ENERGIA.

1.3.1 DEFINICION.

La energía es la capacidad que posee la materia para realizar un trabajo.

Debemos comprender que el concepto de trabajo que aquí estamos empleando, se refiere al que la física define como la fuerza que se aplica a un cuerpo para que este se mueva en la dirección en la cual se ejerce la fuerza. Este concepto se analizara con mayor detalle en el curso de física, por el momento nos dedicaremos a analizar la relación que existe entre la materia y la energía para establecer que no puede existir una sin la otra.

1.3.2 Tipos de energía.

Existen dos formas fundamentales de energía: potencial y cinética.

Energía potencial. Esta es la energía que posee todo tipo de materia cuando se encuentra en reposo, es decir, sin movimiento con relación a otros objetos; esta, depende de la posición y la composición de la materia.

Se dice que la energía potencial que almacena la materia esta disponible para que realice un trabajo en un momento dado. Un ejemplo de ella es la que posee el agua de una presa o un resorte comprimido que se emplea para producir un trabajo. Matemáticamente la energía potencial se expresa de la siguiente manera:

ep=mgh

En donde: Ep= Energía Potencial (en erg o joules)

m= Masa de la materia (en g o kg)

g= Aceleración de la gravedad (en cm/s2 o m/s2)

h= Altura (en cm o m)

Energía cinética: A diferencia de la energía potencial, la energía cinética es la que poséela materia cuando se encuentra en movimiento. Retomando los ejemplos anteriores, si el agua almacenada en la presa se libera, es decir, se pone en movimiento, puede arrastrar cualquier objeto que se encuentre en su camino. Igualmente pasa con el resorte, al estar comprimido tiene almacenada energía potencial que, al liberarlo, se convierte en cinética y de esta manera puede mover algún objeto; o bien, la energía que poseen las moléculas en el estado gaseoso, como por ejemplo el vapor de agua muy empleando en la industria para realizar algún trabajo. La expresión matemática de esta energía es:

EC=1/2m v2

En donde: Ec = Energía cinética ( en erg o Joules)

m = Masa de la materia (en g o kg)

v = Velocidad (en cm/s o m/s)

1.3.3 MANIFESTACIONES.

Como mencionamos al principio, es difícil apreciar la energía como tal, lo que observamos son sus efectos. Por ejemplo, existen plantas hidroeléctricas en las cuales la producción de energía se realiza aprovechando la energía potencial y cinética del agua contenida en una presa o aquella que fluye por alguna cascada; la energía cinética provoca el movimiento de una turbina que, a su vez, puede generar electricidad. Esta última la empleamos para obtener luz, calor o algún otro servicio.

Además de las manifestaciones de la energía ya mencionadas, existen otras como la mecánica, que se observa en el movimiento de los cuerpos, por ejemplo, el de una turbina; la energía química, que se manifiesta en una reacción, por ejemplo, la combustión de la gasolina; la energía solar, que actualmente se emplea en algunas calcula-doras y relojes; la nuclear, que se aprovecha para producir electricidad y, la energía del viento o eólica, empleada para mover turbinas y generar electricidad, entre otras.

1.3.4 LEYES DE LA CONSERVACIÓN.(MASA; ENERGÍA; MATERIA; EINSTEIN; LAVOISER Y MEYER.)

En 1905, Albert Einstein demostró en su teoría de la relatividad especial que la masa y la energía son equivalentes. Como consecuencia, las leyes de conservación de la masa y de la energía se formularon de modo más general como ley de conservación de la energía y masa totales. La ley de conservación de la masa puede considerarse válida en las reacciones químicas (donde los cambios de masa correspondientes a la energía producida o absorbida no son mediales), pero no se cumple en las reacciones nucleares, donde la cantidad de materia que se convierte en energía es mucho mayor.

Un principio fundamental de la física clásica es la ley de conservación de la masa, que afirma que la materia no puede crearse ni destruirse. Esta ley se cumple en las reacciones químicas, pero no ocurre así cuando los átomos se desintegran y se convierte materia en energía o energía en materia (véase Energía nuclear; Rayos X: Producción de pares).

