Muchas veces empiezo estos artículos recordando cómo la ciencia-ficción muestra un concepto científico real, para después intentar explicar las diferencias que pueda haber con lo que dice la ciencia rigurosa al respecto.
Sin embargo, hoy no me hace falta. El concepto de energía está tan presente en la sociedad que oímos hablar de ella en los tele noticias a diario. La hemos cosificado, incluso personificado, hasta la saciedad.
En realidad, es un concepto muy sencillo, se puede explicar en 5 palabras. Pero todos sabemos que lo más sencillo en ocasiones se convierte en lo más complicado. Pero bueno, vamos al grano y digamos esas cinco palabras. La energía es:
La capacidad de producir cambios.
Así de simple. Si quieres cambiar algo, necesitas energía. Si pretendes que todo se quede como está, necesitas que la energía se quede donde está.
Yo suelo usar una analogía con las divisas: la energía es la moneda con la que se compran los cambios físicos de un sistema.
En una transacción económica, el comprador da cierta cantidad de dinero al poseedor a cambio de un bien o un servicio. El cliente tiene menos dinero que antes, decimos que lo ha perdido (gastado, invertido,... cómo queráis, el caso es que lo tenía y ahora ya no). Pero el dinero en si no ha desaparecido, sólo ha cambiado de manos. El vendedor puede más tarde usar el parné para comprar otras cosas.
Esto es lo que todos hemos oído sobre la energía: ni se crea ni se destruye, sólo se transforma, aunque sería más conveniente decir que se transfiere.
Dicho de otra forma, si nosotros usamos nuestra energía para producir cierto cambio sobre un objeto, entonces ese cuerpo puede utilizar la energía suministrada para producir otros cambios, ya sea sobre si mismo o sobre otro(s) cuerpo(s). Es lo que conocemos como conservación de la energía (total), un principio de la Física que hasta la fecha no hemos podido desmentir, ni siquiera un poquito.
Hay muchos tipos de cambios. Por lo general, ponemos a la energía un apellido u otro dependiendo de cuál ha sido el cambio que ha hecho que el cuerpo en particular adquiera dicha energía.
Por ejemplo, si para dotar de energía un cuerpo, hemos cambiado su velocidad, hablamos de energía cinética. Si hemos cambiado la estructura de los núcleos atómico, hablamos de energía nuclear. Y un largo etcétera.
Hablando de cambios, el más extremo que una partícula puede sufrir es desaparecer, el cambio absoluto. O, al contrario, aparecer. Como la creación (y destrucción) de partículas no son más que cambios, la energía debe estar involucrada en ella.
Es obvio que una partícula puede producir más cambios que el vacío absoluto; para empezar, una partícula puede colisión con otra, y el vacío no. Por lo tanto, una partícula tiene más energía que el vacío (lo cual puede parecer de pero grullo, pero había que decirlo).
En conclusión, para crear una partícula debemos aportar cierta energía. Y viceversa, si la destruidos recuperaremos esa misma cantidad, que podremos usar para producir otros cambios (por ejemplo, para hervir agua en un reactor nuclear).
Parece de sentido común que, cuanto más “gorda” sea la partícula, mayor será la cantidad de energía relacionada con su creación o destrucción. Por lo tanto, es de esperar que la masa esté relacionada con la energía intrínseca de las partículas.
Esto es lo que nos dice la famosísima formula E = mc2. Al contrario de lo que solemos pensar, que ahí aparezca la velocidad de la luz al cuadrado no es muy importante, tiene que ver sólo porque no sabíamos que la masa es un tipo de energía, y nos inventamos una unidad diferente para medirla. Si midiéramos la masa en julios, que sería lo correcto, no saldría la c2.
De hecho, este razonamiento es el primero que nos permite saber qué es la masa: nada más ni nada menos que la energía necesaria para crear algo en su mínima expresión. Si queremos que además de existir se mueva, por ejemplo, será necesario suministrarle más energía (cinética, en este caso).
Newton sabía que existía la masa, y cómo medirla; se usa el concepto de forma exhaustiva en su formulación de la mecánica. Pero no sabía ni qué era, ni qué significaba. Ahora, vosotros ya lo sabéis. Mira, ya podéis decir que sabéis más que Newton.
Comentarios
Me gustan este tipo de artículos largos y bien explicados. Sobre todo para gente como yo, que necesitamos que nos expliquen las cosas, como si no supiéramos nada, pues así, lo entendemos mejor...
Un Saluo.
No sabemos mas que Newton, pero si que sabemos algo que el no sabia :D. Ahora en serio, buen articulo, extenso pero claro y se entiende a la perfeccion.
A mi me sugiere esto una duda... la entropía, según la termodinámica cuando "gastamos" energía para realizar cualquier cambio físico o químico hay una parte de esta energía que no puede volverse a utilizar aumentando la entropía del universo... entonces cuando tenemos una cantidad finita de energía y realizamos una sucesión de cambios: ¿llegará un momento en el cual la energía no servirá más?
