En física y química, hay dos tipos básicos de energía: cinética y potencial.
La energía cinética es la energía asociada al movimiento. La podemos ver en la naturaleza en el agua de los ríos, las olas de la playa, el viento o el calentamiento de los objetos.
La energía potencial, por su parte, depende de la condición de un cuerpo con respecto a una referencia. Por ejemplo, una roca en lo alto de una montaña tiene mayor energía potencial que la misma roca en la base de la montaña.
20 formas en que se manifiesta la energía
La energía cinética y potencial se puede presentar en gran diversidad de formas en la naturaleza, como veremos a continuación.
1. Energía solar
La fuente de la energía solar es la fusión nuclear del hidrógeno. En el Sol, cuatro núcleos de hidrógeno (cuatro protones) se fusionan en un núcleo de helio, que tiene menos masa que los cuatro núcleos de hidrógeno.
La energía proveniente del proceso de fusión nuclear se convierte en energía radiante. Esta viaja por el espacio como ondas electromagnéticas del tipo ultravioleta (UV), luz visible y rayos infrarrojos. La vida sobre la Tierra depende fundamentalmente de la energía solar.
2. Energía radiante
Las radiaciones como la luz, los rayos X y el calor son formas de energía que conocemos como energía radiante. Se presentan como ondas electromagnéticas que se originan por la vibración simultánea de los electrones en un campo eléctrico y magnético. Estas ondas viajan por el espacio a la velocidad de la luz 300 000 km/s.
3. Energía nuclear
La energía nuclear es la que se almacena en el núcleo del átomo, resultado de las fuerzas que mantienen unidas los protones y neutrones.
En una reacción nuclear un átomo se transforma en otro diferente con liberación de energía, bien sea a través de desintegración radiactiva, fisión nuclear o fusión nuclear.
En la fisión nuclear, un núcleo pesado recibe un neutrón que lo hace inestable, liberando energía y dos nuevos átomos.
4. Energía química
Otra forma de energía potencial es la que conseguimos entre átomos que se unen. Esta es la energía química, que depende de la estructura atómica y de las fuerzas de atracción en los enlaces de una molécula. La energía química se puede liberar por medio de la reacción química.
Por ejemplo, la gasolina es una mezcla de hidrocarburos que cuando experimenta una reacción de combustión libera su energía química en energía térmica, que se utiliza para mover motores. La energía química de la gasolina se libera por combustión dentro de los pistones, produciendo movimiento.
5. Energía de enlace
La energía de enlace en química es la medida de la fuerza de la unión entre dos átomos. Se calcula de forma experimental midiendo el calor que se necesita para romper un mol de moléculas en sus átomos individuales. A mayor energía de enlace, más fuerte y más cerca estarán unidos los átomos.
Por ejemplo, en la molécula de agua H-O-H la energía de enlace es igual a 460 kiloJoule por mol (kJ/mol), que es igual a decir que es la energía que se requiere para romper el enlace entre el oxígeno y los dos átomos de hidrógeno en un mol de agua.
6. Energía eléctrica
La energía eléctrica es el producto de la atracción de partículas cargadas positiva y negativamente y del movimiento de las cargas eléctricas que se manifiesta en la electricidad. Es una forma de energía potencial y cinética.
En los átomos, los electrones cargados negativamente pueden moverse libremente en ciertos materiales llamados conductores. El movimiento o flujo de estos electrones es lo que conocemos como corriente eléctrica.
La electricidad es el motor de la civilización moderna tal cual la conocemos hoy en día. La energía eléctrica está en los equipos eléctricos y electrónicos, en nuestros medios de transporte, en nuestro entretenimiento y otras tantas actividades humanas.
7. Energía potencial gravitatoria
La energía potencial gravitatoria es una de las formas de energía potencial. En este caso, usamos como cuerpo de referencia la Tierra a la que está asociada un campo gravitatorio. La Tierra ejerce una fuerza de atracción de los objetos hacia su centro. Por eso decimos que las cosas «caen».
8. Energía de disociación del enlace
La energía de disociación del enlace o entalpía de enlace se usa en química para definir el el cambio en energía total del sistema cuando un enlace covalente se rompe por homólisis, esto es, en la separación de los átomos los electrones se dividen equitativamente. Por ejemplo, en el etano (C2H6) la energía de disociación de uno de los enlaces C-H será de 423 kJ/mol.
Cada enlace en una molécula tendrá su propia energía de disociación, asi una molécula con cuatro enlaces necesitará más energía para romperse que una molécula con un solo enlace.
9. Energía de activación
En química se usa el término «energía de activación» para designar la cantidad de energía que se requiere para que pueda ocurrir una reacción. Muchas reacciones químicas en los seres vivos no ocurren de forma espontánea, por lo que hace falta como un «empujoncito» de energía para que estas se lleven a cabo. La fuente de la energía de activación es por lo general la energía térmica de los alrededores.
10. Energía potencial elástica
La energía potencial elástica es una forma de energía potencial pues relaciona una condición inicial de un objeto que puede estirarse, comprimirse o retorcerse. Al estirarse una liga, aumenta su energía potencial por lo que se puede realizar un trabajo. Este es el principio de funcionamiento de las flechas y de las catapultas.
