Poder
La energía es la cantidad física que mide la capacidad de un cuerpo o sistema físico para realizar un trabajo , independientemente de si ese trabajo se realiza o se puede realizar. [1]
El término energía deriva del latín tardío energīa , a su vez tomado del griego ἐνέργεια ( enérgeia ), derivado de ἐνεργής (o el equivalente ἐνεργός), 'activo', compuesto por la partícula intensiva en y ἔργον ( ergon , 'trabajo', 'Opera'). [1] [2] El término fue introducido por Aristóteles en el ámbito filosófico para distinguir δύναμις (DYNAMIS), la posibilidad, el " poder " propio del material no formado, la capacidad real (ἐνέργεια) han empleado en acto la realidad formal a lo que es esto . [3]
La palabra italiana "energía" no se deriva directamente del latín , pero es revivida en el siglo XV por el francés énergie . [4] «En Francia énergie se utiliza desde el siglo XV en el sentido de" fuerza en acción ", palabra directamente derivada del latín, nunca con significado físico. En Inglaterra, en 1599, la energía es sinónimo de "fuerza o vigor de expresión". Thomas Young fue el primero en utilizar el término energía en un sentido moderno en 1807 " [5]
El concepto de energía puede surgir intuitivamente de la observación experimental de que la capacidad de un sistema físico para realizar un trabajo disminuye a medida que se produce. En este sentido, la energía se puede definir como una propiedad que posee el sistema y que se puede intercambiar entre los cuerpos a través del trabajo (ver Transferencia de energía ).
Historia del término y de la noción
El término "energía" fue utilizado por primera vez para indicar una cantidad física por Kepler en sus Harmonices Mundi de 1619, sin embargo, el término "energía" se introdujo sistemáticamente en la literatura científica en términos modernos sólo desde finales del siglo XIX . Antes, los términos vis viva , "fuerza" o "trabajo" se alternaban, según el contexto y el autor. El primero se conserva como tradición histórica incluso hoy en día en nombre de algunos teoremas, mientras que los dos últimos términos han adquirido en la física moderna un significado completamente diferente al de la energía.
La polémica por la vis viva
Históricamente, la primera magnitud similar a la que ahora se conoce como energía cinética apareció en los estudios de Gottfried Leibniz en 1686, llamada vis viva ("fuerza viva") en oposición a vis mortua ("fuerza muerta") que se usa para designar la inercia . [6] El principal debate en la física de los siglos XVII y XVIII se centró conceptualmente no en un principio de conservación, sino más bien en la búsqueda de una cantidad física capaz de medir los efectos de la acción de una fuerza sobre los cuerpos, o en términos de una interacción entre estos. [7] Una fuerza que actúa sobre un cuerpo tendrá el efecto de modificar su velocidad, cambiando así tanto la energía cinética como el momento. definido como:
A partir de estas dos posibilidades diferentes, nació el choque entre Leibniz, que consideraba más adecuado el "vis viva" como medida de una fuerza, y los partidarios de la teoría cartesiana , que en cambio aprovecharon el impulso. [8] En la formulación actual de la mecánica clásica, ambas cantidades tienen la misma importancia: como quedó claro a partir de d'Alembert , el problema estaba vinculado únicamente al uso de dos puntos de vista diferentes. [9] [10] De hecho, es posible considerar los efectos de una fuerza sumada con respecto a los intervalos de tiempo. , de la cual la variación del momento se deriva directamente sobre la base del primer principio de dinámica :
O es posible considerar los efectos de una fuerza agregada al espacio, teniendo en cuenta como ejemplo la compresión de un resorte que frena un cuerpo en movimiento. El resultado es que hace el trabajo de una fuerza ejercida sobre un cuerpo es igual al cambio en la energía cinética del propio cuerpo:
En este sentido, la diferencia de energía cinética o momento final e inicial son solo dos medidas diferentes de los efectos de la acción de una fuerza.
