Energía: clasificación y análisis

Ahora en: mis sway

La energía se define como la capacidad de realizar trabajo, de producir movimiento, de generar cambio. Es inherente a todos los sistemas físicos, y la vida en todas sus formas, se basa en la conversión, uso, almacenamiento y transferencia de energía.

Puede presentarse como energía potencial (energía almacenada) o como energía cinética (energía en acción), siendo estas dos formas interconvertíbles, es decir, la energía potencial liberada se convierte en energía cinética, y ésta cuando se acumula se transforma en energía potencial. La energía no puede ser creada ni destruida, sólo transformada de una forma en otra (Primera Ley de la Termodinámica).

Según su origen o por su fuente, puede ser:

Energía química: es la contenida en los compuestos químicos y que a través de distintos procesos, susceptible de ser liberada. ejemplo una batería

Energía nuclear: contenida en los núcleos atómicos y liberada a través de los procesos de fisión y fusión nuclear. Es también llamada energía atómica.

Energía eléctrica: es la que se manifiesta como resultado del flujo de electrones a lo largo de un conductor.

Energía mecánica: es la producida por la materia en movimiento.

Energía radiante: está contenida en los distintos tipos de radiación electromagnética.

Estas formas son interconvertibles, y son ejemplo de ello la conversión de:

Energía nuclear en energía eléctrica, producida en las centrales nucleares.

Energía química en energía mecánica, producida en motores de combustión.

Energía eléctrica en energía radiante (luz y calor), producida en las lámparas.

La vida, en todas sus formas, es completamente dependiente de la energía. En todos los procesos vitales está involucrada la energía. Los vegetales consumen energía solar (energía radiante) para poder, a través del proceso fotosintético, elaborar sustancias energéticas (hidratos de carbono) que les permiten disponer de la energía química necesaria para desarrollar sus funciones vitales. Los organismos animales se nutren energéticamente, en forma directa (herbívoros) o indirecta (carnívoros) de los vegetales es decir de la energía solar.

El ser humano ha desarrollado, a través de su historia, sistemas de vida en los que además de la

energía necesaria para su subsistencia biológica (alimento) consume energía para mantener y desarrollar sus sistemas culturales y satisfacer así necesidades extra alimentarias (vivienda, transporte, bienes y servicios,...). Para ello la humanidad ha recurrido al uso de distintas fuentes energéticas; en un principio fue el fuego, la energía solar, la energía animal, la energía eólica (viento), la hidráulica (agua)... y en el último siglo la energía de combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón) y la nuclear.

Las otras dos fuentes, que en importancia le siguen, también poseen impacto ambiental, al menos, controvertidos: la energía hidroeléctrica en cuanto a la problemática de los grandes embalses

y la energía nuclear en lo que respecta a la peligrosidad de accidentes (ej. accidente de Chernobyl, Ucrania), y al problema que representa el destino final de los residuos nucleares, que son altamente radiactivos y tóxicos y que aún no está resuelto.

Dadas estas características, la primera actitud individual y colectiva a adoptar, debería ser el consumo racional, tanto de la energía (luz, combustibles,...) como de productos ya que su fabricación implica, también consumo energético. 

Estos viejos modelos energéticos (combustibles fósiles) eran medianamente aptos cuando el “mundo

era más chico” (menor población mundial, menor consumo); el mundo de hoy necesita nuevas estrategias energéticas, energías más “limpias”, más eficientes y más diversas. Estas nuevas formas están incluidas en las llamadas energías alternativas:

Energía Solar: aprovechable en su forma térmica (calor) y fotovoltáica (electricidad).

Energía Eólica: aprovechable transformándola en energía eléctrica y /o mecánica.

Energía Geotérmica: aprovechable en forma térmica, eléctrica y mecánica.

Energía de Biomasa: generando adecuadamente “biogás”.

Energía de Mareomotriz: movimiento del agua en mares y lagos, aplicada a generadores eléctricos

Energía Hidráulica a partir de sistemas hidroeléctricos en pequeña y mediana escala excluyendo las grandes represas

El uso de la energía representan actualmente un problema ambiental de inmensa gravedad, como es el calentamiento global, el vertimiento de desechos tóxicos entre otros; la alternativas frente a esto son:

• Uso racional de la energía.

• Adoptar pautas de consumo biorracionales.

• Aprovechamiento de energías alternativas.

Energía Potencial y Cinética 

En física hay un tipo de energía muy importante, la energía mecánica, también conocida como energía motriz o del movimiento y es la energía que mueve todo: los coches, el viento, las olas o los planetas...

 Pero este tipo de energía es la suma de otras dos: la energía potencial y la energía cinética, que son las que estudiaremos aquí.

 Em = Ep + Ec

 Al final veremos más sobre este tipo de energía y como se calcula.

  ¿Cómo Medimos la Energía?

 La unidad en el sistema internacional es el Julio, en honor de James P.Joule.

Energía Cinética

 Es la energía que poseen los cuerpos que están en movimiento. Un coche si está parado y lo ponemos en movimiento, quiere decir que ha adquirido una energía de algún sitio y que se ha transformado en movimiento. Esta energía que tiene ahora es una energía potencial o de movimiento.

Los cuerpo adquieren energía cinética  al ser acelerados por acción de fuerzas, o lo que es lo mismo, cuando se realiza un trabajo sobre ellos.