11. Energía mecánica
La energía mecánica combina la energía potencial y la energía cinética, es decir, el movimiento y la posición de un objeto se juntan para realizar un trabajo. Por ejemplo, el carrusel en una montaña rusa posee energía mecánica que es la suma de su energía potencial cuando está en el tope de la montaña y energía cinética cuando adquiere velocidad. En todo momento la energía mecánica será la misma, lo que varían serán las energías potencial y cinética, dependiendo de la altura y de la velocidad del carrito.
12. Energía sonora
La energía sonora es la energía que conseguimos en el sonido. Se refleja como ondas que vibran a través de medios físicos como el agua, el aire y materiales sólidos. Es una forma de energía mecánica por cuanto involucra la vibración de las partículas y la distancia que recorren.
La energía sonora se usa en:
- El sistema de navegación y rango de sonido SONAR .
- El ecosonograma.
- El ultrasonido por efecto Doppler.
13. Energía térmica
Una forma en que se presenta la energía cinética es en energía térmica o energía interna. Es energía cinética porque se deriva de las vibraciones o movimiento de las moléculas y átomos que conforman los cuerpos. Esta energía la podemos medir con el termómetro, pues la temperatura es un reflejo de este movimiento. Un cuerpo con una temperatura de 50 ºC tendrá más energía térmica que el mismo cuerpo a 0ºC.
El calor es el flujo de energía térmica entre los cuerpos. Este proceso se puede dar por tres fenómenos:
- Radiación: se transfiere calor por medio de las radiaciones infrarrojas.
- Conducción: se produce transferencia por contacto de dos cuerpos a diferentes temperaturas.
- Convección: el aire caliente transfiere el calor.
14. Energía geotérmica
La energía geotérmica corresponde al calor de la Tierra, una fuente de energía que yace bajo la superficie. Aunque se piensa que la energía geotérmica se manifiesta en las aguas termales y los géisers, ella va más allá. El potencial de energía almacenada en el interior de la Tierra se puede aprovechar a través de los pozos geotérmicos.
Uno de los usos más antiguos de la energía geotérmica fue la calefacción de espacios, recreación y terapéutica, con el uso de las aguas termales. Islandia es uno de los países que mayor provecho obtiene de la energía geotérmica
La energía magnética es la energía producto de la atracción y posición de los cuerpos en un campo de fuerza magnética capaz de realizar un trabajo. El ejemplo clásico lo conseguimos en dos imanes cuando los mantenemos separados. En este punto su energía potencial magnética es mayor que cuando estan juntos.
Cada imán posee un campo magnético que es es el área de acción donde se siente la atracción, y dos regiones opuestas positivas y negativas, llamadas polos magnéticos. El polo positivo atrae al polo negativo, mientras que los polos iguales se repelen.
Los maglev son ferrocarriles que se mueven gracias a la energía magnética. Estos levitan o flotan sobre una plataforma magnetizada a intervalos produciendo el movimiento. Es también un ejemplo de como la energía magnética se transforma en energía cinética.
Cuando el aire se pone en movimiento es lo que conocemos como viento. La energía cinética del viento se ha utilizado desde la antigüedad para realizar una diversidad de trabajos, como navegar, moler el grano (molinos de viento), y más recientemente, para generar electricidad por las turbinas eólicas.
17. Energía mareomotriz
La energía cinética de las corrientes marinas aprovecha el ascenso y descenso del agua del mar producidos por las fuerzas gravitatorias del Sol y la Luna en forma de energía mareomotriz.
18. Energía azul
La energía proveniente del océano se conoce como energía azul, e incluye:
- la energía de las mareas,
- la energía de las corrientes,
- la energía de las olas,
- la energía térmica y
- la ósmosis.
El océano es una de las fuentes más abundantes de energía en la Tierra pero probablemente la menos explotada. Teóricamente, los océanos podrían proporcionar energía a todo el planeta sin contaminar de forma más confiable y predecible que el Sol y el viento.
19. Energía oscura
La energía oscura es una energía que impregna el espacio, de hecho, representa aproximadamente el 70% de los componentes del Universo. El término «energía oscura» fue acuñado por el cosmólogo Michael Turner en 1998 para darle nombre a la constante cosmológica propuesta por Einstein a principios del siglo XX.
A finales del siglo XX, dos grupos de astrónomos se dedicaron a estudiar el brillo de un tipo particular de supernova, las supernovas Ia. Estas son estrellas enanas blancas que explotan con tal intensidad y brillo que se asemeja a 4 x 109 la luminosidad del Sol.
Ambos grupos encontraron que el brillo de las supernovas era menos intenso de lo que se esperaba, es decir, estaban más alejadas que el cálculo inicial obtenido para un universo de materia únicamente. Esta expansión acelerada del Universo se explica por un componente con una presión fuertemente negativa al que se denominó energía oscura.
20. Energía de la materia
En 1905, Albert Einstein presentó la «Teoría Especial de la Relatividad», donde derivó su famosa ecuación E=mc2, algunas veces llamada ley de la equivalencia de masa-energía. Esta fórmula indica que la masa de un cuerpo (m) es una medida del contenido de energía (E) y la velocidad de la luz en el vacío (c) es una constante igual a aproximadamente 300 millones de metros por segundo.
Los elementos radiactivos convierten parte de su masa en energía. Con esta fórmula se puede calcular la energía que se libera en una reacción nuclear, que es la energía de unión que mantiene al núcleo del átomo compacto.
