Se puede tener energía de forma eléctrica, mecánica, nuclear, química, radiante electromagnética y térmica.
Energía eléctrica
Es el tipo de energía más utilizado en la actualidad en los diferentes aparatos domésticos, siendo de fácil generación y transporte gracias a las características magnéticas de la electricidad.
Es importante indicar que cualquier tipo de energía se puede transformar en energía eléctrica, y por ello se encuentran las mayores aplicaciones en la industria y en las viviendas. Se trata de una energía que no es primaria ni final, sino que se emplea para hacer que los mecanismos de las máquinas se muevan o generen el calor necesario para calentar.
La generación de la electricidad alterna se realiza en grandes centrales hidroeléctricas, térmicas o nucleares; y antes del transporte a los puntos de consumo se somete a un cambio para conseguir alta tensión y baja intensidad por medio del transformador, de forma que se pueda consumir después a baja tensión con una nueva transformación realizada en los centros específicos de las poblaciones o las zonas industriales y urbanas.
La energía eléctrica se encuentra en la naturaleza y es proporcionada por los rayos de las tormentas atmosféricas, aunque esta aún no es aprovechable por lo imprevisible de su aparición.
La gran aplicación de la energía eléctrica se encuentra en la transformación de esta en energía mecánica para conseguir el motor eléctrico. Cuando la electricidad llega al motor, una bobina o arrollamiento de cables conductores (rotor) gira alrededor de un imán (estator), produciendo energía mecánica de giro.
Este giro se puede aprovechar para mover una polea con correa y transmitir y transformar ese movimiento en otros.
Energía mecánica
Está compuesta por dos tipos de energía: energía potencial y energía cinética. La primera está relacionada con la posición relativa en la que se encuentre la masa dentro de un sistema, y la segunda depende de la masa y la velocidad a la que esa masa se desplace.
Energía mecánica: Em = Ep + Ec
Energía potencial = masa · aceleración de la gravedad · altura
Ep = m · g · h
Energía cinética = ½ masa · velocidad lineal2 Ec = ½ m · v2
Nota
El valor de la aceleración de la gravedad puede variar dependiendo de la altitud respecto al nivel del mar, pero se utiliza 9,81 m/s2.
Se puede observar en la siguiente imagen que, si se coloca una masa suspendida en el aire, este cuerpo tendrá más energía potencial (Ep) cuanto mayor sea la diferencia de altura con respecto al suelo.
Si a continuación el cuerpo de masa (m) se deja caer, su energía potencial (Ep) se transformará, por su desplazamiento, en energía cinética (Ec), en la que influye la velocidad (v) de caída relacionada con la aceleración gravitatoria (g).
Ep = Ec
m · g · h = ½ m · v2
Eliminando la masa (m) de los dos lados de la igualdad:
g · h = ½ v2
Despejando ahora el valor de la velocidad se tiene:
v = √2 · g · h
Cuando el cuerpo de masa (m) está ya en el suelo, la energía mecánica (Em = Ep + Ec) que tiene será igual a cero, ya que con respecto a ese plano no tiene diferencia de altura (h) y está en reposo sin velocidad (v).
Aplicación práctica
Está realizando el montaje de un aparato de climatización subido en una escalera a 3 metros del suelo, donde se encuentra su compañero. Una vez apretados los pernos del soporte, deja caer el destornillador, de 200 gramos y desde una altura de 4 metros.
Si su compañero hubiera cogido el destornillador a 1 metro del suelo, ¿cuánta energía hubiese tenido que absorber en su mano?
SOLUCIÓN
La energía potencial del destornillador antes de su caída es:
Ep = m · g · h = 0,2 kg · 9,81m/s2 · 4 m = 7,848 julios
Esta energía potencial se transforma en energía cinética cuando el destornillador se deja caer → Ep = Ec.
Al llegar al suelo, la altura, la velocidad y la energía potencial serán igual a cero, pero a 1 metro del suelo la velocidad será:
V = √2 · g · h = √2 · 9,81m/s2 · 3 m = 41,62 m/s
La energía cinética que tiene a 1 metro del suelo será:
Ec = ½ m · v2 = ½ · 0,2 kg · 41,622 m/s = 173,22 julios
La energía potencial que aún le queda en ese punto, al estar a 1 metro del suelo, será:
Ep = m · g · h = 0,2 kg · 9,81 m/s2 · 1 m = 1,962 julios
La energía mecánica total que hubiera tenido que absorber el compañero si hubiera recogido el destornillador a 1 metro del suelo será la suma de las energías cinética y potencial:
Em = Ec + Ep = 173,22 julios + 1,962 julios = 175,182 julios
La propiedad electromagnética de la electricidad permite que el giro mecánico del rotor bobinado dentro del campo magnético de un imán genere electricidad (generación). De la misma forma, el giro del rotor bobinado dentro del campo magnético de un imán, por el magnetismo de la electricidad, genera un movimiento circular que se puede aprovechar como energía mecánica (consumo).
El generador eléctrico es capaz de mantener un voltaje mediante la transformación de energía mecánica en eléctrica. Se genera electricidad cuando un conductor o grupo de conductores (bobina) se mueven dentro de un campo magnético producido por un imán de tipo natural o artificial.
Esta electricidad se puede consumir en una lámpara o en otro tipo de resistencia de un circuito.
El origen de la utilización de la corriente alterna (CA) está en el descubrimiento de las propiedades magnéticas de la electricidad (Oersted), con las que se puede generar electricidad en las centrales a partir de energía de movimiento mecánico de las aspas de una turbina.
Esta electricidad generada será de corriente alterna, ya que la polaridad varía instantáneamente de positiva a negativa, y después de negativa a positiva.
Energía nuclear
Se encuentra en la masa propia del núcleo del átomo, el cual, al ser fisionado (dividido), produce una enorme cantidad de energía.
Cuando se divide por medio de un neutrón un átomo Uranio-235, el núcleo de este se vuelve