Diferencia entre revisiones de «Energía»
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La '''energía''' (del griego {{lang|grc|ἐνέργεια}} - ''[[energeia]]'', "actividad, operación", de {{lang|grc|ἐνεργός}} - ''energos'', "activo, trabajador"<ref>{{Cita web |url=http://www.etymonline.com/index.php?term=energy |título=Energy |obra=Online Etymology Dictionary |apellido=Harper |nombre=Douglas |mesacceso=1 de Mayo|añoacceso=2007}}</ref>) es una magnitud [[física]] abstracta, ligada al estado dinámico de un '''[[sistema]]''' y que permanece invariable con el tiempo en los '''[[sistema aislado|sistemas aislados]]'''. Todos los cuerpos, por el sólo hecho de estar formados de [[materia]], contienen energía; además, pueden poseer energía adicional debido a su movimiento, a su composición química, a su [[posición]], a su [[temperatura]] y |
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{{otros usos|Energía (desambiguación)}} |
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algunas otras propiedades. Por ejemplo, un sistema con [[energía cinética]] nula está en reposo. <!-- La variación de energía de un sistema es igual en magnitud al [[Trabajo (física)|trabajo]] requerido para llevar al sistema desde un estado inicial al estado actual. El estado inicial es totalmente arbitrario. Ojo: esta afirmación no es general en casi ningún sentido, la energía de un sistema cualquiera puede cambiar por medio del trabajo, del calor, y de la materia, en forma de flujos entre el sistema y su entorno; he preferido eliminar la frase que ampliar aquí este asunto que no es especialmente sencillo. --> |
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[[Imagen:Lightning over Oradea Romania 2.jpg|thumb|300px|Un [[rayo]] es una forma de transmisión de energía.]] |
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Muy a menudo se define la energía como la capacidad de realizar trabajo. |
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El término '''energía''' (del [[idioma griego|griego]] ἐνέργεια/[[energeia]], actividad, operación; ἐνεργóς/energos=[[fuerza]] de acción o fuerza [[trabajo|trabajando]]) tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en [[movimiento]]. En [[física]], «energía» se define como la capacidad para realizar un [[trabajo (física)|trabajo]]. En [[tecnología]] y [[economía]], «energía» se refiere a un [[recurso natural]] y la tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial o económico del mismo. |
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== El concepto de energía en física == |
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{{AP|Energía (física)}} |
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La energía es una [[magnitud física]] abstracta, ligada al estado dinámico de un [[Sistema físico|sistema]] cerrado y que permanece invariable con el tiempo. También se puede definir la energía de sistemas abiertos, es decir, partes no aisladas entre sí de un sistema cerrado mayor. Un enunciado clásico de la física newtoniana afirmaba que ''[[Conservación de la energía|la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma]]''. |
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La energía no es un |
La energía no es un ente físico real, ni una "[[sustancia intangible]]" sino sólo un número escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos. |
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El uso de la magnitud energía en términos prácticos se justifica porque es mucho más fácil trabajar con [[escalar|magnitudes escalares]], como lo es la energía, que con [[vector |
El uso de la magnitud energía en términos prácticos se justifica porque es mucho más fácil trabajar con [[escalar|magnitudes escalares]], como lo es la energía, que con [[vector|magnitudes vectoriales]] como la velocidad y la posición. Así, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial y de otros tipos de sus componentes. En sistemas aislados además la energía total tiene la propiedad de conservarse es decir ser invariante en el tiempo. Matemáticamente la [[conservación de la energía]] para un sistema es una consecuencia directa de que las ecuaciones de evolución de ese sistema sean independientes del instante de tiempo considerado, de acuerdo con el [[teorema de Noether]]. |
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=== Energía en diversos tipos de sistemas físicos === |
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Todos los cuerpos, poseen energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades. En las diversas disciplinas de la física y la ciencia, se dan varias definiciones de energía, por supuesto todas coherentes y complementarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo. |
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==== Física clásica ==== |
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En [[mecánica]]: |
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*[[Energía mecánica]], que es la combinación o suma de los siguientes tipos: |
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**[[Energía cinética]]: debido al [[movimiento]]. |
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**[[Energía potencial]] la asociada a la posición dentro de un [[campo (física)|campo de fuerzas]] conservativo como por ejemplo: |
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***Energía potencial gravitatoria |