Descripción
Importancia fisica
La energía es una cantidad física extensa (la energía de dos cuerpos es simplemente la suma de las energías de los cuerpos tomados individualmente), que tiene una importancia central en la formulación de muchas teorías, desde la mecánica clásica hasta la termodinámica , desde la teoría de la relatividad hasta mecánica cuántica .
No es fácil dar una definición precisa de energía, la energía no tiene realidad material sino más bien un concepto matemático abstracto que expresa una restricción con respecto a los posibles procesos y una simetría temporal de las leyes físicas. Por tanto, no hay sustancia o fluido que corresponda a la energía pura. Como escribió Feynman:
( ES ) "Es importante darse cuenta de que en la física actual, no sabemos qué es la energía". | ( ES ) "Es importante tener en cuenta que en la física actual, no tenemos conocimiento de qué es la energía". |
( Richard Feynman , Física de Feynman , Vol I, p 4-1 ) |
Un cuerpo puede aumentar o disminuir su energía como resultado de una interacción con otros cuerpos: por lo tanto, el cambio de energía refleja los cambios que se han producido en sus propiedades microscópicas. Existen numerosas interacciones posibles; Desde un punto de vista cualitativo, se puede distinguir la mecánica, con por ejemplo colisiones entre cuerpos rígidos o fuerzas entre partículas puntuales, desde la termodinámica, donde, por ejemplo, se consideran las reacciones entre gases a diferentes temperaturas. Desde el punto de vista del tipo de interacción, existen diferentes tipos de fuerzas en la naturaleza, como las gravitacionales, nucleares o eléctricas. Sin embargo, todos estos procesos posibles dejan la cantidad total de energía sin cambios, que por lo tanto se convierte en la cantidad física constante para sistemas cerrados o aislados.
Importancia tecnológica
En el ámbito tecnológico, la energía permite, a través de su explotación a nivel industrial, la transformación de materias primas en productos o bienes finales o directamente el suministro de servicios útiles para el hombre y la sociedad.
La sociedad moderna es extremadamente dependiente de la energía (particularmente en sus formas de energía mecánica, energía eléctrica, energía química y energía térmica) en todos sus procesos de producción y gestión (por ejemplo, automoción , transporte marítimo y aéreo , calefacción , iluminación , funcionamiento de equipos eléctricos y procesos industriales). El problema energético global es, por tanto, de gran interés y preocupación por el agotamiento en el tiempo de las fuentes fósiles , principal fuente de energía primaria, cuyo uso intensivo ha permitido un desarrollo económico considerable desde la primera revolución industrial hasta la actualidad.
Unidad de medida
La unidad de medida de energía derivada del Sistema Internacional es el joule (símbolo: J ); [1] en términos de unidades fundamentales SI, 1 J es igual a 1 kg · m 2 · s −2 . En CGS, la unidad de medida de la energía es erg , [1] equivalente a 1 dina centímetro y en términos de la unidad base de CGS a 1 g cm 2 s −2 (corresponde a 10 −7 J).
Dependiendo del alcance, se adoptan otras unidades de medida para medir la energía:
- electronvoltio = 1,60217646 × 10 −19 J
- Caloría = 4.186 799940 9 J
- Unidad térmica británica (BTU) = 1055,06 J
- kilovatio hora = 3,6 × 10 6 J
Energía mecánica
La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la energía potencial relacionadas con el mismo sistema, que se distingue de la energía total del sistema que también incluye la energía interna.
Energía cinética
La energía cinética es la energía que depende únicamente del estado de movimiento del sistema considerado y del de sus componentes relativos. Para un cuerpo puntual, la energía cinética es igual a la mitad del producto de la masa del cuerpo por el cuadrado de su velocidad :
La energía cinética es una cantidad que solo puede asumir valores positivos. Considerando cuerpos extendidos rígidos no puntuales, la energía cinética también dependerá de la velocidad angular a través de un término adicional llamado energía rotacional .
