La ley de conservación de energía
Conoce a George. Es temprano en la mañana y está haciendo algunas de sus cosas favoritas. Le encanta correr tras su pelota, le encanta en especial desayunar y le encanta ver televisión. Todas estas actividades tienen algo muy importante en común. Todos están cambiando una forma de energía por otra. George, que persigue su pelota, convierte la energía potencial en energía cinética. El cuerpo de George convierte la energía química de los alimentos en energía mecánica. Y el televisor convierte la energía eléctrica en energía electromagnética. Y todas estas actividades nos muestran que la energía se conserva.
La Ley de Conservación de la Energía también se conoce como Primera Ley de la Termodinámica. Nos dice que la energía no se puede crear ni destruir. En nuestros ejemplos con George, vimos que la energía puede haber cambiado de tipo, pero la cantidad total de energía es la misma antes y después de cualquier proceso.
¿Qué es energía?
Antes de empezar a mirar más a fondo la conversión de energía, recordemos brevemente qué es la energía. La energía se puede definir simplemente como la capacidad de realizar un trabajo o provocar un cambio. Hay dos tipos generales de energía. El primer tipo es la energía cinética , que es la energía del movimiento. La energía cinética de un objeto depende tanto de su masa como de su velocidad, o rapidez.
Para ayudar a entender esto, pensemos en George corriendo con su amiga Ellie. Ambos corren a la misma velocidad a unas 6 mph. Pero puedes ver que Ellie es mucho más pequeña que George; en términos científicos diríamos que tiene menos masa. ¿Qué perro crees que está haciendo más trabajo y tiene la mayor energía cinética? Tendrías razón si dijeras George. George tiene más masa y tiene que trabajar más para correr a la misma velocidad que Ellie. Cuanto más trabajo se realiza, mayor es la energía cinética.
El segundo tipo general de energía es la energía potencial . Ésta es la energía de la posición. Hay dos tipos de energía potencial. Los objetos que se pueden estirar poseen energía potencial elástica. Los objetos en altura poseen energía potencial gravitacional. A menudo se piensa que la energía potencial es energía almacenada lista para ser utilizada más tarde. Este tipo de energía tiene el potencial de funcionar.
¿Qué es la Ecuación de la Energía en Termodinámica?
George y Ellie están muy emocionados porque la pelota está a punto de ser lanzada para ellos. Puedes ver la pelota sobre la cabeza de esta persona. Tiene energía potencial gravitacional. Decimos que la pelota tiene energía potencial en este punto porque está lista para trabajar. Tan pronto como se suelta la pelota, la energía potencial se transfiere a energía cinética y la pelota se mueve por el aire.
Es posible que haya oído hablar de otros tipos de energía. Tanto la energía cinética como la potencial pueden tener una variedad de formas diferentes. Las diferentes formas de energía incluyen energía mecánica, energía térmica (o calor), energía química, energía eléctrica, energía electromagnética y energía nuclear.
Conversiones entre formas de energía
Ahora que conocemos los diferentes tipos de energía, pensemos en las formas en que se convierten. Nos encontramos con conversiones de energía todo el tiempo. Vimos justo al comienzo de la lección cómo las actividades de George involucraban diferentes conversiones de energía. Recuerde que aprendimos que George, al perseguir su pelota, convierte la energía potencial en energía cinética. También aprendimos que el cuerpo de George convierte la energía química de los alimentos en energía mecánica. Y finalmente, aprendimos que el televisor convierte la energía eléctrica en energía electromagnética. El punto importante es que la energía siempre se convierte de una forma a otra.
Pensemos ahora en un ejemplo más de conversión de energía.
George es un perro excepcional porque está a punto de esquiar montaña abajo. Podemos pensar en las diferentes conversiones de energía a medida que avanza. En este momento, George simplemente se sienta sobre sus esquís en la cima de la montaña. Tiene energía potencial gravitacional. Su posición en la cima de la montaña le da potencial para trabajar. Cuando George se aleja de la montaña, la energía potencial se convierte en energía cinética porque se está moviendo. Cuanto más rápido va, más energía cinética tiene.
Gestión por Procesos (BPM): Definición, Características y Ejemplos
¡Oh wow! George salta sobre un gran trozo de nieve y vuelve a estar en el aire. La energía cinética se convierte brevemente de nuevo en energía potencial gravitacional mientras George está suspendido en el aire. Cuando vuelve a bajar, la energía potencial gravitacional se convierte nuevamente en energía cinética y continúa esquiando. Ahora, George está llegando al pie de la montaña y está disminuyendo la velocidad. ¿Sabes por qué?
La respuesta es la fricción . La fricción se opone al movimiento. A medida que los esquís y la nieve se frotan, experimentan fricción. Los átomos y las moléculas tanto de la nieve como de los esquís se mueven más rápidamente. Los átomos y las moléculas se mueven cada vez más rápido y la energía térmica, o calor, aumenta. Aquí, la energía cinética se ha convertido en energía térmica. George reduce la velocidad, pero la energía no se destruye.
Energía y Materia
A principios del siglo XX se modificó levemente la Ley de Conservación de la Energía. Albert Einstein publicó su teoría de la relatividad especial. ¡Esta teoría decía que a veces se puede crear energía al destruir la materia! Este proceso no es importante para los ejemplos que hemos visto hasta ahora, pero es muy importante en las reacciones nucleares. Las reacciones nucleares producen cantidades significativas de energía al destruir cantidades muy pequeñas de materia.
El descubrimiento de Einstein significa que, en algunas situaciones, la energía por sí sola no se conserva. Pero es cierto que la materia y la energía juntas siempre deben conservarse. Así como se pueden convertir diferentes formas de energía, la materia y la energía se pueden convertir de una a otra.
Resumen de la lección
Veamos lo que hemos aprendido. Hemos aprendido que la Ley de Conservación de la Energía establece que la energía no se puede crear ni destruir. También se conoce como la Primera Ley de la Termodinámica. La energía se puede describir simplemente como la capacidad de realizar un trabajo o provocar un cambio. Los dos tipos principales de energía son la energía cinética , que es la energía del movimiento, y la energía potencial , la energía de la posición.
La energía siempre se convierte de una forma a otra. Vimos que la fricción se opone al movimiento. Un resultado importante de la fricción es la conversión de energía mecánica en energía térmica o calor, y tiene el efecto de ralentizar los objetos.
Finalmente, vimos que la teoría de la relatividad especial de Einstein cambió ligeramente la Ley de Conservación de la Energía para incluir la materia. Su descubrimiento mostró que a veces la energía se crea al destruir la materia. Para la mayoría de los procesos, esto no es importante, pero es importante en las reacciones nucleares en las que se crean grandes cantidades de energía al destruir una pequeña cantidad de materia. La inclusión de este pequeño cambio significa que la materia y la energía juntas siempre deben conservarse.
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