TRANSMITE Educadores Contenidos 1. La energía solo se transmite............................. 1 2. Cómo se mueve la energía de un cuerpo a otro................... 2 3. La energía puede transformarse........................... 3 4. La energía se desperdicia............................... 4 5. Preguntas abiertas.................................. 4 Calor Mecanismos por los que se transmite Trabajo Masa La energía solo se transmite de unos cuerpos a otros al transmitirse Puede transformarse Ley de Conservación de la Energía al transmitirse, tiene que seguir unas Reglas Segundo Principio de la Termodinámica
TRANSMITE 2 1 La energía solo se transmite El número de procesos de nuestra vida cotidiana que podemos pensar en relación con la energía es inmenso. Y muchos de ellos son totalmente diferentes en cómo suceden, los aparatos que se ven involucrados, etc. Pero en el fondo, todos los procesos se reducen al mismo: En todos los procesos la energía se transmite de un cuerpo a otro, y en estas transmisiones no desaparece nada de energía. 2 Esta idea tiene varios nombres: Primer Principio de la Termodinámica y Ley de Conservación DEF. Primer de la Energía son los más normales. Seguro que a veces la habremos oído enunciar de otra Principio de la Termodinámica manera: la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. DEF. Ley de Conservación de la Energía Cómo se mueve la energía de un cuerpo a otro Sin energía, nada cambiaría; todo permanecería igual a lo largo del tiempo. Por tanto, cualquier proceso tiene una dimensión energética. Así, mientras ocurre el proceso, un cuerpo va perdiendo energía y otros la van ganando. Por ejemplo, al lanzar un objeto, nosotros hacemos un esfuerzo para impulsarlo consumiendo parte de nuestra energía. El objeto absorbe esta energía y la almacena en forma de energía cinética. En el momento de soltarlo, nosotros hemos perdido energía y el objeto tiene más que al principio, pero en total, la energía es la misma. Queda repartida de otra forma. Lo que nos suele interesar de los procesos la mayoría de las veces no es la energía que tiene un cuerpo u otro en términos absolutos, sino cómo y cuánta se transmite, o sea: cómo y cuánta entra o sale de él. Hay tres mecanismos por los que puede entrar o salir energía de un cuerpo: Intercambiando calor. Si tenemos un cuerpo a mucha temperatura y lo ponemos en contacto con algo más frío, saldrá energía de él a medida que se vaya enfriando. Esa energía la absorberá el cuerpo que inicialmente estaba frío, que se irá calentando. A la energía que se intercambia de esta manera le solemos llamar calor.
TRANSMITE 3 Intercambiando trabajo. Un cuerpo puede ceder energía a otro ejerciendo un trabajo sobre él, por ejemplo, desplazándolo, aplastándolo, deformándolo (todos ejemplos de trabajo mecánico), o cargándolo eléctricamente. 1 Intercambiando masa. Algunas formas de energía están ligadas a la naturaleza y cantidad de la sustancia que forma un cuerpo, por ejemplo la energía química almacenada en él. Por tanto, si se añade más sustancia a un cuerpo, éste ganará la energía contenida en la masa que recibe. Es decir, que cuando ingerimos un alimento, ganamos la energía que éste contiene en forma química. Si ingerimos más cantidad, ganaremos más energía. 3 La energía puede transformarse Todas las sustancias contienen energía almacenada de todas las formas posibles: energía interna, energía mecánica, energía química, energía nuclear, energía eléctrica y energía electromagnética, aunque algunas veces, la proporción de energía almacenada de algunas de estas formas puede ser diminuta frente a las demás. Podría una sustancia cambiar la forma de la que almacena su energía? La respuesta es fácil: sí, aunque no es igual de fácil pasar de unas formas de energía a otras. Un ejemplo cotidiano es cuando un cuerpo transforma su energía potencial en energía cinética mientras cae desde una cierta altura. Otro ejemplo cotidiano es cuando nos frotamos las manos porque tenemos frío, y transformamos la energía del movimiento en energía interna, valiéndonos de la fricción. Muchas veces, una cierta cantidad de sustancia está obligada por su propia naturaleza a almacenar una cantidad de energía de una sola forma. Si se intentase cambiar de forma de energía, seguramente la sustancia se convertiría en otra cosa. Por ejemplo, si intentásemos hacer que la energía química de un litro de gasolina se transformase en energía interna, tendríamos que quemar la gasolina y dejaría de serlo. 1 En ocasiones es muy difícil distinguir el calor y el trabajo. No obstante, los ejemplos puestos aquí son suficientes para formarse una idea intuitiva.
