No es posible generar ni romper energía, sostiene la ley de la conservación de la energía, pero sí ocurre la transformación de una modalidad a otra.
La ley de la conservación de la energía es el primero de los principios que rigen dentro de la termodinámica. También está contemplada dentro de los ámbitos de la mecánica analítica y de la química (en este último caso, al analizar las características de una reacción química se ratifica que hay una conservación de masa y de energía). El denominado teorema de Noether, en tanto, resulta muy apropiado para demostrar cómo se conserva la energía teniendo en cuenta que, a lo largo del tiempo, no experimentan variaciones las leyes de la física.
Este postulado establece que es posible la transformación de la energía a medida que transcurre el tiempo pero no cambia la cantidad o el nivel total de dicha energía propia de sistemas aislados (los cuales no interactúan con otros sistemas).
Se despliegan múltiples opciones frente a esta realidad. Más allá de no modificarse en cantidad aunque debido a determinadas reacciones químicas o pruebas puede surgir la sensación de alguna diferencia hacia el final del proceso, la energía existente en el universo va mutando. Es imposible crearla o destruirla, pero sí hay chances de ver cómo la energía eléctrica puede convertirse en energía lumínica o térmica, por ejemplo. Al respecto vale indicar que el funcionamiento de las lamparitas o bombillas que empleamos para iluminar ambientes es atractivo de estudiar porque, con solo apretar un interruptor, es posible activar un circuito, justamente, de energía eléctrica que deriva en energía térmica y lumínica.
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ResumenLa ley de conservación de la energía a lo largo de la Historia
Según se ha podido ir estableciendo mediante investigaciones, desde tiempos remotos, es decir, desde mucho antes de darle entidad como tal a la denominada ley de conservación de la energía, se han lanzado teorías y realizado estudios en relación a la preservación de elementos o materia. Hicieron aportes en torno a este tema, por ejemplo, los griegos Empédocles y Epicuro.
Simon Stevin, centrado en la idea de la esencia imposible de un eventual movimiento perpetuo, resolvió cuestiones asociadas a la estática, así como Galileo Galilei realizó una publicación focalizada en cómo la energía potencial de un cuerpo puede convertirse en energía cinética y es posible observar lo mismo, pero en sentido inverso.
Si bien en la época de Christiaan Huygens no se tenían herramientas suficientes para establecer diferencias entre colisiones elásticas e inelásticas, este matemático, astrónomo, inventor y físico de origen neerlandés sumó datos de interés sobre las colisiones.
Gottfried Leibniz, así como Johann Benoulli y su hijo Daniel, Émilie du Châtelet y Karl Friedrich Mohr fueron otras de las tantas personalidades que indagaron y efectuaron contribuciones para ir avanzando en el conocimiento acerca de la energía, sus particularidades y sus cambios.
La ley de conservación de la energía indica que se mantiene constante la energía total propia de un sistema aislado, pudiendo variar el estilo de energía pero sin que se produzca su pérdida ni el surgmiento de más energía.
Más aplicaciones de la ley de la conservación de la energía
A continuación describiremos más aplicaciones de la ley de la conservación de la energía porque abundan los ejemplos prácticos que dan cuenta de la importancia y la utilidad de este principio.
Un equipo que funciona a base de un motor de combustión interna, por citar una posibilidad, reúne energía mecánica y, a partir del combustible, energía química. Las máquinas térmicas, por agregar otra referencia ilustrativa, se caracterizan por ceder y dar calor a fin de transformarlo en trabajo. Así, entonces, se consigue que la energía térmica derive en otras modalidades de energía.
El listado de ejemplos abarca incluso a los refrigeradores, un recurso muy utilizado a diario en millones de negocios y hogares para mantener a bajas temperatura a productos alimenticios por medio de una transferencia de energía térmica. Algo similar ocurre con los acondicionadores de aire y las bombas de calor. La energía química, por otra parte, llega a ser almacenada por baterías y pilas que, al convertirla en energía eléctrica, garantizan el funcionamiento de una enorme cantidad de objetos: desde juguetes y hasta artículos de decoración o electrodomésticos.
El primer principio de la termodinámica se focaliza en la conservación de la energía, marcando que en un intercambio de calor entre sistemas no variará la energía interna.
Conceptos fundamentales sobre energía
Hay múltiples conceptos fundamentales sobre energía que conviene tener presentes antes de profundizar los saberes en cuanto a qué y cómo es la conservación de la misma.
En primer lugar, de la mano de la teoría podemos saber (o recordar) que se describe como energía a la capacidad que llega a desplegar una cierta fuerza a fin de llevar a cabo un trabajo o una acción.
