Energía

Un rayo es una forma de transmisión de energía.

El término energía (del griego ἐνέργεια/energeia, actividad, operación; ἐνεργóς/energos=fuerza de acción o fuerza trabajando) tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural y la tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo.

El concepto de energía en física

La energía es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. También se puede definir la energía de sistemas abiertos, es decir, partes no aisladas entre sí de un sistema cerrado mayor. Un enunciado clásico de la física newtoniana afirmaba que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

La energía no es un estado físico real, ni una "sustancia intangible" sino sólo un número escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos. Por ejemplo, se puede decir que un sistema con energía cinética nula está en reposo.

El uso de la magnitud energía en términos prácticos se justifica porque es mucho más fácil trabajar con magnitudes escalares, como lo es la energía, que con magnitudes vectoriales, como la velocidad y la posición. Así, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial y de otros tipos de sus componentes. En sistemas aislados, además, la energía total tiene la propiedad de "conservarse", es decir, ser invariante en el tiempo. Matemáticamente, la conservación de la energía para un sistema es una consecuencia directa de que las ecuaciones de evolución de ese sistema sean independientes del instante de tiempo considerado, de acuerdo con el teorema de Noether.

Energía en diversos tipos de sistemas físicos

Todos los cuerpos, poseen energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades. En las diversas disciplinas de la física y la ciencia, se dan varias definiciones de energía, por supuesto todas coherentes y complementarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo.

Física clásica

En mecánica:

• Energía mecánica, que es la combinación o suma de los siguientes tipos:
  • Energía cinética: debido al movimiento.
  • Energía potencial la asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas conservativo como por ejemplo:
    • Energía potencial gravitatoria
    • Energía potencial elástica, debida a deformaciones elásticas. También una onda es capaz de transmitir energía al desplazarse por un medio elástico.

En electromagnetismo se tiene:

• Energía electromagnética que se compone de:
  • Energía radiante, es la energía que poseen las ondas electromagnéticas.
  • Energía calórica, es la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede desprender al producirse una reacción química de oxidación.
  • Energía potencial eléctrica, véase potencial eléctrico.
  • Energía eléctrica, es el resultado de la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos.

En termodinámica:

• Energía interna, suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema
• Energía térmica, se le denomina energía térmica a la energía liberada en forma de calor, obtenida de la naturaleza (energía geotérmica), mediante la combustión

Física relativista clásica

En relatividad:

• Energía en reposo es la energía debida a la masa, según la conocida fórmula de Einstein E=mc².
• Energía de desintegración, es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una desintegración
• Al redefinir el concepto de masa, también se modifica el de energía cinética (véase relación de energía-momento).

Física cuántica

En física cuántica, la energía es una magnitud ligada al operador hamiltoniano. La energía total de un sistema no aislado de hecho puede no estar definida: en un instante dado la medida de la energía puede arrojar diferentes valores con probabilidades definidas. En cambio, para los sistemas aislados en los que el hamiltoniano no depende explícitamente del tiempo, los estados estacionarios sí tienen una energía bien definida. Además de la energía asociadas a la materia ordinaria o campos de materia, en física cuántica aparece la energía del vacío, que es un tipo de energía existente en el espacio, incluso en ausencia de materia.

Química

En química aparecen algunas formas específicas no mencionadas anteriormente:

• Energía de ionización, una forma de energía potencial, es la energía que hace falta para ionizar una molécula o átomo.
• Energía de enlace, es la energía potencial almacenada en los enlaces químicos de un compuesto. Las reacciones químicas liberan o absorben esta clase de energía, en función de la entalpía y energía calórica.

Si estas formas de energía son consecuencia de interacciones biológicas, la energía resultante es bioquímica, pues necesita de las mismas leyes físicas que aplican a la química, pero los procesos por los cuales se obtienen son biológicos, como norma general resultante del metabolismo (véase ATP).

Energía potencial

La energía potencial puede pensarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.

