Formas de energía
La energía puede definirse como la capacidad de suministrar calor o realizar trabajo. Un tipo de trabajo (w) es el proceso de hacer que la materia se mueva contra una fuerza opuesta. Por ejemplo, hacemos trabajo cuando inflamos un neumático de bicicleta: movemos la materia (el aire de la bomba) contra la fuerza opuesta del aire que ya está en el neumático. Al igual que la materia, la energía se presenta en diferentes tipos. Un esquema clasifica la energía en dos tipos: la energía potencial, que es la energía que tiene un objeto debido a su posición relativa, composición o condición, y la energía cinética, que es la energía que posee un objeto debido a su movimiento. El agua en la cima de una cascada o presa tiene energía potencial debido a su posición; cuando fluye hacia abajo a través de los generadores, tiene energía cinética que puede utilizarse para realizar trabajo y producir electricidad en una planta hidroeléctrica (Figura \(\PageIndex{2}\)). Una batería tiene energía potencial porque las sustancias químicas que contiene pueden producir electricidad que puede realizar trabajo.
Figura \N(\PageIndex{2}): (a) El agua que está a mayor altura, por ejemplo, en la cima de las cataratas Victoria, tiene una energía potencial más alta que el agua a menor altura. Al caer el agua, parte de su energía potencial se convierte en energía cinética. (b) Si el agua fluye a través de generadores en la parte inferior de una presa, como la presa Hoover que se muestra aquí, su energía cinética se convierte en energía eléctrica. (crédito a: modificación del trabajo de Steve Jurvetson; crédito b: modificación del trabajo de “curimedia”/Wikimedia commons).
Explicar la interconversión de la energía
La energía afecta a todo lo que hacemos. Desde las luces que encendemos por la mañana, pasando por el coche que conducimos para ir al trabajo o a la escuela, hasta nuestra capacidad para leer esta página. La energía es a la vez una constante en la existencia humana y representa el proceso de cambio. Todas nuestras actividades diarias son posibles gracias a la conversión de una forma de energía en otra. Por ello, los científicos, e incluso los filósofos, han tratado de entender y comprender este concepto a lo largo de la historia. Sin embargo, hasta hace poco se nos escapaba una comprensión clara de la energía. ¿Cómo hemos llegado a entenderla?
La teoría de los cuatro elementos fue defendida por Aristóteles y otros filósofos influyentes de la antigua Grecia, pero en la práctica esta teoría proporcionaba un marco muy pobre para llegar a entender el universo, especialmente en lo que respecta a la energía. Sin embargo, gracias a la influencia de Aristóteles, la filosofía se mantuvo firme frente a todos los desafíos durante casi 2.000 años. La ciencia occidental no pudo comprender realmente la energía durante la mayor parte de la Edad Media.
Comentarios
La quinta crisis del precio del petróleo Doroodian y Boyd 2003; Kilian 2008; Herrera y Pesavento 2009 partió de la previsión de escasez en la disponibilidad y el suministro del portador de energía más visible, y generó intensas respuestas en toda la sociedad que ya llevan varios años. Además de hacer frente a las cuestiones ecopolíticas, por primera vez todos sentimos que el actual sistema de suministro de energía necesita algunos cambios fundamentales. Tanto el suministro finito de combustibles fósiles líquidos como la gran concienciación sobre el cambio climático1 resultante de nuestro consumo de combustibles fósiles han sensibilizado a la sociedad y, por tanto, también a la comunidad científica. La química está reaccionando con mayor sensibilidad que en anteriores crisis del petróleo, ya que promete contribuciones críticas, en forma de catálisis y ciencia de los materiales, al desarrollo de todos los procesos de conversión de energía alternativa no nuclear a escala de la red. Esta vez, sin embargo, muchas otras ciencias también están reaccionando al desafío2 , creando así una ola de actividad interdisciplinaria en la investigación energética.
Ejemplos de interconversión de energía
La energía química es la energía almacenada en los enlaces de los átomos y las moléculas. Las baterías, la biomasa, el petróleo, el gas natural y el carbón son ejemplos de energía química. La energía química se convierte en energía térmica cuando la gente quema madera en una chimenea o quema gasolina en el motor de un coche.
La energía gravitatoria es la energía almacenada en la altura de un objeto. Cuanto más alto y pesado es el objeto, más energía gravitatoria se almacena. Cuando una persona baja en bicicleta por una colina empinada y coge velocidad, la energía gravitatoria se convierte en energía de movimiento. La energía hidráulica es otro ejemplo de energía gravitacional, en la que la gravedad obliga a bajar el agua a través de una turbina hidroeléctrica para producir electricidad.
La energía radiante es la energía electromagnética que viaja en ondas transversales. La energía radiante incluye la luz visible, los rayos X, los rayos gamma y las ondas de radio. La luz es un tipo de energía radiante. La luz del sol es energía radiante, que proporciona el combustible y el calor que hacen posible la vida en la Tierra.
La energía térmica, o calor, es la energía que proviene del movimiento de los átomos y las moléculas de una sustancia. El calor aumenta cuando estas partículas se mueven más rápido. La energía geotérmica es la energía térmica de la tierra.