuerza gravitacional. Si el libro cae, el mismo trabajo que el empleado para levantarlo, será efectuado por la fuerza gravitacional.

Energía potencial elástica

La energía elástica o energía de deformación es el aumento de energía interna acumulado en el interior de un sólido deformable como resultado del trabajo realizado por las fuerzas que provocan la deformación.

• Potencial armónico (caso unidimensional), dada una partícula en un campo de fuerzas que responda a la ley de Hooke (F= -k|r|) siendo k la constante de dicho campo, su energía potencial será V = 1/2 K |r|².

• Energía de deformación (caso lineal general), en este caso la función escalar que da el campo de tensiones es la energía libre de Helmholtz por unidad de volumen f que representa la energía de deformación.

• Energía de deformación (caso no-lineal general), en el caso de materiales elásticos no-lineales la energía de deformación puede definirse sólo en el caso de materiales hiperelásticos. Y en ese caso la energía elástica está estrechamente relacionada con el potencial hiperplástico a partir de la cual se deduce la ecuación constitutiva.

Principio de conservación de la energía

La conservación de la energía es un principio fundamental de gran importancia en la física. En su forma general abarca a otras formas de energía, además de las mecánicas potencial y cinética.

Los cuerpos por si solos no poseen energía, pues, si la tienen es porque la han adquirido de otros y no creadas por ellos mismos. Ellos ceden la que tienen, diciéndose que la pierden pero no será destruida.

De acuerdo a las observaciones se puede enunciar el principio de la conservación de la energía así:

La energía no se crea ni se destruye, solo puede ser transformada de una forma a otra.

Análisis sobre la energía

El termino energía es pronunciado por todo el mundo y en toda persona ya que se ha planteado como tarea el enfrentar la crisis energética y luchar por la conservación de los recursos no renovables. Hoy en día los distintos recursos energéticos apuntan, junto a las energías convencionales como el carbón o el petróleo, hacia dos nuevas fuentes fundamentales, la energía nuclear y la energía solar; donde la energía nuclear se encuentra en un estado de desarrollo superior al de la energía solar, tomando en cuenta que la energía nuclear está en un proceso de explotación.

Conclusión

Al concluir este trabajo podemos observar lo importante que es la energía en la sociedad, también pudimos observar las diversas fuentes de energía como lo pueden ser la energía eólica, solar, atómica, química, térmica, radiante entre otros, la energía nos puede ayudar en diversas cosas desde darle energía a un molino hasta darle energía a un hogar.

la energía también se le puede proporcionar a un cuerpo móvil como lo es el ser humano , al calentarse un cuerpo quiere decir que se está gastando energía y es algo que podemos observar también en el trabajo como lo es la transferencia de energía

Bibliografía

• http://es.wikipedia.org/

Autor:

Anthony Medina

Danilo Romero

Inelimar Lastra

Ulismar Da`costa

Limer Petit

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación

Liceo Ezequiel Zamora

Puerto Cumarebo – Estado Falcón.