Ley de la conservación de la energía. Si analizamos el ejemplo del funcionamiento de un automóvil, nos daremos cuenta como la energía va sufriendo cambios, es decir, se va transformando. Al introducir la Have en el switch y girarla (energía mecánica) cerramos el circuito que activa la energía de la batería (energía química), produciéndose una corriente eléctrica (energía eléctrica) que alimenta al motor de arranque y a las bujías, en estas se produce la chispa que provoca la ignición de la gasolina comprimida en los cilindros (energía química), originando la explosión que provoca el movimiento del cigüeñal (energía mecánica) que hace que el automóvil se mueva. Además de este tipo de conversiones de la energía, pueden existir otros mas. Lo importante de esto es que la energía involucrada en cualquier proceso siempre se conserva manifestándose de alguna forma durante o después de llevado a cabo el

proceso del que se trate. Este hecho se expresa en la ley de la conservación de la energía, que dice: * La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.*

Ley de la conservación de la materia. En 1785, Lavoisier, al estudiar los cambios químicos que sufre la materia, demostró que cuando tienen lugar no existe variación alguna en la cantidad de la materia.

Lavoisier fundamento su teoría estudiando los fenómenos que se presentan duran-te la combustión. Demostró que el mercurio reacciona con cierta cantidad de aire (oxigeno) para producir un polvo rojo que hoy sabemos es el oxido de mercurio. Con este experimento comprobó que no hubo cambio en la cantidad de masa, durante la formaci6n del oxido de mercurio, estableciendo la ley de la conservación de la masa, que dice: *En todo cambio químico la materia no se crea ni se destruye.*

    3. Transformaciones en el mundo material: La energía

Para que un cuerpo o sistema material sufra transformaciones, tiene que interaccionar con otro.

El calor transferido entre dos cuerpos o sistemas materiales a distinta temperatura es un agente físico capas de producir transformaciones en la materia.

Cambios de estados provocados por el agente físico calor.

Se realiza trabajo sobre un cuerpo cuando este se desplaza bajo la acción de la fuerza que actúa total o parcialmente en la dirección del movimiento.

El calor y el trabajo son los agentes físicos que producen transformaciones en la materia.

Para mover el bloque el individuo debe realizar un trabajo sobre él

Una transformación es cualquier cambio de las propiedades iniciales de un cuerpo o sistema material. Por ejemplo, una cambio de posición, aumento o disminución de la temperatura, deformación o cambio de forma, cambio de volumen, etc.

La energía es la capacidad que tienen los cuerpos o sistemas materiales de transferir calor o realizar un trabajo, de modo que, a medida que un cuerpo o un sistema transfiere calor o realiza un trabajo su energía disminuye.

El café pierde energía y la trasfiere al hielo, que gana energía. En conjunto la energía total sigue siendo la misma

Para más información sobre la energía y el calor pincha aquí.

 

 

    4. Las variaciones de energía en los sistemas materiales

    Las transformaciones que suceden en los sistemas materiales pueden describirse mediante los cambios que se producen en la energía de dichos sistemas.

Transformación de la  energía

Las diversas formas de energía que conocemos son las siguientes:

Energía potencial: es la que tienen los cuerpos cuando están en una posición distinta a la de equilibrio

Energía cinética: es la que tienen los cuerpos por el hecho de moverse a cierta velocidad.

Energía térmica: es la que tienen los cuerpos en función de su temperatura.

Energía química: es la que se desprende o absorbe en las reacciones químicas

En todas las transformaciones de energía se cumple el principio de conservación de la energía: La energía puede transformarse de unas formas en otras o transfiere de unos cuerpos a otros, pero, en conjunto, permanece constante.

La energía y sus formas:

Energía mecánica: Es la que poseen los cuerpos por el hecho de moverse a una determinada velocidad (cinética) o de encontrarse desplazados de su posición (potencial).

Energía térmica: Esta energía se debe al movimiento de los átomos o moléculas que componen un cuerpo. La temperatura es la medida de esta energía.

