¿Qué vía de energía se utiliza para transferir la energía de una batería a un teléfono?
La energía que percibimos a nuestro alrededor parece tener muchas formas. El fuego arde, las gomas elásticas se rompen, las linternas se encienden y brillan, los objetos se caen y las cosas parecen estar calientes, frías o a la temperatura adecuada. Con tantas cosas en marcha, ¿cómo podemos averiguar qué formas de energía tienen estas cosas y acontecimientos? Tras cientos de años de observación y experimentación, la ciencia ha clasificado la energía en dos formas principales: energía cinética y energía potencial. La energía cinética se define como la energía de un objeto en movimiento. Un balón de fútbol lanzado, un automóvil a gran velocidad, un corredor de maratón o una roca que cae de un acantilado son ejemplos de objetos que tienen energía cinética.
La energía potencial se define como la energía asociada a la disposición de un sistema de objetos que ejercen fuerzas entre sí. La energía potencial se almacena o se libera cuando la disposición de los objetos y/o las fuerzas que ejercen unos sobre otros cambian de alguna manera. Los sistemas de objetos, desde los átomos hasta los planetas, pueden disponerse de muchas maneras, lo que da lugar a muchas formas de energía potencial: energía química, elástica, eléctrica (electromagnética), gravitatoria, nuclear y térmica.
Capacidad de la batería
Recordemos que antes definimos el campo eléctrico como una cantidad independiente de la carga de prueba en un sistema dado, que sin embargo nos permitiría calcular la fuerza que resultaría en una carga de prueba arbitraria. (La suposición por defecto en ausencia de otra información es que la carga de prueba es positiva). Hemos definido brevemente un campo para la gravedad, pero la gravedad es siempre atractiva, mientras que la fuerza eléctrica puede ser atractiva o repulsiva. Por lo tanto, aunque la energía potencial es perfectamente adecuada en un sistema gravitatorio, es conveniente definir una cantidad que nos permita calcular el trabajo sobre una carga independientemente de la magnitud de la carga. Calcular el trabajo directamente puede ser difícil, ya que \ (W = \vec{F} \cdot \vec{d}\) y la dirección y la magnitud de \ (\vec{F}\) pueden ser complejas para múltiples cargas, para objetos de forma impar, y a lo largo de trayectorias arbitrarias. Pero sabemos que porque \(\vec{F}\), el trabajo, y por lo tanto \(\Delta U\) es proporcional a la carga de prueba \(q\). Para tener una magnitud física independiente de la carga de prueba, definimos el potencial eléctrico \(V\) (o simplemente potencial, ya que se entiende eléctrico) como la energía potencial por unidad de carga:
Energía almacenada en la fórmula de una batería
Una pila es un dispositivo que almacena energía y luego la descarga convirtiendo la energía química en electricidad. Las pilas típicas suelen producir electricidad por medios químicos mediante el uso de una o más celdas electroquímicas[2]. Se pueden utilizar y se han utilizado muchos materiales diferentes en las pilas, pero los tipos de pilas más comunes son las alcalinas, las de iones de litio, las de polímero de litio y las de hidruro metálico de níquel. Las pilas pueden conectarse entre sí en un circuito en serie o en paralelo.
Hay una gran variedad de baterías que se pueden comprar, y estos diferentes tipos de baterías se utilizan en diferentes dispositivos. Las baterías grandes se utilizan para arrancar coches, mientras que las baterías mucho más pequeñas pueden alimentar audífonos. En general, las pilas son muy importantes en la vida cotidiana.
Una pila típica tiene dos terminales (denominados electrodos) sumergidos en una sustancia química (denominada electrolito). Los dos electrodos están separados por una pared porosa o puente que permite que la carga eléctrica pase de un lado a otro a través del electrolito. El ánodo -el terminal negativo- gana electrones mientras que el cátodo -el terminal positivo- los pierde. Este intercambio de electrones permite que se desarrolle una diferencia de potencial o de tensión entre los dos terminales, lo que permite que fluya la electricidad[2].
Calculadora de energía almacenada en la pila
Un condensador es un componente electrónico utilizado habitualmente en los circuitos. Su función es almacenar una carga eléctrica. En los condensadores estándar de placas paralelas, hay cargas de valor igual pero opuesto en las placas adyacentes (para un condensador esférico hay esferas concéntricas en lugar de placas). Estas cargas crean un campo eléctrico entre ellas, formado por una cierta cantidad de energía del circuito. Como se trata de cargas almacenadas, es un ejemplo de energía potencial. Sin embargo, en este caso no se puede utilizar la fórmula estándar de la energía potencial.
¿Cómo se calcula la energía, E, almacenada en un condensador con una capacitancia, C, y una tensión aplicada, V? Es equivalente al trabajo realizado por una pila para mover la carga Q al condensador. La ecuación resultante es:
Por cierto, si tienes un sistema con más de un condensador, es mejor que consultes nuestras calculadoras de condensadores en serie o condensadores en paralelo para encontrar rápidamente la capacidad total, porque éste es el valor que debes utilizar en la fórmula de la energía del condensador.