Energía térmica frente a energía eléctrica
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Transformaciones energéticasLas transformaciones energéticas son procesos que convierten la energía de un tipo (por ejemplo, cinética, potencial gravitacional, energía química) en otro. Cualquier tipo de uso de la energía debe implicar algún tipo de transformación energética.
La energía no puede crearse ni destruirse (lo que se denomina conservación de la energía); sin embargo, puede transformarse de un tipo a otro. De hecho, todo proceso útil transforma la energía de una forma a otra. Hay muchas formas o tipos de energía diferentes. Algunos ejemplos de transformaciones energéticas cotidianas son:
La energía cinética y la electricidad son las formas más útiles. Son de “alta calidad” porque pueden transformarse casi por completo en cualquier otro tipo de energía. La electricidad, por ejemplo, puede utilizarse fácilmente para generar calor (energía térmica) o luz (energía radiante), romper enlaces químicos (energía química), mover objetos (energía cinética) o levantar objetos (energía potencial gravitatoria).
La forma de energía menos útil es la energía térmica de baja temperatura. Puede volver a convertirse en una forma de mayor calidad, pero la energía útil siempre se pierde en este proceso. Al convertir la energía en una forma menos útil y luego intentar trabajar hacia atrás, nunca se recupera el 100% de la energía útil.
Energía eléctrica a energía térmica
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La transformación de energía, también conocida como conversión de energía, es el proceso de cambiar la energía de una forma a otra[1] En física, la energía es una cantidad que proporciona la capacidad de realizar un trabajo (por ejemplo, levantar un objeto) o proporciona calor. Además de convertirse, según la ley de conservación de la energía, ésta es transferible a un lugar u objeto diferente, pero no puede crearse ni destruirse.
La energía, en muchas de sus formas, puede utilizarse en procesos naturales o para prestar algún servicio a la sociedad, como la calefacción, la refrigeración, la iluminación o la realización de trabajos mecánicos para hacer funcionar máquinas. Por ejemplo, para calentar una casa, el horno quema combustible, cuya energía potencial química se convierte en energía térmica, que se transfiere al aire de la casa para elevar su temperatura.
Energía utilizable que proviene de la electricidad térmica
La conversión de energía termoiónica (TEC) es la conversión directa del calor en electricidad mediante el mecanismo de la emisión termoiónica, la eyección espontánea de electrones calientes desde una superficie. Aunque el mecanismo físico se conoce desde hace más de un siglo, todavía no se ha realizado de forma sistemática y práctica para su implantación a gran escala. Este artículo de perspectiva ofrece una evaluación del potencial de los sistemas TEC para aplicaciones espaciales y terrestres en el siglo XXI, pasando revista a los recientes avances en este campo e identificando los principales retos de la investigación. Se analizan los avances recientes y las necesidades de investigación que persisten en materia de materiales, diseño de dispositivos, conocimientos fundamentales y pruebas y validación.
La conversión directa del calor en electricidad, sin pasos intermedios ni piezas móviles, sigue siendo uno de los métodos más prometedores, aunque difíciles, de producción de energía. La promesa de una alta eficiencia de conversión, la simplicidad de los dispositivos y un funcionamiento robusto siguen impulsando la investigación y el desarrollo tecnológico en la vanguardia. Además, debido a la gran variedad de fuentes de calor posibles, que van desde la combustión de combustibles fósiles o de otro tipo, los reactores nucleares, el calor solar o incluso el calor residual del cuerpo humano, las aplicaciones de los convertidores de energía térmica a eléctrica son vastas y abarcan muchos órdenes de magnitud de posibles rangos de temperatura y potencia.
Recogida de energía térmica
¿Y si pudieras hacer funcionar tu aire acondicionado no con la electricidad convencional, sino con el calor del sol durante un cálido día de verano? Con los avances de la tecnología termoeléctrica, esta solución sostenible podría hacerse realidad algún día.
Los dispositivos termoeléctricos se fabrican con materiales que pueden convertir una diferencia de temperatura en electricidad, sin necesidad de piezas móviles, una cualidad que convierte a la termoelectricidad en una fuente de electricidad potencialmente atractiva. El fenómeno es reversible: Si se aplica electricidad a un dispositivo termoeléctrico, éste puede producir una diferencia de temperatura. En la actualidad, los dispositivos termoeléctricos se utilizan para aplicaciones de relativamente baja potencia, como alimentar pequeños sensores a lo largo de oleoductos, respaldar baterías en sondas espaciales y refrigerar minifridges.
Liu es el primer autor del artículo de PNAS, en el que participan los estudiantes de posgrado Jiawei Zhou, Zhiwei Ding y Qichen Song; Mingda Li, profesor adjunto del Departamento de Ciencia e Ingeniería Nuclear; el antiguo estudiante de posgrado Bolin Liao, ahora profesor adjunto de la Universidad de California en Santa Bárbara; Liang Fu, profesor adjunto de Física de Biedenharn; y Gang Chen, profesor de Soderberg y director del Departamento de Ingeniería Mecánica.
