1. ¿Qué es la Energía?

Definición:

• Capacidad de realizar trabajo o producir calor.
• Capacidad de producir un cambio en la materia (Zemansky, 1984).

Ejemplos:

• Las personas obtienen energía de los alimentos.
• Energía en movimiento, calor, luz, etc.

Características:

• No tiene masa ni volumen.
• Solo se observa por sus efectos y se puede medir.
• Puede estar contenida en una materia o transferirse.
• Nunca se destruye, solo se transforma.
• Se manifiesta de distintas formas.

1.1 Funcionamiento de la Energía

Ejemplo de una bicicleta:

• Energía cinética: Movimiento del ciclista y la bicicleta.
• Energía química: Energía de los alimentos convertida en energía cinética.
• Energía mecánica: Suma de energía cinética y potencial (altura del ciclista).

Medición de la Energía:

• Experimento de Joule (1840): Demostró que el calor es una forma de energía.
• Unidad de medida: Joule (J).

1.2 Energía en Movimiento

Flujo de energía en ecosistemas:

• Fuente principal: El Sol.
• Fotosíntesis: Transformación de luz en materia orgánica por las plantas.
• Cadena alimenticia:
  • Productores: Plantas.
  • Consumidores primarios: Animales herbívoros (e.g., conejos).
  • Consumidores secundarios: Depredadores de herbívoros (e.g., serpientes).
  • Consumidores terciarios: Depredadores de depredadores (e.g., águilas).

2. La Energía en Nuestra Vida Diaria

Presencia de energía:

• Aparatos electrónicos, luz solar, movimiento de las olas, tormentas eléctricas, medios de transporte, y dentro del cuerpo humano.

Importancia de la sostenibilidad:

• Reducir la huella ambiental.
• Usar fuentes de energía más limpias y renovables.

2.1 Energía en una Colisión

Colisiones:

• Elásticas: No hay deformación permanente (e.g., bolas de billar).
• Inelásticas: Hay deformación permanente (e.g., choque de autos).

Transferencia de energía:

• Depende del material, peso, velocidad, tipo de choque, etc.
• Objetos más rápidos o pesados transfieren más energía.

2.2 Energía en los Alimentos

Energía en la comida:

• Proporciona energía para todas las actividades.
• Se mide en calorías (cal).

Alimentos energéticos:

• Manzanas, huevos, salmón, plátanos, frijoles, almendras.

¿Cómo se Manifiesta la Energía?

Definición: La energía se manifiesta en diferentes formas en el universo.

Clasificación:

• Intervención humana para controlarla.
• Sin intervención humana.

Fuentes de Energía

Naturales (sin intervención humana):

• Energía solar: Radiaciones luminosas, caloríficas y electromagnéticas del sol.
• Energía bioquímica: Desarrollo de seres vivos.

Con intervención humana:

• Energía hidráulica: Movimiento del agua aprovechado con mecanismos artificiales.
• Energía térmica: Transferencia de calor entre objetos de diferentes temperaturas.

Energía en Campos Electromagnéticos

• Fuerza electromagnética: Afecta materiales como níquel, hierro, cobalto, imanes.
• Manifestaciones: Generación de atracción o repulsión.
• Definición de energía magnética: Capacidad de realizar trabajo mecánico; almacenamiento en conductores.
• Origen: Movimiento de cargas eléctricas.
• Aplicaciones: Brújulas, motores, alternadores, tomógrafos magnéticos.
• Limitaciones: Intensidad insuficiente en materiales naturales para grandes objetos o trabajo pesado.

Energía Térmica

• Definición: Calor transferido entre cuerpos de diferente temperatura.
• Formas de transmisión: Radiación, conducción, convección.

Ejemplos:

• Energía solar térmica: Calentamiento solar de fluidos (agua, aire, aceite).
• Celdas solares fotovoltaicas: Convierten luz solar en electricidad.
• Energía geotérmica: Calor del interior de la tierra, independiente de condiciones ambientales.

Aplicaciones:

• Calentadores solares: Calientan agua en hogares.
• Paneles solares: Generan electricidad.

Energía Cinética

• Definición: Energía producida por el movimiento de los cuerpos.
• Factores: Masa y velocidad.
• Característica: Energía cinética cuadruplica si la velocidad se duplica.
• Fórmula: E_k = ½ m v²
  • m: Masa (kg)
  • v: Velocidad (m/s)
• En reposo: Energía cinética es cero julios (E_k = 0J).

Formas de Transferencia de Energía

• Capacidad de la energía: Moverse y transformarse de diversas maneras.
• Transferencia: Entre objetos y sistemas, y al interior de estos.

Transferencia de Energía por Calor

Definición:

• Intercambio entre dos sistemas en desequilibrio térmico (diferente temperatura).
• Energía pasa del sistema de mayor temperatura al de menor.
• Sistemas a igual temperatura: equilibrio térmico, no hay intercambio de calor.

Ejemplo:

• Vaso de agua a 10 °C del refrigerador, ambiente a 25 °C.
• Ambiente transfiere energía térmica al vaso hasta alcanzar el equilibrio térmico (25 °C).

Formas Principales de Transferencia de Energía Térmica

1. Conducción:

• Transferencia mediante contacto directo entre cuerpos.
• Ejemplo: Un trozo de metal se calienta al acercarse a una fogata.

2. Convección:

• Transferencia mediante movimiento de partículas en fluidos (líquidos o gases).
• Ejemplo: Sentir el calor al poner las manos sobre una fogata.

3. Radiación:

• Transferencia por ondas electromagnéticas.
• Ejemplo: Sentir el calor al acercarse a una fogata por un costado.

Transformación de la Energía

• Definición: Transferencia de energía de un cuerpo con más energía a uno con menos.
• Cambio de forma: Siempre cambia de forma al transferirse.

Ejemplos:

• Combustión de gasolina: Energía cinética para el movimiento del vehículo, energía térmica no utilizada.
• Encender una bombilla: Energía eléctrica a luminosa, energía térmica no utilizada.
• Baterías de litio: Reacciones químicas generan energía electromagnética en celulares, energía térmica no utilizada.

Instrumentación para Medir la Energía

1. Energía Eléctrica:

• Medidores de energía eléctrica: Miden consumo en kWh. Comunes en hogares y empresas.

2. Energía Térmica:

• Termómetros:
  • Miden temperatura, indirectamente miden energía térmica
  • Tipos: Mercurio, digital, infrarrojo.

3. Energía Cinética y Potencial:

• Medidores de presión: Miden presión en sistemas de fluidos (aire en neumáticos, sistemas hidráulicos).

4. Consumo de Energía en Vehículos:

• Computadoras de a Bordo (OBD-II): Proporcionan datos sobre rendimiento y consumo de combustible en vehículos recientes.

Conclusión

La instrumentación para medir la energía es crucial en diversos campos para:

• Controlar y optimizar procesos.
• Evaluar el rendimiento de dispositivos y sistemas.
• Tomar decisiones informadas.

Tipos de Energía Medidas

• Eléctrica
• Térmica
• Cinética
• Potencial

La elección del instrumento adecuado depende del tipo de energía y el contexto de la medición.