Para calcular la energía cinética de un cuerpo (siempre estará en movimiento) será:

Ec=mv²/2

Donde "m" es la masa del cuerpo, objeto o sustancia expresada en Kilogramos y "v" su velocidad en metros/segundo. Si ponemos la masa y la velocidad en estas unidades el resultado nos dará la energía en Julios.

Ejercicio: Calcula la energía cinética de un coche de 860 kg que se mueve a 50 km/h.

Se obtienen los datos: m=860 Kg    v= 50Km/h

Pasamos los 50Km/h a m/s  ===> 13,9m/s. Ahora es bien fácil, solo hay que aplicar la fórmula:

 Ec = 1/2 860Kg x 13,92m/s = 83.000Julios

Energía Potencial

Se dice que un objeto tiene energía cuando está en movimiento, pero también puede tener energía potencial, que es la energía asociada con la posición del objeto.
A diferencia de la energía cinética, que era de un único tipo, existen 3 tipos de energía potencial: potencial gravitatoria, potencial elástica y potencias eléctrica.

Energía Potencial Gravitatoria

 Es la que se poseen los objetos por estar situados a una cierta altura. Si colocas una ladrillo a 1 metro de altura y lo sueltas, el ladrillo caerá al suelo, esto quiere decir que al subirlo a 1 metros el ladrillo adquirió energía. Esta energía realmente es debido a que todos los cuerpos de la tierra estamos sometidos a la fuerza gravitatoria. Si lo colocamos a 2 metros el ladrillo habrá adquirido más energía que a 1 metro, es decir depende de la posición del ladrillo, por eso es energía potencial.

 ¿Cómo calculamos la energía potencial? Pues es muy sencillo, solo hay que aplicar la siguiente fórmula:

Ep=mhg

Donde "m" es la masa en Kilogramos, "g" el valor de la gravedad (9,8m/s² ) y "h" la altura a la que se encuentra expresada en metros. Con estas unidades el resultado nos dará en Julios. Si las unidades estan en gramos y centimetros el valor de la energía será en ergios. 
La gravedad es la fuerza con que la tierra atrae un objeto, en el MKS el valor es 9,8 que lo aproximamos a 10m/s²   y en el cgs el valor es de 980 cm/s² que lo aproximamos a 1000

Por que crees se se le llama Sistema MKS o Sistema cgs?

Recuerda que:

1 metro = 100 centimetros

Para pasar de metros a centímetros multiplique por 100 ejemplo 5m =5X100= 500 cm

Para pasar de centímetros a metros divida entre 100 ejemplo 7200cm = 7200/100 =72 metros

1 kilogramo = 1000 gramos

Para pasar de Kilogramos a gramos multiplique por 1000 ejemplo 6Kg =6X1000= 6000 g

Para pasar de gramos a Kilogramos divida entre 1000 ejemplo 7000g = 7000/1000 =7 Kg

Fíjate que si el cuerpo se encuentra en el suelo (superficie terrestre) h=0, su energía potencial gravitatoria será 0 Julios.

si un objeto se mueve con velocidad v, su energía es cinetica, si el objeto se queda quieto, es decir si su velocidad es cero, la energía cinética también será cero

 Un ejemplo más de este tipo de energía sería una catarata. El agua en la parte de arriba tiene la posibilidad de realizar trabajo al caer, por eso decimos que tiene energía potencial.

 ¿Qué pasa cuando el agua cae? Pues que va adquiriendo velocidad y perdiendo altura, es decir va adquiriendo energía cinética y perdiendo energía potencial. Justo cuando el agua llega a la parte de abajo toda la energía potencial que tenía se habrá transformado en energía cinética (velocidad) que podrá desarrollar un trabajo al golpear en las palas de la central hidráulica.

Como ves la energía cinética y la potencial gravitatoria, muchas veces, están relacionadas

Se desarrolla en el cuaderno: Encontrar el valor de la energía en los siguientes problemas

1.- Un carro de 3500 gramos que se mueve con velocidad de 6m/s

2.- Una piedra suspendida a una altura de 8 metros si su masa es de 4500 gramos

3.-

La imagen muestra a una persona subida en una rampa de 150 cm de altura, que sostiene un balon a una altura de 150 cm de sus pies , el balón tiene 5Kg de masa, cual será su energía potencia, y cual será su energía cinética al tocar el suelo

4.- 

Cual sera la energía cinética del escalador al caer de la montaña cuando al caer alcance la mitad de la altura indicada

Observa el siguiente vídeo y responde las preguntas que encuentras a continuación

Qué tipo de energía tienen los objetos cuando están suspendidos en la parte superior de la cámara de vació?

Cuando los objetos caen y llevan la mitad de la altura, ¿Tienen la misma Ec o la misma Ep?

La energía potencial a medida que cae un objeto, se transforma en energía cinética, Crees tu que la energía potencial y la energía cinética, cuando se alcanza la mitad de la altura. 

Material para profundizar temas 

Energía Hidroeléctrica

Hidroeléctrica de Sogamoso Santander Rio Chicamocha Municipio de Betulia

Energía de combustibles fósiles

Evaluación del tema Próxima Semana

¿Quiere participar con una pregunta para la próxima evaluación?

Si quieres que tu pregunta se incluya en el examen sobre la energía, puedes participar enviando tu pregunta (enunciado y 4 opciones de respuesta) al correo electrónico institucional, con el asunto: Pregunta para el examen, recuerda indicar el grado al que perteneces. Se escogerán  diez  preguntas que tengan en cuenta el contenido de esta unidad, que estén bien formuladas, y que su grado de dificultad se ajuste al nivel de estudio grado séptimo.