Energía (física)
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La energía es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. 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 a algunas otra 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 requerido para llevar al sistema desde un estado inicial al estado actual. El estado inicial es totalmente arbitrario.
La energía no es un ente físico real, ni una "substancia intangible" sino sólo un número escalar que se le asigna al estado del sistema físico, es decir, la energía es una herramienta o abstacción 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.
Tabla de contenidos |
[editar] Energía potencial
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.
- <math>\vec F = - \operatorname{grad} U</math>
[editar] Energía cinética de una masa puntual
Es igual en magnitud al trabajo requerido para llevar la partícula al estado en el que se encuentra.
- <math>E = {1 \over 2} mv^2</math>
Dado que los cuerpos están formados de partículas, se puede conocer su energía sumando las energías individuales de cada partícula.
[editar] 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 complemetarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo.
[editar] 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
[editar] 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)
[editar] 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
[editar] 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 energia calorica.
- 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).af:Energie
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