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***Energía potencial elástica, debida a deformaciones [[elasticidad (mecánica de sólidos)|elásticas]]. También una [[onda (física)|onda]] es capaz de transmitir energía al desplazarse por un medio elástico. |
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== Energía potencial == |
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En [[electromagnetismo]] se tiene: |
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{{AP|Energía potencial}} |
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*[[Energía electromagnética]] que se compone de: |
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Es la energía que se le puede asociar a un cuerpo o sistema [[fuerza conservativa|conservativo]] en virtud de su posición o de su configuración. Si en una región del [[espacio]] existe un [[campo de fuerzas]] conservativo, entonces el trabajo requerido para mover una masa cualquiera desde un punto de referencia, usualmente llamado ''nivel de tierra'' y otro es la energía potencial del campo. Por definición el nivel de tierra tiene energía potencial nula. Algunos tipos de energía potencial que aparecen en diversos contextos de la física son: |
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**[[Energía radiante]] |
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**[[Energía calórica]] |
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**Energía potencial eléctrica, véase [[potencial eléctrico]]. |
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*La '''energía potencial gravitatoria''' asociada a la posición de un cuerpo en el [[campo gravitatorio]] (en el contexto de la [[mecánica clásica]]). |
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En [[termodinámica]]: |
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*La '''energía potencial electrostática''' ''V'' de un sistema se relaciona con el [[campo eléctrico]] mediante la relación: |
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:*[[Energía interna]], suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema |
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{{ecuación| |
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:*[[Energía térmica]], Se le denomina energía térmica a la energía liberada en forma de calor, obtenida de la naturaleza (energía geotérmica), mediante la combustión |
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<math>\mathbf{E} = - \operatorname{grad}\ V</math> |
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||left}} |
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*La '''energía potencial elástica''' asociada al campo de tensiones de un [[sólido deformable|cuerpo deformable]]. |
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== Energía cinética de una masa puntual == |
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==== Física relativista clásica ==== |
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La [[energía cinética]] es un concepto fundamental de la física que aparece tanto en [[mecánica clásica]], como [[teoría de la relatividad|mecánica relativista]] y [[mecánica cuántica]]. La energía cinética es una [[magnitud física|magnitud]] escalar asociada al movimiento de cada una de las partículas del sistema. Su expresión varía ligeramente de una teoría física a otra. Esta energía se suele designar como ''K'', ''T'' o ''E<sub>c</sub>''. |
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En [[relatividad]]: |
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:*[[Energía en reposo]] es la energía debida a la [[masa]], según la conocida fórmula de Einstein E=mc<sup>2</sup>. |
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:*[[Energía de desintegración]], es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una [[desintegración]] |
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:*Al redefinir el concepto de masa, también se modifica el de energía cinética (véase [[relación de energía-momento]]). |
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El [[límite clásico]] de la energía cinética de un cuerpo rígido que se desplaza a una velocidad ''v'' viene dada por la expresión: |
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==== Física cuántica ==== |
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{{ecuación| |
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En [[física cuántica]], la energía es una magnitud ligada al [[Hamiltoniano (mecánica cuántica)|operador hamiltoniano]]. La energía total de un sistema no aislado de hecho puede no estar definida: en un instante dado la medida de la energía puede arrojar diferentes valores con probabilidades definidas. En cambio, para los sistemas aislados en los que el hamiltoniano no depende explícitamente del tiempo, los estados estacionarios sí tienen una energía bien definida. Además de la energía asociadas a la materia ordinaria o campos de materia, en física cuántica aparece la [[energía del vacío]], que es un tipo de energía existente en el espacio, incluso en ausencia de [[materia]]. |
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<math>E_c = {1 \over 2} mv^2</math> |
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||left}} |
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Una propiedad interesante es que esta magnitud es [[Magnitud extensiva|extensiva]] por lo que la energía de un sistema puede expresarse como "suma" de las energía de partes disjuntas del sistema. Así por ejemplo puesto que los cuerpos están formados de partículas, se puede conocer su energía sumando las energías individuales de cada partícula del cuerpo. |
