¿Cuáles son las formas de energía?
La energía se manifiesta de diversas formas en el mundo, desde los organismos vivos hasta los enormes planetas, y puede transformarse de una forma a otra. A continuación, se presentan algunas de las formas más importantes de energía:
Energía mecánica
La energía mecánica se genera en los cuerpos debido a su movimiento o posición, o una combinación de ambos. Esta energía se utiliza para realizar trabajo. Por ejemplo, una pelota lanzada desde un punto sobre el suelo posee energía mecánica derivada de su posición en relación a la Tierra como referencia, así como también de su movimiento a una velocidad determinada.
Por lo tanto, se puede clasificar la energía mecánica en dos tipos fundamentales:
- Energía cinética.
- Energía potencial.
La energía potencial se refiere a la energía almacenada en un objeto en reposo debido a su posición, como una persona de pie a cierta altura sobre una superficie, o una pelota en el aire a una altura dada. En cambio, la energía cinética es la energía resultante de un cambio en la posición de un objeto o su movimiento, como un vehículo que se desplaza a una velocidad determinada o una persona en un columpio, sin importar la dirección de su movimiento.
Generalmente, la energía potencial de un objeto en movimiento es cero, mientras que la energía cinética de un objeto en reposo también es cero. Existe una relación matemática que vincula ambas, permitiendo calcular la energía mecánica total, que se expresa de la siguiente manera:
Energía mecánica = Energía cinética + Energía potencial
En términos simbólicos:
EM = EC + EP
Donde:
EM = 1/2 × m × v² + m × g × h
Y expresada en símbolos en inglés:
M.E = K.E + P.E
De aquí se deriva:
M.E = 1/2 mv² + mgh
Con las siguientes variables:
- EM (Energía mecánica): medida en joules.
- EC (Energía cinética): medida en joules.
- EP (Energía potencial): medida en joules.
- m: masa del objeto, medida en kilogramos.
- v: velocidad del objeto, medida en m/s.
- h: altura del objeto, medida en metros.
- g: aceleración debida a la gravedad, medida en m/s².
Energía eléctrica
La energía eléctrica se define como la energía generada por el movimiento de electrones cargados al moverse a lo largo de un conductor de un punto a otro. Esta forma de energía se aplica en numerosas actividades cotidianas, que incluyen:
- Iluminación.
- Calefacción o refrigeración.
- Operación de dispositivos y maquinaria electrónica.
La energía eléctrica se produce a través de tres métodos principales:
- Combustibles fósiles.
Este es el principal recurso para la generación de energía eléctrica. Por ejemplo, en 2020, se utilizó gas natural para generar el 40% de la energía eléctrica en los Estados Unidos; el carbón y el petróleo también se utilizan para este fin.
- Energía nuclear.
La generación de energía eléctrica a partir de la energía nuclear depende de la fisión nuclear dentro de las plantas de energía nuclear, alcanzando un 20% de la producción eléctrica en América para 2020.
- Energía renovable.
Es posible aprovechar fuentes renovables como la energía solar, eólica e hídrica para generar electricidad, representando este tipo el 20% de la energía eléctrica generada en América en 2020.
Energía magnética
La energía magnética se origina por el movimiento de electrones en una dirección específica, como el desplazamiento de electrones desde el polo norte hasta el sur en un imán.
De esta manera, se puede describir la energía magnética a través de la dirección del campo magnético que emana de los cuerpos magnetizados. El campo magnético, en términos generales, es la zona que rodea un imán y se representa mediante líneas invisibles que no se cruzan y indican su dirección y densidad.
Energía electromagnética
La energía eléctrica y la magnética están intrínsecamente relacionadas y juntas se conocen como energía electromagnética, la cual combina ambos tipos de energía. Las formas de la energía electromagnética varían en longitud de onda y frecuencia.
Así, las radiaciones de las ondas electromagnéticas se presentan en diversas categorías, incluidas:
- Ondas de radio.
- Rayos gamma.
- Radiación infrarroja.
- Radiación ultravioleta.
- Rayos X.
Energía química
La energía química se define como la energía almacenada en los enlaces químicos de diferentes compuestos. Durante las reacciones químicas exotérmicas, parte de esta energía se libera en forma de calor. La energía química es una de las formas que se transforman naturalmente en otras, como se ilustra en el siguiente cuadro:
| Ejemplos de transformación de energía química | Método de transformación |
| Plantas de generación de electricidad. | Transformación de la energía química almacenada en el carbón en energía eléctrica. |
| Baterías mediante electrólisis. | Transformación de energía química en energía eléctrica. |
| Procesos biológicos en el cuerpo humano. | Transformación de la energía química obtenida de los alimentos en energía térmica y mecánica. |
| Combustión de madera. | Transformación de la energía química almacenada en la madera en energía luminosa y térmica. |
| Explosión de fuegos artificiales. | Producida por reacciones químicas exotérmicas en los fuegos artificiales, se generan tres tipos de energía: térmica, sonora y luminosa. |
| Combustión de gas natural. | Transforma la energía química en energía luminosa y térmica. |
La energía química se transforma de forma fundamental de una forma a otra tras las reacciones químicas, actuando como el motor principal de estas. Ninguna reacción química puede ocurrir sin la presencia de energía absorbida o emitida.