La energía potencial puede definirse solamente cuando existe un campo de fuerzas es conservativa, es decir, que cumpla con alguna de las siguientes propiedades:

1. El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del camino recorrido.
2. El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es nulo.
3. Cuando el rotor de F es cero (sobre cualquier dominio simplemente conexo).

Se puede demostrar que todas las propiedades son equivalentes (es decir que cualquiera de ellas implica la otra). En estas condiciones, la energía potencial en un punto arbitrario se define como la diferencia de energía que tiene una partícula en el punto arbitrario y otro punto fijo llamado "potencial cero".

Magnitudes relacionadas

La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo. Energía y trabajo son equivalentes y, por tanto, se expresan en las mismas unidades. El calor es una forma de energía, por lo que también hay una equivalencia entre unidades de energía y de calor. La capacidad de realizar un trabajo en una determinada cantidad de tiempo es la potencia.

Unidades de medida de energía

La unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades es el Julio, que equivale a Newton x metro.

Otras unidades:

• Caloría. Es la cantidad de energía térmica necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5 a 15,5 grados Celsius. Un julio equivale aproximadamente 0,24 calorías.
• La frigoría es la unidad de energía utilizada en refrigeración y es equivalente a absorber una caloría.
• Termia, prácticamente en desuso, es igual a 1.000.000 de calorías o a 1 Mcal
• Kilovatio hora (kWh) usada habitualmente en electricidad. Y sus derivados MWh, MW•año
• Caloría grande usada en biología, alimentación y nutrición = 1 Cal = 1 kcal = 1.000 cal
• Tonelada equivalente de petróleo = 41.840.000.000 julios = 11.622 kWh.
• Tonelada equivalente de carbón = 29.300.000.000 julios = 8.138,9 kWh.
• Tonelada de refrigeración
• Electronvoltio (eV) es la energía que adquiere un electrón al ser acelerado por una diferencia de potencial en el vacío de 1 voltio. 1eV = 1.602176462 × 10^-19 julios.
• BTU, British Thermal Unit, 252,2 cal = 1.055,05585 julios​
• Board of Trade unit (BTu) 1 BTu = 3600000 julios.​
• Cheval vapeur heure, 1 julio = 2.647.795,4999999995.​
• Ergio, unidad de medida de energía en el sistema de unidades CGS (centímetro-gramo-segundo), 1 ergio = 10-7 julios
• Foot pound (ft·lb), 1 foot pound = 1.35581795 julios.​
• Poundal foot (pdl*ft) 1 julio = 23.730360457.​

La energía como recurso natural

En tecnología y economía, una fuente de energía es un recurso natural, así como la tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial y económico del mismo. La energía en sí misma nunca es un bien para el consumo final sino un bien intermedio para satisfacer otras necesidades en la producción de bienes y servicios. Al ser un bien escaso, la energía es fuente de conflictos para el control de los recursos energéticos.

Véase también

• Portal:Energía. Contenido relacionado con Energía.
• Aceleración
• Inercia
• Energía del punto cero
• Energía libre de Gibbs
• Energía interna
• Energía libre de Helmholtz
• Entalpía
• Entropía
• Exergía
• Fuerza
• Masa
• Negentropía
• Principio de conservación de la energía
• Trabajo
• Lista de temas energéticos
• Energía de una señal
• Teoría de la relatividad
• Julio (unidad)

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Energía.
• Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre energía.

• Vídeos del ciclo de Jornadas La Energía en el Siglo XXI en el Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Madrid

• Artículos en Wikinoticias: La Comisión Europea debate desde hoy el futuro de la política energética europea
• Teoría física sobre energía y trabajo en la web de la Universidad del País Vasco
• Apuntes de mecánica clásica en biopsychology.org
• Energía Sin Fronteras
• Comisión Nacional de Energía de España
• Mundoenergía.com - divulgación energética en internet
• IDAE - instituto para la diversificación y el ahorro de energía (de España)
• Dirección general de Energía y transportes de la Unión Europea
• International Energy Agency (en inglés)
• Cotizaciones de la energía en la web de Bloomberg (en inglés)
• Energy bulletin- noticias independientes sobre la energía (en inglés)