Esta duda no se si es un error conceptual mio, o bien una paradoja XD
Yo lo veo mas como que es una energia que no podemos aprovechar en el momento. Es decir que parte de la energia se pierde y ya no es aprovechable para el proceso que estabas llevando a cabo, por ejemplo se convierte en calor. Pero este calor luego se puede aprovechar de muchas otras formas para generar energia de nuevo, osea que no se pierde para siempre.
interesante
La energía siempre estará ahí, siempre podrá producir la misma cantidad de cambios.
Otra cosa es que podamos elegir que tipo de cambios produce la energía. Cuanto más entrópica, menos podemos aprovechar la energía en producir cambios "positivos" (trabajo), una parte siempre se desaprovecherá produciendo cambios co-laterales indeseables (calor).
En efecto, a la larga llegará un momento en que apenas habrá energía aprovechable. Es lo que se ha dado a llamar "muerte térmica del universo".
Gracias por las respuestas, y Jaume has ido mas por donde tenía mis dudas. Ahora con esta respuesta se me plantea otra: ¿Es un hecho o una posibilidad esta muerte térmica? Porque claro hablamos de términos con muchos años de aceptación científica, pero con toda la revolución que estamos viviendo, concretamente los conceptos de antimateria, no cabría la posibilidad de una anti-energía. Una entropía del relvés, es decir, tender al orden.... Esto creo que ya es demasiado metafísico xDD pero nose, son dudas que me surgen siempre entre exámen y exámen xD
Hace poco en un canal de televisión escuché que mencionaban la antienergía. Que yo sepa es absurdo hablar de antienergía, porque la antimateria produce energía. Para producir antimateria, utilizamos energía, entonces tenemos que no hay antienergía. Sería como si la energía fuese su propia antienergía, algo así como el fotón que es su propia antipartícula. Al menos es lo que tengo entendido
La muerte térmica del universo es una de los destinos probables del universo. Y es poco menos que inevitable, si no acaece ninguno de los otros finales (big crunch, big rip, etc.), este "casi" seguro que ocurre.
El concepto de antimateria no es una revolución ni de lejos, tiene aproximadamente unos 80 años de historia. No cambia en absolutamente nada lo dicho.
Todo lo relacionado con el segundo principio de la termodinámica es esencialmente independiente de como sea la teoría que gobierna las partículas. Expliqué algo de ello en el artículo de la semana pasada. Ninguna "revolución científica" va a cambiar la termodinámica.
Jaume, ya que has nombrado la teoria de la relatividad, algun dia podrias explicarla asi en terminos sencillos tipo este articulo. Gracias de antemano.
bueno revolución es demasiado ,cierto. Pero aunque la teoría tenga más de 80 años, es algo con lo que recientemente se esta experimentando dada la dificultad de retener antimateria. Buscaré el artículo, gracias
No creo que me quepa en un artículo. Vaya, así se debió sentir Fermat :D
No es que "revolución" sea demasiado, es que es incorrecto. Todo lo contrario, la experimentación actual está confirmando la teoría, no revolucionado.
Lo que se está haciendo ahora son mejoras en la técnica, pero no son descubrimiento científicos.
Con un simple vistazo en la wikipedia podemos ver que se descubrieron experimentalmente anti-protones tan pronto como en 1955 (y por ello obtuvieron el premio Nobel de 1959).
Hay un concepto que se usa en termodinámica que es el de la exergía. Así como la energía no tiene un origen definido, o al menos no en la física clásica, la exergía está perfectamente definida, y se define como la capacidad de un sistema para generar trabajo útil. A diferencia de la energía, la exergía si se destruye, y es conveniente tratarla con cuidado, porque efectivamente sí, podemos gastarla toda.
Yo estudio ingeniería, y es muy común hacer balances exergéticos, que te dan más información que los energéticos sobre como de "bien" trabaja una máquina por ejemplo, viendo si destruye o no mucha exergía. Como ejemplo, en una caldera, una tercera parte de la exergía química del combustible se destruye al quemarlo (aunque la energía permanezca constante).
Espero haber ayudado ^.^
He estado tentado a incluir algún párrafo sobre la exergía, pero lo descarté porque es un concepto que sólo se usa a nivel ingenieril.
La energía sí tiene un origen bien definido: será cero cuando no pueda producir cambios sobre ningún otra cuerpo. Otra cosa es que, a menudo, no nos interesa cual sea dicho origen y tratemos de diferencias de energía.
Sí, la verdad en mi opinión es una pena. Como bien comentas en tu artículo, la energía está presente en la sociedad, muchas veces resulta más informativa la exergía, y es un concepto que la mayor parte de la gente desconoce.
Aprovecho para decir que acabo de llegar de rebote al blog gracias a twitter y me ha encantado. Good wjob!
Genial el artículo, me ha gustado mucho y es muy entendible.
Por artículos como éste me gusta xatakaciencia. A cambio de vez en cuando hay que lidiar con comentarios religiosos que no vienen a cuento.
Falta de ortografía grave: "De echo" debería ser "De hecho"
Es un simple "typo", probablemente porque suelo escribir estos artículos en el móvil mientras voy en tren. Gracias por hacérmelo notar.
Muy buen artículo. Muy didáctico, sencillito y para toda la familia.
Eso sí, hay alguna falta en el último párrafo =p
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