12 dic. 2010

De los tipos de energía y su deterioro: segundo principio de la termodinámica.

Últimamente se relaciona la sostenibilidad con la energía y su uso: utiliza la energía, no la gastes, y frases por el estilo.

Así que antes de ponerme a divagar sobre factores de eficiencia energética, he pensado en describir un poco qué es la energía, qué tipos de energía hay y cómo evoluciona.

La energía es la capacidad para realizar una acción. Aristóteles lo llamaría la acción en potencia (lo que no es, pero puede llegar a ser). Según teorías físicas no del todo descartadas (como díría Sheldon Cooper), la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Ahora bien, si la energía se transforma, ¿en qué formas nos la podemos encontrar? ¿y con qué criterios/normas/leyes se transforma?

Podemos hablar, fundamentalmente, de cuatro tipos de energía: la energía mecánica, la energía química y el calor.
   -la energía mecánica la podemos observar en los objetos y viene dada por su posición y su velocidad: un objeto que está a una altura determinada puede caerse (capacidad de realizar una acción, recordad), y si va a una determinada velocidad puede impactar con otra y moverla/romperla/etc.
   -la energía química depende de la estrutura interna del material. Los átomos o moléculas que la componen pueden encontrarse más o menos cómodos en su estado y siempre que pueden tienden a situaciones mejores (como tontos, los átomos). Al hacerlo, pueden llegar a provocar otras acciones. Un ejemplo típico de la energía química es la que se desprende al quemar algo (la combustión es una reacción química en la que ciertos átomos o moléculas se combinan con oxígeno porque así están más cómodos/as.)
   -la energía electromagnética es la transportada por las ondas homónimas (la luz, por ejemplo).
   -el calor es un tipo de energía 'residual', que hace vibrar los átomos o moléculas de la materia. Según la intensidad de esa vibración, hablaremos de que la materia está más fría o más caliente.

El planeta Tierra recibe energía electromagnética del sol y, para estar en equilibrio, debería desprender calor* al mismo ritmo.
Si el planeta desprende menos energía que la que recibe, se calentará. Y si desprende más que la que recibe, se enfriará. Hasta que el planeta empezó a sentir la influencia de la acción humana, tenía fases más frías y otras más calientes (períodos glaciares e interglaciares), pero se trataban de variaciones en torno a un punto de equilibrio estable (como la canica dentro del tazón, que aunque no esté en el fondo tiende a volver hacia él).

Y ahora, vamos con el intríngulis del tema: ¿cómo cambia la energía de una forma a otra, y con qué criterio?
Los físicos han estudiado el tema durante siglos, y sus conclusiones están resumidas en el segundo principio de la Termodinámica. Éste dice -sin entrar en tecnicismos-, que la energía tiende al desorden, tiende a perder calidad. Así, los diferentes tipos de energía se clasifican según su 'orden', o su calidad:
   -la energía mecánica es la más ordenada, porque se distribuye homogéneamente por objetos grandes.
   -la energía química se distribuye ordenadamente por cada molécula, es la 2ª más ordenada.
   -la energía electromagnética está en las ondas, de masa despreciable, sería la siguiente.
   -el calor no se sabe exactamente a qué tamaño de partícula afecta, pero se ha comprobado que es la de peor calidad.


Un balón que cae desde una estantería cambia su energía mecánica por posición (e.potencial), en energía de velocidad (e.cinética), al impactar con el suelo la cambia a energía de deformación (e.elástica), recupera energía de velocidad, la pierde y vuelve a tomar energía por posición, etc. En todo este proceso vemos cómo la energía del balón cambia de forma, pero también observamos que 'pierde' energía: cada vez los botes tienen menos altura, la velocidad a la que asciende o desciende es menor, el ruido en el suelo al botar no es tan fuerte, etc. Esto es debido a que una parte de la energía mecánica se está conviertiendo en calor a causa del rozamiento (con el aire, entre moléculas al deformarse en los botes,...) El rozamiento hace que una parte de la energía mecánica se transforme en calor, hasta que el balón pierde toda su energía y se para. Aquí se ve cómo la energía tiende a perder calidad, degradándose hasta convertirse en calor.

Dentro de cada categoría energética se pueden hacer subcategorías, pero únicamente voy a exponer cómo se distribuye la calidad en la energía calorífica (calor). Se dice que el calor, cuanto más frío, más desordenado.
Me explico, porque lo he puesto así a propósito. Igual que la energía mecánica tiende a convertirse en calor, el calor de un objeto caliente tiende a irse hacia los objetos fríos.

El segundo principio de la termodinámica, siendo muy complejo, simplemente indica el orden en el que ocurren las cosas, qué ocurre antes y qué ocurre después.

Para el próximo post, un poco de entropía, procesos irreversibles y cómo hacer que el calor vaya de un sitio frío a uno caliente.


*en realidad no es calor, es radiación e.m. consecuencia del calor.

No hay comentarios:

Publicar un comentario