Energía - Diferentes manifestaciones

La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias, se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza, tal como dije en la anterior entrada. La energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento (cinética), de posición (potencial), ya mostradas, conformando la energía mecánica, pero también de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etcétera.

Según sea el proceso, la energía se denomina: 1.- Energía Térmica, 2.- Energía Eléctrica, 3.- Energía Radiante, 4.- Energía Química, 5.- Energía Nuclear, veamos cada una de ellas.

La Energía Térmica se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro, que esté a mayor temperatura. Cuando dos cuerpos, a diferentes temperaturas, se ponen en contacto, el caliente comunica energía al frío. El tipo de energía que se cede de un cuerpo a otro, como consecuencia de una diferencia de temperaturas, es lo que se llama energía térmica.

Si observáramos un trozo de metal, a nivel de sus moléculas, veríamos que éstas están unas junto a otras vibrando, mientras que si observamos un gas, las moléculas se mueven ocupando todo el recipiente que las contiene, o dicho en otras palabras, las moléculas tienen energía cinética o energía de movimiento.

Cuando dos cuerpos se ponen en contacto se produce una cesión de energía a nivel molecular. El cuerpo de mayor temperatura poseerá moléculas con mayor energía cinética, que podrán ceder a las del cuerpo de menor temperatura, del mismo modo que una bola rápida que choca con una lenta, la acelera; este tránsito de energía mecánica microscópica, cuyo efecto conjunto es el calor, se mantendrá en tanto aquéllas no se igualen.

Según el enfoque característico de la teoría cinético-molecular, la energía térmica de un cuerpo es la energía resultante de sumar, todas las energías mecánicas asociadas a los movimientos de las diferentes partículas que lo componen.

Se trata de una magnitud que no se puede medir en términos absolutos, pero es posible, sin embargo, determinar sus variaciones. La cantidad de energía térmica que un cuerpo pierde o gana en contacto con otro, a diferente temperatura, recibe el nombre de calor. El calor constituye, por tanto, una medida de la energía térmica puesta en juego en los fenómenos caloríficos.

La Energía Eléctrica es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, tres efectos: luminoso, térmico y magnético. Por ejemplo, la transportada por la corriente eléctrica en nuestras casas y que se manifiesta al encender una lámpara.

Los humanos tenemos una relación íntima con la electricidad, hasta el punto de que es virtualmente imposible separar nuestras vidas de ella, incluso en el rincón más solitario del mundo, la electricidad existe. Si no es un rayo producido por una tormentosa nube o una chispa de electricidad estática al tocar algo. Entonces puede ser la que se recorre nuestro cuerpo a través del sistema nervioso, haciendo que nuestro cerebro funcione y podamos movernos.

No fue hasta el año 1897, que los científicos descubrieron la existencia de los electrones – y aquí es donde comienza la electricidad. Como ya mostré, la materia se compone de átomos. Si divides algo en partes lo suficientemente pequeño conseguirás un núcleo orbitando con uno o más electrones, cada uno con una carga negativa.

En muchos materiales, los electrones están fuertemente atados a los átomos. La madera, el cristal, el plástico, la cerámica, el aire, etcétera – son ejemplos de materiales donde los electrones se pegan con sus átomos. Al no poder moverse los electrones, estos materiales no pueden conducir la electricidad demasiado bien, o en absoluto. Estos materiales son aislantes eléctricos.

Sin embargo, muchos metales tienen electrones que pueden separarse de sus átomos y moverse alrededor. Se llaman electrones libres, y pueden hacer que la electricidad fluya fácilmente por sus materiales, por lo que se llaman conductores eléctricos. Pueden conducir la electricidad.

Los electrones en movimiento transmiten la energía eléctrica de un punto a otro. Sea como sea, la electricidad necesita un conductor para moverse. También se necesita algo para que la electricidad fluya de un punto a otro a través de dicho conductor. Una de las maneras de hacerlo es usando un generador.

Si mueves un imán hacia un clip de papel metálico, forzarás a los electrones dentro del clip a que se muevan. De forma similar, si permites a los electrones que se muevan por un cable metálico, un campo magnético se formará alrededor del cable.

