Title: ¿Qué variaciones de la energía podemos estudiar?
Course: Ciencias Físicas - 2º C.B. > Section: Módulo 9: TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA

En este módulo estudiaremos las transformaciones de la energía, cómo el hombre se ha ingeniado para aprovechar dichas transformaciones para su beneficio.

A partir de la evolución en las formas de "obtener", en realidad transformar, un tipo de energía en otro, es que la humanidad ha logrado mejorar su calidad de vida y su confort.

La energía y sus transformaciones

En el módulo anterior analizamos una aproximación a la definición de la energía como la capacidad de realizar transformaciones o cambios. Vimos que es la base de nuestra vida, y que existen diversas fuentes de energía. Repasamos algunas de las fuentes de energía que se utilizan en nuestro país.

Figura 1 . Paneles solares.

Unidad de energía

La unidad de energía en el Sistema Internacional es el Joule que se simboliza "J".

Recibe este nombre en honor al físico James Joule.

Figura 2. James Prescott Joule.

Un múltiplo de uso frecuente es el kilojoule que se simboliza "kJ"y equivale a 1000 J.

En Medicina, Biología, Nutrición es común que se utilice como unidad de energía la caloría, cuyo símbolo es "cal"

Se determinó experimentalmente que 1 caloría equivale a 4,18 J.

1 cal = 4,18 J

Formas de la energía

Las transformaciones que experimenta un sistema son debidas a las interacciones con otros sistemas o a interacciones entre sus partes, es decir, son debidas a la capacidad de la materia para interaccionar de diferentes formas.

Seguramente has oído hablar de distintos tipos o formas de la energía.

Por ejemplo podemos hablar de:

- energía mecánica,
- cinética,
- potencial gravitatoria,
- potencial elástica o
- potencial electromagnética.

La diversidad de calificativos con que solemos acompañar al término energía nos indica la propiedad (o propiedades) del sistema que intervendrá (o puede intervenir) en un proceso determinado, o el tipo de proceso en que participará el sistema.

El siguiente mapa conceptual profundiza en las diferentes formas de energía nombradas:

Algunos ejemplos

Tipo de energía del sistema | Ejemplo
Energía cinética: el viento hace mover el aspa del molino, este movimiento genera la transformación de la energía cinética en eléctrica. |
Energía potencial gravitatoria: energía "almacenada" en la altura del agua. Al abrir las compuertas el agua cae, moviendo las turbinas transformando la energía potencial del agua en energía eléctrica. |
Energía potencial elástica: objeto elástico al ser deformado "almacena" energía potencial elástica. |
Energía potencial eléctrica: se transporta por el movimiento de las cargas eléctricas y se transforma en luz y energía térmica en la lamparita. |

Video ejemplo

La ENERGÍA MECÁNICA (E_M) se define como la suma de la ENERGÍA CINÉTICA (E_c) y las ENERGÍAS POTENCIALES (E_p).

El siguiente video muestra la transformación de la Ep gravitatoria en Ec y viceversa en un columpio o hamaca:

Estudiamos algunas transformaciones de la energía

Las energías cinética y potencial se pueden transformar unas en otras, veamos algunos ejemplos:

- Transformación de energía potencial gravitatoria en energía cinética:

Figura 3. Montaña rusa con un carro cayendo desde su máxima altura.

En la montaña rusa de la figura, se observa un carro que está empezando a caer desde su máxima altura. En general, en este tipo de atracciones, el carro llega hasta ese lugar con una mínima velocidad, se detiene un instante antes de comenzar a caer. Este es un ejemplo claro de transformación de energía. La energía potencial gravitatoria que posee el carro, debida a la gran altura con respecto a la superficie terrestre, se transforma en energía cinética ya que adquiere velocidad.

- Transformación de energía cinética en energía potencial gravitatoria:

Figura 4. Joven realizando un salto en su patineta

En la foto se observa a un joven que ha transformado toda su energía cinética (energía que poseía cuando se venía moviendo por la rampa) en energía potencial gravitatoria (adquiere altura con respecto al piso). Un momento después de sacada la foto el patinador comenzará a descender y su energía potencial gravitatoria se convertirá en energía cinética nuevamente.