TRANSMITE 4 Sin embargo, es muy frecuente que la energía se almacene de distinta forma cuando la transmitimos de un cuerpo a otro. Por ejemplo, la energía contenida en la gasolina de un coche acaba transmitiéndose al conjunto del vehículo, que la almacena principalmente en forma de energía mecánica. En una central eléctrica de carbón, la energía química acaba transmitiéndose a los cables de la red, en donde viaja como energía eléctrica. 4 La energía se desperdicia Reflexionemos sobre la Ley de Conservación de la Energía. 2 El hecho de que la energía total siempre sea la misma, que no pueda desaparecer, puede hacernos pensar que se puede usar indefinidamente. Desde antiguo hay inventores que han intentado ingeniar máquinas que nunca parasen de moverse a base de dar y recibir la misma cantidad de energía...y sin embargo, no es posible. En todo lo que ocurre, en todos los procesos, se desperdicia parte de la energía. No desaparece, es que pasa a un cuerpo en donde ya no resulta útil: el entorno, todo lo que nos rodea. Dicho de otro modo: cuando nosotros hacemos cualquier cosa, parte de la energía realmente acaba usándose para nuestro propósito, pero otra parte acaba siendo absorbida por el entorno, generalmente en forma de calor. La idea de que en todo proceso se desperdicia parte de la energía se llama Segundo Principio de la Termodinámica. Esto es lo que da lugar al concepto de eficiencia energética de un proceso, que es una comparación entre cuánta energía realmente conseguimos aprovechar con cuánta realmente gastamos. El indicador básico es precisamente el cociente entre la energía aprovechada y la realmente consumida en un proceso, aunque para algunas aplicaciones se usan otros más sofisticados. Dependiendo del contexto específico de que se trate, puede recibir diversos nombres. En el contexto de motores en general, suele hablarse de rendimiento, en electrodomésticos, eficiencia energética y en climatización coeficiente de rendimiento estacional, entre otros. Este concepto es fundamental hoy en día tanto para el diseño como para la comercialización de máquinas y aparatos. Todos los electrodomésticos comercializados en Europa deben incluir una etiqueta de eficiencia energética en donde se especifican sus prestaciones energéticas mas relevantes. 3 2 Ver Qué es la energía? 3 Para mayor detalle puede consultarse la página web dedicada a la eficiencia energética en la web de la Comisión Europea: http://ec.europa.eu/energy/efficiency/index_en.htm DEF. Segundo Principio de la Termodinámica DEF. eficiencia energética
TRANSMITE 5 5 Preguntas abiertas: Lo que uno debe aprender a analizar a su alrededor Para poder usar la energía más racionalmente y progresar hacia la sostenibilidad, es muy importante aprender a analizar de qué manera se transmite la energía en los procesos que nos rodean: De dónde proviene la energía que utilizamos en todas las actividades del día? Nosotros y las máquinas y aparatos que usamos constantemente... La energía de la gasolina del coche, en qué se emplea? Seguro que una parte en mover el vehículo, pero, y el resto? Qué mecanismos de transmisión de energía tienen lugar? Cómo acaba la energía llegando al entorno? Cuando uno se zambulle en una piscina, al entrar en el agua, se frena rápidamente. Qué cuerpo recibe la energía cinética que uno pierde? Cómo la almacena? Dónde termina esa energía al cabo de un tiempo? Qué ahorra más energía, tener una bombilla de incandescencia apagada un minuto o sustituirla por una equivalente de LED? Qué motivos puede haber para que una bombilla de LED transforme la energía eléctrica en energía luminosa de forma más eficiente que una de incandescencia? Qué proporción de la energía que usamos proviene de fuentes renovables?