Hay un enlace definitivo entre el fenómeno de la electricidad y el magnetismo. Un generador de electricidad es simplemente un dispositivo que mueve un imán cerca de un cable para crear una afluencia de electrones.

Una manera simple de pensar en un generador, es imaginarlo como una bomba empujando agua a través de un conducto. Sin embargo, en lugar de empujar agua, un generador usa un imán para empujar electrones por el conducto.

Entonces, lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueve siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM) o generador.

La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulación periódicamente y por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en hertz (Hz) tenga esa corriente . A la corriente directa (C.D.) también se le llama "corriente continua" (C.C.).

Al descubrirse los electrones como parte integrante de los átomos y principal componente de las cargas eléctricas, se descubrió también que las cargas eléctricas que proporciona una fuente de FEM (Fuerza Electromotriz), se mueven del signo negativo (–) hacia el positivo (+), de acuerdo con la ley física de que "cargas distintas se atraen y cargas iguales se rechazan".

Para que una corriente eléctrica circule por un circuito es necesario que se disponga de tres factores fundamentales:

- Una fuente de fuerza electromotriz (FEM) como, por ejemplo, una batería, un generador o cualquier otro dispositivo capaz de bombear o poner en movimiento las cargas eléctricas negativas cuando se cierre el circuito eléctrico.

- Un camino que permita a los electrones fluir, ininterrumpidamente, desde el polo negativo de la fuente de suministro de energía eléctrica hasta el polo positivo de la propia fuente. En la práctica ese camino lo constituye el conductor o cable metálico, generalmente de cobre.

- Una carga o consumidor conectada al circuito que ofrezca resistencia al paso de la corriente eléctrica. Se entiende como carga cualquier dispositivo que para funcionar consuma energía eléctrica como, por ejemplo, una bombilla o lámpara para alumbrado, el motor de cualquier equipo, una resistencia que produzca calor (calefacción, cocina, secador de pelo, etc.), un televisor o cualquier otro equipo electrodoméstico o industrial que funcione con corriente eléctrica.

Cuando las cargas eléctricas circulan normalmente por un circuito, sin encontrar en su camino nada que interrumpa el libre flujo de los electrones, decimos que estamos ante un “circuito eléctrico cerrado”. Si, por el contrario, la circulación de la corriente de electrones se interrumpe por cualquier motivo y la carga conectada deja de recibir corriente, estaremos ante un “circuito eléctrico abierto”. Por norma general todos los circuitos eléctricos se pueden abrir o cerrar a voluntad utilizando un interruptor que se instala en el camino de la corriente eléctrica en el propio circuito.

La intensidad del flujo de los electrones de una corriente eléctrica, que circula por un circuito cerrado, depende fundamentalmente de la tensión o voltaje (V) que se aplique y de la resistencia (R) en ohm que ofrezca al paso de esa corriente, la carga o consumidor conectado al circuito.

Si una carga ofrece poca resistencia al paso de la corriente, la cantidad de electrones que circulen por el circuito será mayor en comparación con otra carga que ofrezca mayor resistencia y obstaculice más el paso de los electrones.

La intensidad de la corriente eléctrica se designa con la letra ( I ) y su unidad de medida en el Sistema Internacional ( SI ) es el ampere (llamado también “amperio”), que se identifica con la letra ( A ).

De acuerdo con la Ley de Ohm, la corriente eléctrica en ampere ( A ) que circula por un circuito está estrechamente relacionada con el voltaje o tensión ( V ) y la resistencia en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito.

En la práctica, los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente directa (CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos.

La corriente alterna (C.A.) se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulación periódicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en hertz (Hz) tenga esa corriente . A la corriente directa (C.D.) también se le llama "corriente continua" (C.C.).

La corriente alterna es el tipo de corriente más empleado en la industria y es también la que consumimos en nuestros hogares. La corriente alterna de uso doméstico e industrial cambia su polaridad o sentido de circulación 50 ó 60 veces por segundo, según el país de que se trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alterna.

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