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== Energía en diversos tipos de sistemas == |
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==== Química ==== |
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Todos los cuerpos pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su [[posición]], a su [[temperatura]], a su [[masa]] y a algunas otras propiedades. En las diversas disciplinas de la [[física]] y la [[ciencia]], se dan varias definiciones de energía, todas coherentes y complementarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de [[trabajo (física)|trabajo]]. |
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En [[química]] aparecen algunas formas específicas no mencionadas anteriormente: |
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:*[[Energía de ionización]], una forma de energía potencial, es la energía que hace falta para [[Ionización|ionizar]] una [[molécula]] o [[átomo]]. |
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:*[[Energía de enlace]] es la energía potencial almacenada en los [[Enlace químico|enlaces químicos]] de un [[Compuesto químico|compuesto]]. Las [[Reacción química|reacciones químicas]] liberan o absorben esta clase de energía, en función de la [[entalpía]] y [[energía calórica]]. |
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:Si estas formas de energía son consecuencia de interacciones biológicas, la energía resultante es bioquímica, pues necesita de las mismas leyes físicas que aplican a la química, pero los procesos por los cuales se obtienen son biológicos, como norma general resultante del [[metabolismo]] (véase [[Adenosín trifosfato|ATP]]). |
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=== Energía potencial === |
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{{AP|Energía potencial}} |
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La energía potencial puede pensarse como la energía almacenada en un sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Más rigurosamente, la energía potencial es una magnitud escalar asociada a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A. |
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=== Física clásica === |
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La energía potencial puede definirse solamente cuando existe un [[Campo (física)|campo de fuerzas]] es [[Campo conservativo|conservativa]], es decir, que cumpla con alguna de las siguientes propiedades: |
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En '''[[Mecánica]]''': |
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*[[Energía mecánica]] que es la combinación o suma de los siguientes tipos: |
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**[[Energía cinética]]: debida al [[movimiento]]. |
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**[[Energía potencial]]: la asociada a la posición dentro de un [[campo (física)|campo de fuerzas]] conservativo como por ejemplo: |
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***'''Energía potencial gravitatoria''' |
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***'''Energía potencial elástica''', debida a deformaciones [[elasticidad (mecánica de sólidos)|elásticas]], también una [[onda (física)|onda]] es capaz de transmitir energía al desplazarse por un medio elástico. |
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En '''[[electromagnetismo]]''' se tiene: |
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# El trabajo realizado por la fuerza entre dos puntos es independiente del camino recorrido. |
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*[[Energía electromagnética]] que se compone de: |
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# El trabajo realizado por la fuerza para cualquier camino cerrado es nulo. |
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**[[Energía radiante]] |
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# Cuando el rotor de F es cero (sobre cualquier dominio simplemente conexo). |
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**'''Energía del campo''' |
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**'''Energía potencial eléctrica''' (véase [[potencial eléctrico]]) |
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Se puede demostrar que todas las propiedades son equivalentes (es decir que cualquiera de ellas implica la otra). En estas condiciones, la energía potencial en un punto arbitrario se define como la diferencia de energía que tiene una partícula en el punto arbitrario y otro punto fijo llamado "potencial cero". |
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=== Magnitudes relacionadas === |
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La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo. Energía y trabajo son equivalentes y, por tanto, se expresan en las mismas unidades. El [[calor]] es una forma de energía, por lo que también hay una equivalencia entre unidades de energía y de calor. La capacidad de realizar un trabajo en una determinada cantidad de [[tiempo]] es la [[potencia]]. |
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En '''[[termodinámica]]''': |
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== La energía como recurso natural == |
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**[[energía interna]] suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema |
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{{AP|Energía (tecnología)}} |
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**[[Energía térmica]] debida a la [[temperatura]] |
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En [[tecnología]] y [[economía]], una fuente de energía es un recurso natural, así como la tecnología asociada para explotarla y hacer un uso industrial y económico del mismo. La energía en sí misma nunca es un bien para el consumo final sino un bien intermedio para satisfacer otras necesidades en la producción de bienes y servicios. Al ser un bien escaso, la energía es fuente de conflictos para el control de los recursos energéticos. |
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=== Física relativista clásica === |
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== Unidades de medida de energía == |
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En '''[[Relatividad]]''': |
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La unidad de energía en el [[Sistema Internacional de Unidades]] es el [[Julio (unidad)|Julio]], que equivale a [[Newton (unidad)|Newton]] x [[metro]]. |
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**[[Energía en reposo]] es la energía debida a la masa, según la conocida fórmula de [[Einstein]]. |
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**[[Energía de desintegración]], es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una [[desintegración]] |
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**Al redefinirse el concepto de masa, también se modifica el de energía cinética (véase [[Relación de energía-momento]]) |
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=== Física cuántica === |
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Otras unidades: |
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En '''[[física cuántica]]''', la energía es una magnitud ligada al operador hamiltoniano. La energía total de un sistema no aislado de hecho puede no estar definida: en un instante dado la medida de la energía puede arrojar diferentes valores con probabilidades definidas. En cambio para los sistemas aislados en los que el hamiltoniano no depende explícitamente del tiempo, los estados estacionarios sí tienen una energía bien definida. Además de la energía asociados a la materia ordinaria o campos de materia en física cuántica aparece la: |
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* [[Caloría]]. Es la cantidad de [[energía térmica]] necesaria para elevar la temperatura de un [[gramo]] de [[agua]] de 14,5 a 15,5 [[grado Celsius|grados Celsius]]. Un julio equivale aproximadamente 0,24 calorías. |
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* La [[frigoría]] es la unidad de energía utilizada en refrigeración y es equivalente a absorber una caloría. |
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* [[Termia]], prácticamente en desuso, es igual a 1.000.000 de calorías o a 1 Mcal |
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* [[Kilovatio hora]] (kWh) usada habitualmente en electricidad. Y sus derivados [[MWh]], [[MW•año]] |
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* [[Caloría grande]] usada en [[biología]], [[alimentación]] y [[nutrición]] = 1 Cal = 1 kcal = 1.000 cal |
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* [[Tonelada equivalente de petróleo]] = 41.840.000.000 julios = 11.622 kWh. |
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* [[Tonelada equivalente de carbón]] = 29.300.000.000 julios = 8.138,9 kWh. |
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* [[Tonelada de refrigeración]] |
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* [[Electronvoltio]] (eV) Es la energía que adquiere un [[electrón]] al ser acelerado por una [[Tensión eléctrica|diferencia de potencial]] en el [[Vacío (física)|vacío]] de 1 [[Voltio]]. 1eV = 1.602176462 × 10<sup>-19</sup> julios |
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* [[BTU]], British Thermal Unit, 252,2 cal = 1.055 julios |
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*[[Energía del vacío]] es un tipo de energía existente en el espacio, incluso en ausencia de [[materia]] |
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== Véase también == |
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{{Portal|Energía}} |
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* [[Aceleración]] |
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* [[Inercia]] |
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* [[Energía del punto cero]] |
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* [[Energía libre de Gibbs]] |
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* [[Energía interna]] |
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* [[Energía libre de Helmholtz]] |
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* [[Entalpía]] |
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* [[Entropía]] |
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* [[Exergía]] |
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* [[Fuerza]] |
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* [[Masa (física)|Masa]] |
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* [[Negentropía]] |
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* [[Principio de conservación de la energía]] |
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* [[Trabajo (física)|Trabajo]] |
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* [[Lista de temas energéticos]] |
