1.2 Concepto de energía

 
 Imagen 5. Kurt Salzmann, Creative Commons

Todos hemos oído hablar de la energía: ésta puede suministrarse, perderse, transformarse e incluso agotarse. Ahora bien, si pedimos una definición de la misma, es difícil que se dé una definición clara; el concepto físico de energía es relativamente moderno y complejo.

Históricamente, se comienza a hablar de energía por parte del físico inglés T. Young a principios del s. XIX como la capacidad de un sistema para realizar un trabajo. Esta definición se realiza a partir de los experimentos de este científico que demostraron que, cuando se realizaba un trabajo mecánico sobre un sistema, la energía del mismo aumentaba.

Así, cuando un objeto era capaz de realizar trabajo, contenía energía. Esta relación entre trabajo y energía implicaba que se trataba de la misma magnitud, y que por tanto debía medirse en las mismas unidades. Pero pronto se comprobó que un sistema no ganaba ni perdía energía únicamente mediante la realización de un trabajo mecánico, sino que también podía hacerlo a través de intercambios de calor con el entorno, por lo que unas décadas después el alemán H. Hetmholz definió la energía como "Una propiedad que se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza".

Actualmente se acepta la definición de energía como:

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Energía es la capacidad de un sistema o cuerpo para producir transformaciones en otros cuerpos o sobre sí mismo.

La energía se mide en Julios, igual que el trabajo.


Existen distintos tipos de energía, pero todas ellas verifican una serie de características comunes:

  • La energía se transfiere. La energía se presenta en formas diversas, y en un proceso de cambio puede transformarse de una forma a otra y entre los cuerpos intervinientes.
  • La energía se conserva en todos los procesos. Aun cuando la energía se transfiera en un proceso, la cantidad total existente es siempre constante. En otras palabras: "La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma".
  • La energía se degrada. No toda la energía es igualmente aprovechable: mientras que podemos utilizar prácticamente toda la energía almacenada en una batería para hacer funcionar nuestro teléfono móvil, al quemar unas ramas de madera únicamente una pequeña fracción puede aprovecharse de forma útil. Mientras que muchas formas de energía pueden transformarse íntegramente en energía térmica, la energía térmica no puede transformarse sino en pequeños porcentajes en otros tipos de energía. Por ello se puede decir que la energía térmica es un tipo de energía degradada. El estado de degradación de una energía a nivel microscópico tiene que ver con el movimiento ordenado o no de las partículas que componen el sistema: cuanto más ordenado sea, más sencillo será convertir dicha energía en algún tipo útil.

Por tanto, la calidad de una forma de energía puede evaluarse como la capacidad que presenta para realizar trabajo.

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Imagen 6. Smutzer, dominio público
La física moderna ha demostrado que energía y materia están íntimamente relacionadas; de hecho, ambas son distintas manifestaciones de un mismo concepto, pudiéndose convertir materia en energía y viceversa.
 
Fue Albert Einstein quien estableció la famosa ecuación que las relaciona:


en la cual E es la energía, m la masa y c la velocidad de la luz en el vacío, que es constante e igual a 300000 km/s (3·108 m/s).
 
Una consecuencia de esta relación es la posibilidad de obtener grandes cantidades de energía a partir de los procesos nucleares, como las reacciones de fisión (centrales nucleares) y de fusión (estrellas, bombas nucleares), en las que existe una pérdida de masa que se transforma en energía.

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