Energía eléctrica: Es la que produce por ejemplo una pila o una batería de un coche.

Energía electromagnética: Es la que transportan las llamadas ondas electromagnéticas, como la luz, las ondas de radio, y TV, las microondas, etc.

Energía interna: Bajo esta denominación se engloban todas las formas de energía existentes en el interior de un cuerpo.

Energía química: Es la energía que se desprende o absorbe de las reacciones químicas, como, por ejemplo, en una reacción de combustión.

Energía nuclear: Es la que se genera en los procesos de fisión nuclear (ruptura del núcleo atómico) o de fusión nuclear (unión de dos o más núcleos atómicos).

Formas de energía

Para más información sobre la energía y los tipos de energía pincha aquí.

ENERGÍA QUÍMICA: Es la producida por reacciones químicas que desprenden calor o que por su violencia pueden desarrollar algún trabajo o movimiento. Los alimentos son un ejemplo de energía química ya que al ser procesados por el organismo nos ofrecen calor (calorías) o son fuentes de energía natural (proteínas y vitaminas). Los combustibles al ser quemados producen reacciones químicas violentas que producen trabajo o movimiento

origen: Energía http://es.shvoong.com/exact-sciences/physics/159191-energ%C3%ADa/#ixzz1Ih7lCAEI

ENERGÍA NUCLEAR: Es energía liberada por los átomos, la misma que hace que el sol brille, la más poderosa que se conoce. La energía nuclear resultó muy atractiva porque con ella se podría producir cualquier cantidad de energía sin límites; utilizando un combustible que nunca se agotaría. Sin embargo resultó ser muy complicada, cara, contaminante y peligrosa. Y hoy día suple alrededor del 5% de las necesidades mundiales de energía

origen: Energía http://es.shvoong.com/exact-sciences/physics/159191-energ%C3%ADa/#ixzz1Ih7sBbK8

Energía QuímicaLa energía química es una forma de energía potencial. En la definición más estricta, la energía química es la energía involucrada en el lazo formado entre dos átomos. Cada átomo dentro de un compuesto químico involucra diferentes cantidades de energía.

Cuando uno de estos lazos se rompe, ocurre una reacción química y es cuando se usa energía química. El lazo es liberado y es reusado ya sea en forma de nuevos lazos con otros átomos o se libera en forma de calor.

Uno no puede ve ro tocar la energía química, pero puedes ver cuándo es liberada a la hora que ocurre la reacción. Un gran ejemplo de energía química es cuando un tubo de dinamita explota. La molécula de TNT es convertida en agua, dióxido de carbono y monóxido de carbono. Muchos lazos de rompen, y la energía que mantenía estos lazos unidos provee la energía necesaria para crear los nuevos lazos. Toda la energía que sobra es lo que vemos en forma de explosión.

Tipos de Reacciones Químicas

Algunas reacciones químicas liberan calor cuando ocurren y otras necesitan calor para que ocurran. Las reacciones que liberan el calor son llamadas exotérmicas. La explosión de la dinamita es un ejemplo de esto.

Las reacciones que requieren de calor son llamadas endotérmicas. Un ejemplo de este tipo de reacciones es un paquete de hielo químico. Cuando rompemos el empaque y los químicos dentro de el se liberan, la reacción le quita calor a lo que lo rodea y por lo tanto sientes frío.

II. Energia Nuclear

La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión Nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión Nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar basándose en la relación Masa-Energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.

Con relación a la liberación de energía, una reacción nuclear es un millar de veces más energética que una reacción química, por ejemplo la generada por la combustión del combustible fósil del metano.

Radiaciones

a. Son radiaciones con energía necesaria para arrancar electrones de los átomos. Cuando un átomo queda con un exceso de carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, se dice que se ha convertido en un ión (positivo o negativo).

Son radiaciones ionizantes los rayos X, las radiaciones alfa, beta, gamma y la emisión de neutrones.