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* [[Señal|Energía de una señal]] |
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* [[Teoría de la relatividad]] |
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* [[Julio (unidad)]] |
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=== Química === |
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En '''[[química]]''' aparecen además de la anterior formas específicas no mencionadas anteriormente: |
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{{commonscat|Energy}} |
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**[[Energía de ionización]], una forma de energía potencial, es la energía que hace falta para [[Ionización|ionizar]] una [[molécula]] o [[átomo]]. |
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{{wikcionario|energía}} |
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**[[Energía de enlace]] es la energía potencial almacenada en los [[Enlace químico|enlaces químicos]] de un [[Compuesto químico|compuesto]]. Las [[Reacción química|reacciones químicas]] liberan o absorben esta clase de energía, en función de la [[entalpía]] y [[energía calórica]]. |
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:Si estas formas de energía son consecuencia de interacciones biológicas, la energía resultante es bioquímica, pues necesita de las mismas leyes físicas que aplican a la química, pero los procesos por los cuales se obtienen son biológicos, como norma general resultante del [[metabolismo]] celular (véase [[Adenosín trifosfato|ATP]]). |
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== Notas == |
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* [http://www.coiim.es/energia Vídeos del ciclo de Jornadas La Energía en el Siglo XXI] en el [[Colegio Oficial]] de [[Ingenieros Industriales]] de [[Madrid]] |
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{{listaref}} |
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{{IprNoticias|La Comisión Europea debate desde hoy el futuro de la política energética europea}} |
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{{Bueno|is}} |
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* [http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/energia/energia.htm Teoría física sobre energía y trabajo] en la web de la [[Universidad del País Vasco]] |
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* [http://www.biopsychology.org/apuntes/mecanica/mecanica2.htm Apuntes de mecánica clásica] en biopsychology.org |
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* [http://www.energiasinfronteras.org/ Energía Sin Fronteras] |
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* [http://www.cne.es/ Comisión Nacional de Energía de España] |
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* [http://www.mundoenergia.com/ Mundoenergía.com - divulgación energética en internet] |
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* [http://www.idae.es/ IDAE - instituto para la diversificación y el ahorro de energía (de España)] |
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* [http://ec.europa.eu/dgs/energy_transport/index_es.html Dirección general de Energía y transportes] de la [[Unión Europea]] |
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* [http://www.iea.org/ International Energy Agency] (en inglés) |
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* [http://www.bloomberg.com/energy/ Cotizaciones de la energía en la web de Bloomberg] (en inglés) |
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* [http://www.energybulletin.net/ Energy bulletin- noticias independientes sobre la energía] (en inglés) |
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* [http://www.lawea.org/ Energia Eolica en Latino America] |
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[[Categoría:Magnitudes físicas]] |
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Revisión del 00:04 22 may 2009
La energía (del griego ἐνέργεια - energeia, "actividad, operación", de ἐνεργός - energos, "activo, trabajador"[1]) es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema y que permanece invariable con el tiempo en los sistemas aislados. Todos los cuerpos, por el sólo hecho de estar formados de materia, contienen energía; además, pueden poseer energía adicional debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura y algunas otras propiedades. Por ejemplo, un sistema con energía cinética nula está en reposo. Muy a menudo se define la energía como la capacidad de realizar trabajo.
La energía no es un ente físico real, ni una "sustancia intangible" sino sólo un número escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstracción matemática de una propiedad de los sistemas físicos.
El uso de la magnitud energía en términos prácticos se justifica porque es mucho más fácil trabajar con magnitudes escalares, como lo es la energía, que con magnitudes vectoriales como la velocidad y la posición. Así, se puede describir completamente la dinámica de un sistema en función de las energías cinética, potencial y de otros tipos de sus componentes. En sistemas aislados además la energía total tiene la propiedad de conservarse es decir ser invariante en el tiempo. Matemáticamente la conservación de la energía para un sistema es una consecuencia directa de que las ecuaciones de evolución de ese sistema sean independientes del instante de tiempo considerado, de acuerdo con el teorema de Noether.