La variación de la energía cinética tras la acción de una fuerza está ligada al trabajo , es decir al producto escalar de la fuerza por la distancia del desplazamiento realizado. La obra de una fuerza ejercida sobre un cuerpo es, de hecho, igual al cambio en la energía cinética del propio cuerpo:
basado en el teorema energía-trabajo o el teorema de las fuerzas vivas .
Energía potencial

La energía potencial es un tipo de energía que depende únicamente de la configuración o posición de los cuerpos y partículas que interactúan.
Dependiendo del tipo de interacción y fuerza considerados, existen numerosos tipos de energía potencial. El ejemplo más simple de energía potencial es el que posee un cuerpo de masa. colocado a una altura en el campo de gravitación de la tierra, igual a:
- ,
Dónde está es la aceleración de la gravedad . Este tipo de energía depende solo de la posición de un cuerpo y cuando se deja caer, la energía potencial cambia de forma con el tiempo y se vuelve cinética. La energía potencial se define hasta una constante aditiva, en este ejemplo hasta la posible elección del punto con respecto al cual medir la altura. .
Energía térmica
Calor y trabajo como formas de intercambio de energía
El calor y el trabajo no pueden definirse como "formas de energía", aunque tienen las mismas unidades de medida, ya que no son propiedades de un solo cuerpo, sino propiedades de la transformación termodinámica considerada. [11] En otras palabras, el calor y el trabajo no son poseídos por un sistema y por lo tanto no son una variable de estado, sino que son "energía en tránsito", la manifestación experimental del intercambio de energía que ocurre a través de dos sistemas. Sin embargo, el calor y el trabajo se pueden medir y utilizar en la práctica para predecir la diferencia de energía que posee un cuerpo entre el final y el comienzo del proceso o transformación.
En termodinámica, el principio de conservación de la energía está contenido en la primera ley de la termodinámica , según la cual la variación de energía de un sistema es igual a la suma de calor y trabajar respectivamente transferidos y realizados por el entorno externo al sistema: [12]
No toda la energía de un sistema es capaz de producir trabajo en una transformación termodinámica, debido a la segunda ley de la termodinámica . La cantidad de energía de un sistema disponible para producir trabajo puede de hecho ser mucho menor que la cantidad total del sistema. La relación entre la energía utilizable y la energía suministrada por una máquina se denomina eficiencia . [13]
Principio de conservación de la energía.

La invariancia de la cantidad total de energía se expresa mediante el principio de conservación de la energía , según el cual la variación de energía en una región del espacio es igual al flujo neto de energía que fluye hacia el espacio exterior. Si bien la expresión exacta de la energía puede variar según los casos considerados, hasta el momento no se ha descubierto ningún proceso capaz de aumentar o disminuir la energía a nivel global, solo puede cambiar de forma transformándose.
El principio de conservación ha guiado el descubrimiento de nuevas formas de energía y ha hecho posible descubrir nuevos tipos de procesos físicos e incluso nuevas partículas. A principios del siglo XX , se descubrieron algunas desintegraciones nucleares con emisión de electrones que no parecían satisfacer el principio de conservación de la energía. Para resolver el problema en 1924 Niels Bohr propuso la idea de que a nivel atómico la energía no se conservaba estrictamente, proponiendo una teoría que resultó ser errónea. Wolfgang Pauli en 1930 y Enrico Fermi en 1934, considerando fundamental y manteniendo firme la conservación de la energía, postularon en cambio la existencia de nuevas interacciones y una nueva partícula nunca antes observada que era capaz de transportar la energía que faltaba en los experimentos. De esta forma, guiados por el principio de conservación de la energía, pudieron descubrir el neutrino , una partícula sin carga eléctrica, efectivamente observado experimentalmente en 1959. [14]
El principio de conservación de la energía refleja la simetría temporal de las leyes físicas con respecto a las traslaciones del tiempo, es decir, el hecho de que estas no cambian con el paso del tiempo. Un experimento realizado al mismo tiempo dará el mismo resultado que el mismo experimento realizado en las mismas condiciones pero en el momento . [15] En la teoría de la relatividad , la conservación de la energía y la conservación del momento se combinan en una sola ley que corresponde globalmente a la simetría de traslaciones en el espacio -tiempo tetradimensional.