Todo fenómeno físico, como lo es la caída de un elemento desde una altura determinada, está regido por el principio de conservación de la energía.
Tipos de energía
Antes de repasar qué tipos de energía existen y pueden aprovecharse en múltiples contextos es oportuno recordar que la noción de energía se vincula a la capacidad que le permite a alguien o a algo llevar a cabo un trabajo, ponerse en marcha, movimiento o funcionamiento y provocar una transformación.
Se trata de una magnitud que influye en cambios físicos de estado y que está abordada por diferentes disciplinas.
Líneas arriba, por ejemplo, aludimos a la energía potencial (aquella que almacena un sistema físico en base a sus particularidades, disposición o posición) y a la energía cinética (variedad que se manifiesta en un cuerpo como consecuencia de su movimiento relativo). Sumando ambas se llega a establecer la energía mecánica de un sistema físico o elemento.
Por otro lado, es usual que el foco de atención en el origen o la procedencia de la energía, ganando notoriedad así tanto el conjunto de la energía renovable (surgida a partir de recursos ilimitados y naturales, como sucede con la energía eólica que se obtiene sacándole provecho al viento y la energía solar que se consigue gracias a la radiación electromagnética que procede del sol) como el grupo de la energía no renovable (como se considera a la energía nuclear, por indicar una a modo orientativo).
La radiación gravitatoria y la electromagnética, en tanto, le dan entidad a la energía radiante (enlazada a las ondas electromagnéticas) que analizan, puntualmente, la radiometría y la física.
Así como hay varias clasificaciones también abundan los ejemplos de transformación de la energía, fenómeno que siempre, de un modo u otro, implica el surgimiento de energía térmica aunque no se utilice.
La eólica, energía que surge al aprovechar el viento, es muy útil a la hora de obtener energía eléctrica.
La ley de conservación de la energía en diferentes disciplinas
La ley de conservación de la energía se estudia, aborda y aprovecha en diferentes disciplinas.
En mecánica clásica, el lazo entre trabajo y energía se estudia teniendo como recurso al teorema de la energía cinética, mientras que los expertos en termodinámica se rigen por cuatro postulados. Entre esos enunciados figura el primer principio de la termodinámica, una proposición a tono con la ley de conservación de la energía que establece que un sistema cerrado es capaz de concretar con su entorno un intercambio de energía en forma de calor y trabajo, logrando acumular energía interna.
En Biología, por detallar otra área de estudio científico, la conservación y la transformación de la energía se observan en procesos como el de la respiración celular, el de la fotosíntesis o el de la fotofosforilación.
Tampoco hay que pasar por alto el trabajo que se hace desde la Química al experimentar y analizar la energía de activación de una cierta reacción química o bien al llevar adelante proyectos de investigación que involucran ya sea a reacciones endotérmicas (las cuales precisan una fuente de calor) o bien reacciones exotérmicas (caracterizadas por la liberación de energía en forma de calor o de luz).
Principios vinculados a la ley de la conservación de la energía
Al centrar la atención en principios que están vinculados a la ley de la conservación de la energía recobran visibilidad y trascendencia, en primer lugar, las leyes de la termodinámica.
Al inicio de este artículo mencionamos al primer principio de la termodinámica, pero tampoco hay que perder de vista al principio cero (asociado a la temperatura), al segundo principio de la termodinámica (focalizado en la entropía) ni al tercer principio de la termodinámica (conocido, asimismo, como postulado de Nernst).
De seguir acumulando referencias se llega hasta la mecánica, campo en el cual son valiosas las leyes de Newton (ley de inercia, ley fundamental de la dinámica y principio de acción y reacción) y la ley de Hooke (la cual resulta aplicable a cuerpos elásticos considerando el límite de elasticidad, siendo una herramienta vital en ingeniería, mecánica molecular y sismología, por ejemplo).
La conservación de la energía también pasa por el compromiso individual y social para gastar la menor posible de energía sin resignar confort, apostando en este marco por la eficiencia energética.
El principio de conservación del momento lineal, así como el principio de conservación del momento angular, también se conectan con el postulado de la conservación de la energía.
La ley de Ohm (cuyo contenido gira en torno a circuitos eléctricos), la ley de Faraday (imprescindible a la hora de generar electricidad), la ley de Lenz (entendida como un corolario del principio de conservación de la energía pero adaptado a la inducción electromagnética) y las ecuaciones de Maxwell (donde se engloba la base principal de la conservación de la carga eléctrica) se encuentran igualmente hermanadas en algún punto con la ya nombrada ley de conservación de la energía que tantas implicancias va teniendo dentro de la física moderna.
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