Energía potencial
Es la energía que se le puede asociar a un cuerpo o sistema conservativo en virtud de su posición o de su configuración. Si en una región del espacio existe un campo de fuerzas conservativo, entonces el trabajo requerido para mover una masa cualquiera desde un punto de referencia, usualmente llamado nivel de tierra y otro es la energía potencial del campo. Por definición el nivel de tierra tiene energía potencial nula. Algunos tipos de energía potencial que aparecen en diversos contextos de la física son:
- La energía potencial gravitatoria asociada a la posición de un cuerpo en el campo gravitatorio (en el contexto de la mecánica clásica).
- La energía potencial electrostática V de un sistema se relaciona con el campo eléctrico mediante la relación:
- La energía potencial elástica asociada al campo de tensiones de un cuerpo deformable.
Energía cinética de una masa puntual
La energía cinética es un concepto fundamental de la física que aparece tanto en mecánica clásica, como mecánica relativista y mecánica cuántica. La energía cinética es una magnitud escalar asociada al movimiento de cada una de las partículas del sistema. Su expresión varía ligeramente de una teoría física a otra. Esta energía se suele designar como K, T o Ec.
El límite clásico de la energía cinética de un cuerpo rígido que se desplaza a una velocidad v viene dada por la expresión:
Una propiedad interesante es que esta magnitud es extensiva por lo que la energía de un sistema puede expresarse como "suma" de las energía de partes disjuntas del sistema. Así por ejemplo puesto que los cuerpos están formados de partículas, se puede conocer su energía sumando las energías individuales de cada partícula del cuerpo.
Energía en diversos tipos de sistemas
Todos los cuerpos pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades. En las diversas disciplinas de la física y la ciencia, se dan varias definiciones de energía, todas coherentes y complementarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo.
Física clásica
En Mecánica:
- Energía mecánica que es la combinación o suma de los siguientes tipos:
- Energía cinética: debida al movimiento.
- Energía potencial: la asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas conservativo como por ejemplo:
En electromagnetismo se tiene:
- Energía electromagnética que se compone de:
- Energía radiante
- Energía del campo
- Energía potencial eléctrica (véase potencial eléctrico)
En termodinámica:
- energía interna suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema
- Energía térmica debida a la temperatura
Física relativista clásica
En Relatividad:
- Energía en reposo es la energía debida a la masa, según la conocida fórmula de Einstein.
- Energía de desintegración, es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una desintegración
- Al redefinirse el concepto de masa, también se modifica el de energía cinética (véase Relación de energía-momento)
Física cuántica
En física cuántica, la energía es una magnitud ligada al operador hamiltoniano. La energía total de un sistema no aislado de hecho puede no estar definida: en un instante dado la medida de la energía puede arrojar diferentes valores con probabilidades definidas. En cambio para los sistemas aislados en los que el hamiltoniano no depende explícitamente del tiempo, los estados estacionarios sí tienen una energía bien definida. Además de la energía asociados a la materia ordinaria o campos de materia en física cuántica aparece la:
- Energía del vacío es un tipo de energía existente en el espacio, incluso en ausencia de materia
Química
En química aparecen además de la anterior formas específicas no mencionadas anteriormente:
- Energía de ionización, una forma de energía potencial, es la energía que hace falta para ionizar una molécula o átomo.
- Energía de enlace es la energía potencial almacenada en los enlaces químicos de un compuesto. Las reacciones químicas liberan o absorben esta clase de energía, en función de la entalpía y energía calórica.
- Si estas formas de energía son consecuencia de interacciones biológicas, la energía resultante es bioquímica, pues necesita de las mismas leyes físicas que aplican a la química, pero los procesos por los cuales se obtienen son biológicos, como norma general resultante del metabolismo celular (véase ATP).