El principio, nacido en el campo de la energía mecánica, también se puede extender a todas las demás formas de energía a partir del calor , ya que este se obtiene por disipación de energía mecánica a nivel macroscópico y es energía cinética a nivel molecular., Mientras que todas las demás formas de energía se degradan inevitablemente en calor.
En física clásica y en física moderna
En la física clásica , la energía es una propiedad escalar continua almacenada por un sistema.
En la mecánica cuántica, por otro lado, para los sistemas ligados (es decir, sistemas en los que la energía de la partícula no supera las barreras potenciales) está " cuantificada ", es decir, puede asumir un número discreto de valores (o "energía niveles ").
Masa como forma de energía
La famosa ecuación de Einstein E = mc² , una derivación directa de la teoría especial de la relatividad , muestra cómo la masa y la energía son dos "caras de la misma moneda" de un sistema físico. De hecho, de esta simple ecuación queda claro que la energía contribuye a la inercia de un cuerpo como la masa, es decir, la energía también contribuye a la resistencia del cuerpo a ser acelerado.
Las leyes cuánticas han demostrado que la masa se puede transformar en energía y viceversa, en los procesos nucleares, por ejemplo, la descomposición de metales pesados como el uranio en elementos más ligeros conduce a un defecto de masa correspondiente a la liberación de energía en forma de radiación.
Por lo tanto, en comparación con la mecánica clásica, donde la masa y la energía se conservan por separado, en la relatividad especial los dos principios físicos se pueden fusionar en un solo principio bajo el nombre de principio de conservación de masa / energía .
Formas de energia
La energía existe en varias formas, cada una de las cuales tiene su propia expresión en términos de los detalles del sistema en consideración, como la velocidad o la distancia relativa entre las partículas. Las principales formas de energía son: [1] [16]
- Energía mecánica , clásicamente como la suma de energía potencial y energía cinética [1] [17]
- Energía química
- Energía electromagnética
- Energía gravitacional
- Energía térmica
- Energía nuclear
La energía potencial elástica es la que posee un material elástico sometido a deformación. La energía luminosa o radiante es la energía transportada por los fotones que componen la luz, por lo tanto la energía de la radiación electromagnética.
Fuentes de energía

Las principales fuentes de energía a través de las cuales es posible producir electricidad , energía térmica o energía mecánica directamente son: [1]
- Combustibles fósiles
- Energía nuclear
- Energía hidroeléctrica
- Energía solar
- Energía eólica
- Energía geotérmica
- Energía magnética
- Energía de las mareas
- Energía recolectada
El término " energía de fuentes renovables " significa aquellas fuentes de energía que no se agotan o se agotan en tiempos que van más allá de la escala de tiempo "humana" (por ejemplo: energía solar, eólica, geotérmica, mareomotriz, fusión nuclear); de lo contrario, hablamos de " energía de fuentes no renovables " (por ejemplo, petróleo y carbón ), mientras que el término " energía alternativa " significa las fuentes de energía que pueden utilizarse para reemplazar la energía química producida por combustibles clásicos o fuentes fósiles . [dieciséis]
Conversión y transformación de energía
Hablamos de "conversión" cuando pasamos de una forma de energía a otra, mientras que hablamos de "transformación" cuando la forma de energía permanece igual, pero se modifican algunos parámetros característicos.
Por ejemplo, una batería le permite convertir la energía química en energía eléctrica, mientras que un transformador le permite transformar la energía eléctrica variando su voltaje y la intensidad de la corriente .