La existencia de esta energía puede inferirse mediante la medición de la diferencia entre los reactivos y los productos usando un dispositivo conocido como calorímetro.
Energía térmica
La energía térmica está presente en todos los cuerpos, independientemente de su estado físico—ya sea sólido, líquido o gaseoso. Cada cuerpo está constituido por pequeñas partículas llamadas átomos, que están en continuo movimiento y vibración, lo que provoca numerosas colisiones que generan energía térmica.
La energía térmica se transfiere de diferentes maneras, tales como:
- Conducción.
Este método transfiere calor entre líquidos y gases, basándose en la diferencia de densidad entre el aire frío y caliente.
- Convección.
Aquí, el calor se transfiere entre materiales sólidos debido a la proximidad de sus átomos y partículas mediante contacto directo.
- Radiación.
Este método permite que la energía térmica se transmita a través de rayos y ondas sin necesidad de partículas, ocurriendo a la velocidad de la luz y en todas direcciones.
El calor se transfiere entre todos los cuerpos desde el más caliente hasta el más frío hasta alcanzar el equilibrio térmico. Por ejemplo, al colocar un trozo de hielo en un líquido, el calor se transfiere del líquido al hielo, causando su fusión, mientras que el hielo enfría el líquido.
La energía térmica es esencial en muchas áreas de la vida, como en la calefacción, la cocción, el secado, la manufactura, el calentamiento de agua, y en procesos de refrigeración, entre muchos otros.
Energía iónica
La energía iónica, también conocida como energía de ionización, se refiere a la cantidad de energía necesaria para retirar un electrón de un átomo. Las unidades utilizadas para medirla son el joule y el electrón volt.
La energía iónica requerida para eliminar el primer electrón es menor que la necesaria para eliminar otros electrones posteriormente. Cuanto más fácil sea extraer un electrón, más activo será químicamente el elemento.
Los electrones negativos giran en órbitas específicas alrededor del núcleo positivo. La conexión entre los electrones y el núcleo mantiene el átomo unido, y la energía iónica tiene como objetivo superar esta atracción entre el electrón más externo en la última órbita y el núcleo, transformando así el átomo en iones con carga, de ahí su nombre.
Energía nuclear
La energía nuclear se llama así por su presencia en los núcleos de los átomos. Es una forma de energía increíblemente poderosa que ayuda a mantener unidos estos núcleos. Sin embargo, debe liberarse para utilizarse en la generación de energía eléctrica, un objetivo primordial, proporcionando posteriormente electricidad a edificios e instalaciones sin dañar el medio ambiente.
Ejemplos de energía nuclear son:
- Fisión nuclear.
- Fusión nuclear.
- Desintegración radiactiva.
El uranio se utiliza principalmente en plantas de reactores nucleares para generar energía. Esto comienza con la ruptura de algunos átomos de uranio durante la fisión nuclear, y los productos de dicha fisión provocan la ruptura de otros átomos de uranio, dando lugar a un fenómeno conocido como reacción en cadena, que genera calor que luego se utiliza para mover turbinas o generadores eléctricos.
Energía sonora
La energía sonora requiere de un medio para transmitirse en forma de ondas y no puede viajar a través del vacío. Puede transmitirse a través del aire, el agua, o incluso a través de metales. Estas ondas se producen por la vibración de los materiales debido a alguna fuerza externa que las provoca, y se conocen como ondas sonoras.
La energía sonora se ve afectada por el medio a través del cual se transmite; se contrae y se expande, variando también la frecuencia y el tono de las ondas sonoras. Al llegar a la oreja y transmitirse al cerebro, este último puede interpretarlas. Algunos ejemplos de sonidos incluyen:
- El sonido de la conversación o el canto.
- Aplausos.
- Sonidos de instrumentos musicales.
- El sonido de los fuegos artificiales.
- El ruido de los ventiladores de aire acondicionado.
Las formas de energía en este mundo son diversas; algunas son evidentes mientras que otras permanecen ocultas. Además, la energía puede transformarse de una forma a otra, como cuando la energía química de los alimentos se convierte en energía mecánica que permite el movimiento del ser humano o en energía térmica que proporciona calor. Otras formas de energía incluyen la energía mecánica, que combina la energía cinética y potencial, y la energía electromagnética, que combina la energía eléctrica y magnética, junto con la energía nuclear, sonora, iónica, y muchas más.