La radiación cósmica (proveniente del Sol y del espacio interestelar) también es un tipo de radiación ionizante, pues está compuesta por radiaciones electromagnéticas y por partículas con gran cantidad de energía. Es así como, los llamados rayos cósmicos blandos, se componen principalmente de rayos gamma, electrones o positrones, y la radiación cósmica primaria (que llega a las capas más altas de la atmósfera) se compone fundamentalmente de protones. Cuando la radiación cósmica interactúa con la atmósfera de la Tierra, se forman en ella átomos radiactivos (como el Tritio y el Carbono-14) y se producen partículas alfa, neutrones o protones.

Las radiaciones ionizantes pueden provocar reacciones y cambios químicos con el material con el cual interaccionan. Por ejemplo, son capaces de romper los enlaces químicos de las moléculas o generar cambios genéticos en células reproductoras.

b. Radiaciones Ionizantesc. Radiaciones No Ionizantes

Son aquellas que no son capaces de producir iones al interactuar con los átomos de un material.

Las radiaciones no ionizantes se pueden clasificar en dos grandes grupos: los campos electromagnéticos y las radiaciones ópticas.

Dentro de los campos electromagnéticos se pueden distinguir aquellos generados por las líneas de corriente eléctrica o por campos eléctricos estáticos. Otros ejemplos son las ondas de radiofrecuencia, utilizadas por las emisoras de radio en sus transmisiones, y las microondas utilizadas en electrodomésticos y en el área de las telecomunicaciones.

Entre las radiaciones ópticas se pueden mencionar los rayos láser, los rayos infrarrojos, la luz visible y la radiación ultravioleta. Estas radiaciones pueden provocar calor y ciertos efectos fotoquímicos al actuar sobre el cuerpo humano.

Fisión Nuclear

Es una reacción nuclear que tiene lugar por la rotura de un núcleo pesado al ser bombardeado por neutrones de cierta velocidad. A raíz de esta división el núcleo se separa en dos fragmentos acompañado de una emisión de radiación, liberación de 2 ó 3 nuevos neutrones y de una gran cantidad de energía (200 MeV) que se transforma finalmente en calor.

Los neutrones que escapan de la fisión, al bajar su energía cinética, se encuentran en condiciones de fisionar otros núcleos pesados, produciendo una Reacción Nuclear en Cadena. Cabe señalar, que los núcleos atómicos utilizados son de Uranio - 235.

El proceso de la fisión permite el funcionamiento de los Reactores Nucleares que actualmente operan en el mundo.

Fusión Nuclear

La fusión nuclear ocurre cuando dos núcleos atómicos muy livianos se unen, formando un núcleo atómico más pesado con mayor estabilidad. Estas reacciones liberan energías tan elevadas que en la actualidad se estudian formas adecuadas para mantener la estabilidad y confinamiento de las reacciones.

La energía necesaria para lograr la unión de los núcleos se puede obtener utilizando energía térmica o bien utilizando aceleradores de partículas. Ambos métodos buscan que la velocidad de las partículas aumente para así vencer las fuerzas de repulsión electrostáticas generadas al momento de la colisión necesaria para la fusión.

Para obtener núcleos de átomos aislados, es decir, separados de su envoltura de electrones, se utilizan gases sobrecalentados que constituyen el denominado Plasma Físico. Este proceso es propio del Sol y las estrellas, pues se tratan de gigantescas estructuras de mezclas de gases calientes atrapadas por las fuerzas de gravedad estelar.

El confinamiento de las partículas se logra utilizando un "Confinamiento Magnético", o bien un "Confinamiento Inercial". El Confinamiento Magnético aprovecha el hecho que el plasma está compuesto por partículas (núcleos) con carga eléctrica. Se sabe que si una de estas partículas interactúa con un Campo Magnético su trayectoria y velocidad cambian, quedando atrapadas por dicho Campo. El Confinamiento Inercial permite comprimir el plasma hasta obtener densidades de 200 a 1000 veces mayor que la de sólidos y líquidos. Cuando se logra la compresión deseada se eleva la temperatura del elemento, lo que facilita aún más el proceso de la fusión.

La fusión nuclear se puede representar por el siguiente esquema y relación de equilibrio:

2H + 2H 3He + 1n+ 3,2 MeV