Definición de energia

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 ni se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Desde el punto de vista del materialismo dialéctico, la esencia fundamental y más profunda de la materia se manifiesta a través de múltiples e infinitas propiedades, esta cualidad, multiplicidad en la unidad, refleja la esencia misma de la materia: el movimiento.

La medida más general y común a las diversas formas de movimiento en que se manifiesta la materia es la energía. Desde el punto de vista físico, las distintas formas de movimiento, cualitativamente distintos, en que se manifiestan las distintas formas de movimiento de los múltiples fenómenos, están caracterizan por su correspondiente energía.

En este sentido hablamos de energía mecánica, potencial, nuclear, electromagnética, gravitacional, térmica etc. Cada una de estas formas de movimiento son susceptibles de transformarse unos en otros; siendo la energía la que caracteriza la forma física de movimiento así como su posible transformación cualitativa, conservándose, sin embargo, cuantitativamente igual. Así pues, la energía no es algo externo a la materia, implantada en ella desde el exterior, sino que es una cualidad inherente de la materia.

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: debida 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 Energía del campo Energía potencial eléctrica, véase potencial eléctrico. En termodinámica:

energía interna, suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema Energía térmica Física relativista clásica En Relatividad:

Energía en reposo es la energía debida a la masa, según la conocida fórmula de Einstein. 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 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:

El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del camino recorrido. El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es nulo. 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.

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.

Formas de generación de energía eléctrica Subestación eléctricaFuentes de energía renovables: Energía eólica Energía geotérmica Energía hidráulica Energía mareomotriz Energía solar Biomasa Gradiente térmico oceánico Energía azul Fuentes de energía no renovable: Energía nuclear Carbón Gas natural Petróleo Explotación de la energía La explotación de la energía abarca una serie de procesos, que varían según la fuente empleada:

Extracción de la materia prima (Uranio, Carbón. Petróleo...) Procesamiento de la materia prima (enriquecimiento de uranio, refino del petróleo...) Transporte, almacenamiento y distribución de la materia prima, hasta el punto de utilización. Transformación de la energía (por combustión, fisión...) Para la electricidad, además:

Generación de electricidad, por lo general mediante turbinas Almacenamiento y/o distribución de la energía Consumo Por último Gestión de los residuos Economía energética Consumo de electricidad por países (Abril 2006)La disponibilidad de la energía es un factor fundamental para el desarrollo y el crecimiento económico. La aparición de una crisis energética desemboca irremediablemente en una crisis económica. La utilización eficaz de la energía, así como el uso responsable, son esenciales para la sostenibilidad.

En la actual situación mundial, son varias las voces que abogan por reducir el consumo energético y de recursos naturales. Informe sobre los límites del desarrollo del Club de Roma (1972) Teoría del pico de Hubbert, sobre el agotamiento del petróleo.

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 centígrados. 1 julio equivale a 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, MWaño 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 = 8138.9 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 julios

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