Cada vez que tiene lugar una conversión, una parte de la energía (más o menos sustancial) se convierte inevitablemente en energía térmica ; [13] en este caso hablamos de " efectos disipativos ".
Energía alimentaria
En el contexto de la química de los alimentos , hablamos de valor energético para referirnos a la energía que el cuerpo humano puede recibir a través del consumo de un alimento.
Dado que parte de la energía contenida en un alimento puede perderse durante los procesos digestivos y metabólicos, el valor energético puede ser menor que el valor experimental obtenido al quemar el alimento en un calorímetro de bomba . [18] Por este motivo, se han desarrollado métodos experimentales que tienen en cuenta esta pérdida de energía. Uno de estos métodos es el uso de los denominados factores Atwater , gracias a los cuales se calcula el valor energético de un alimento a partir del valor energético asociado a algunos de sus macronutrientes más importantes desde el punto de vista energético, en particular: las grasas , proteínas y carbohidratos. [18]
En Europa, el valor energético se indica por ley en la etiqueta nutricional de los productos alimenticios, donde se indica en kcal o kJ por cantidad de producto.
Nota
- ^ a b c d e f g Energía , en treccani.it , Treccani Vocabulary.
- ^ Douglas Harper, Energía , Diccionario de etimología en línea . Consultado el 6 de mayo de 2011 .
- ^ Fabrizio Bigotti, El papel de los principios de dunamis-energheia en la teoría aristotélica del intelecto .
- ^ Daniele Gambarara y Domenico La medica en Rai educativo .
- ^ Ferdinando Abbri, Historia de las Ciencias , Volumen 5, 1995, p. 245.
- ^ Vis mortua , en treccani.it . Consultado el 10 de noviembre de 2013 .
- ^ Física de Leibniz , plato.stanford.edu .
- ^ Tenga en cuenta, sin embargo, que el factor 1/2 estaba ausente en la definición de fuerza viva de Leibniz
- ^ Carolyn Iltis, Leibniz y la controversia vis viva ( PDF ).
- ↑ Sin embargo, ni siquiera d'Alembert pudo resolver definitivamente la controversia, ver Alembert, Jean Le Rond D ' , en encyclopedia.com . Consultado el 10 de noviembre de 2013 .
- ^ La energía en termodinámica es, por tanto, una función del estado
- ^ Notación IUPAC, consulte (EN) Cantidades, unidades y símbolos en química física (Libro verde de la IUPAC) (PDF), en media.iupac.org. sección 2.11 Termodinámica química
- ^ Un b Turchetti , p. 158 .
- ^ (ES) Charlez P. Enz, Hace cincuenta años Pauli inventó el neutrino (PDF).
- ↑ (EN) Richard Feynman, 52 , en The Feynman Lectures of Physics.
- ^ Un b Turchetti , p. 154 .
- ^ Turchetti , p. 155 .
- ^ a b Briggs .
Bibliografía
- Richard Feynman ,La física de Feynman , Bolonia, Zanichelli, 2001 .:
- Vol. I, capítulo 4: Conservación de la energía
- Vol. I, cap. 13: Trabajo y energía potencial (A)
- Vol. I, par. 15-9 Equivalencia de masa y energía
- Vol. I, par. 16-5 Energía relativista
- Enrico Turchetti, Romana Pasi, Elements of Physics , 1ra ed., Zanichelli, 1998, ISBN 88-08-09755-2 .
- (EN) David Briggs, Mark Wahlqvist, Visionary Voyager, Food Facts - Energy , Penguin Books, 1998.
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enlaces externos
- energía , en Treccani.it - Enciclopedias en línea ,Instituto de la Enciclopedia Italiana .
- (EN) Energy , en Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
- (EN) Energy en The Encyclopedia of Science Fiction .
- Energía , en Treccani.it - Enciclopedias en línea , Instituto de la Enciclopedia Italiana.
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