- Transformación de energía potencial gravitatoria en energía cinética y luego en energía  potencial elástica:

Figura 5. Joven realizando un puenting (bungee jump)

La foto muestra una joven realizando un deporte llamado puenting, consiste en tirarse desde un puente atado de una cuerda elástica. Las transformaciones de la energía que podemos analizar en este caso son:

- Antes de lanzarse la joven posee solamente energía potencial gravitatoria (porque se encuentra a una gran altura con respecto al río que se ve abajo).
- Cuando se deja caer la energía potencial gravitatoria se va convirtiendo en energía cinética, en determinado momento cuando la cuerda elástica queda vertical y comienza a estirarse (deformarse) la energía cinética comienza a transformarse (disminuye la velocidad) en energía potencial elástica (pues la cuerda comienza a estirarse).
- En el momento en que toda la energía cinética es transformada en elástica la joven se detiene por un instante y la energía potencial elástica (que está almacenada en la cuerda deformada) se empieza a transformar nuevamente en energía cinética y potencial gravitatoria.

Transformación de la energía en calor

Como resultado de las interacciones y consiguientes transformaciones de los sistemas, la energía se transforma en energía térmica. Es decir, los sistemas aislados evolucionan hacia estados más desordenados, que son más probables.

Cuando hablamos de "consumo de energía", "crisis energética", etc., no queremos decir que la energía desaparece, sino que se transforma en energía térmica, deja de ser útil para una nueva reutilización de la misma y la configuración del sistema ya no permite que tengan lugar cambios "macroscópicos".

En resumen, en toda transformación de la energía toda o parte de ella se convierte en energía térmica, pero esta energía térmica no puede transformarse totalmente en otro tipo de energía, por eso decimos que la energía se degrada, es decir, pierde su capacidad de volver a transformarse en otro tipo de energía.

Principio de conservación de la energía

Los cambios experimentados por los sistemas producen transformaciones de unas formas de energía en otras y/o transferencias de energía de unos sistemas a otros (o de unas partes del sistema a otras), pero la energía total  (la suma de todas las energías) de un sistema aislado permanece constante.

Si bien la energía total de un sistema aislado permanece constante, siempre que dicho sistema experimente cambios, necesariamente se han de producir transferencias y/o transformaciones de energía en su interior, aunque la suma de estas variaciones sea cero.

Otras "formas" de energía

Podemos incluir también como formas de energía:

- térmica (se relaciona con la diferencia de temperatura entre cuerpos)
- radiante (se relaciona con la emisión de radiación o luz)
- eléctrica (se relaciona con el movimiento de cargas eléctricas)
- química (se relaciona con la composición química de los materiales)
- nuclear (se relaciona con al emisión radiactiva).

Las podemos considerar como variaciones de las energías cinética o potencial.

Observa el siguiente mapa que lo resume:

Créditos

Bibliografía consultada/Sitios:

- Doménech, J., Gil-Pérez, D., Gras, A., Guisasola, J., Martínez-Torregrosa, J., Salinas, J., Trumper, R. y Valdés, P. (2003, diciembre). La enseñanza de la energía: una propuesta de debate para un replanteamiento global. Cad.Bras.Ens.Fís. 20 (3) p. 285-310. Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/291970350_La_ensenanza_de_la_energia_una_propuesta_de_debate_para_un_replanteamiento_global
- Hewitt, P. (2007). Física Conceptual. México: Addison Wesley Longman.
- Alvarenga, B. y Máximo, A. (1997). Física general. México: Oxford University
- Saravia, G., Segurola, B. y Swarcfiter, M. (2003). Ciencias Físicas II. Uruguay: Textos del Sur.
- da Silva, R., Bispo, A. y Silva, T. (2014, agosto). James Prescott Joule e o equivalente mecânico do calor: Reproduzindo as dificuldades do laboratorio. Revista Brasileira de Ensino de Física, 36 (3), 3309. Recuperado de: http://www.scielo.br/pdf/rbef/v36n3/09.pdf
- Fundación Desqbre. Descubre la energía. Guía didáctica. Recuperado de: https://fundaciondescubre.es/wp-content/uploads/2016/04/GuiaDidactica_DescubrelaEnergia.pdf

Imágenes:

- La energía y sus transformaciones: Photovoltaic Solar Energy Solar System Solar Panel|Autor: Canon EOS-1ds Mark IIi | Licencia: Dominio Público.
- Unidad de energía: SS-Joule| Autor: Kelson | Licencia: Dominio Público
- Unidad de energía: Plantilla con pizarra en escuela |Autor: Freepik |Licencia: Gratis para uso comercial con atribución al autor
- Formas de la energía: Mapa conceptual: Energía mecánica| Autor: Silvia Pedreira | Licencia: Gratis para uso comercial con atribución al autor.

Autoría del Módulo:  Profesores: Anarella Gatto, Sebastián Mendieta y Silvia Pedreira.

agatto@uruguayeduca.edu.uy

spedreira@uruguayeduca.edu.uy

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Junio de 2017.