LA ENERGÍA MUEVE AL MUNDO

¿Qué es la energía, cómo se manifiesta, cómo la obtienen los seres vivos, cuáles son sus fuentes y cómo se transforma?

Por Liliana Fridson

La energía es uno de los conceptos más importantes de la ciencia, que hoy en día no sólo se aplica a las ramas de ésta, sino que también en muchos aspectos de la sociedad. Sin darnos cuenta, es uno de los términos que más nombramos en nuestra vida diaria. Expresiones como crisis energética, costo de energía, aprovechamiento de la energía, energías renovables y no renovables, son de uso frecuente en nuestro lenguaje cotidiano.

Todos nosotros estamos muy familiarizados con la energía, que nos llega a través del Sol en forma de luz. La encontramos en nuestros alimentos y sustenta la vida. Hay energía en las personas, en los lugares y en las cosas y la utilizamos constantemente, sin darnos cuenta o sin prestar atención. Pero…

¿Qué es la energía?

Existen varias definiciones sobre la energía, todas ellas correctas. Cada una de ellas se refiere a lo mismo, pero con un enfoque diferente. Por ejemplo, un estudiante de ingeniería nos diría que “la energía es la fuerza que nos permite realizar una actividad”, mientras que un libro de física expresará que “la energía es la capacidad para cambiar un objeto o su entorno” o que “la energía es la capacidad para desarrollar un trabajo”. En los diccionarios encontramos que “la energía es la capacidad para obrar o producir un efecto”.

La energía, aún siendo única se puede presentar en la naturaleza en diversas formas, capaces de transformarse unas en otras, cumpliendo una ley fundamental: la ley de la conservación de la energía, enunciada por primera vez por James Prescott Joule, que dice que “la energía ni se crea ni se destruye, sino que se transforma de una forma de energía a otra u otras”. 

Formas en que se manifiesta 

Así como hay varias definiciones de energía, también son distintas sus manifestaciones. Algunas formas en las que la energía se manifiesta en la naturaleza son:

Energía cinética: es la que tienen los objetos y masas en movimiento. Para que un cuerpo adquiera energía cinética, es decir, para moverlo, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que se le aplique esa fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo. También influye en la energía cinética la masa del cuerpo. 

Energía potencial: es aquella que se encuentra almacenada en espera de ser utilizada. Se llama así porque en ese estado tiene el “potencial” para realizar un trabajo. 

Energía mecánica: es aquella capaz de producir trabajo a expensas de un movimiento y una fuerza, sin que otras energías intervengan en la acción. 

Energía calórica o térmica: es la energía que se manifiesta al poner en contacto dos cuerpos que se encuentran a distintas temperaturas. El calor fluye desde el de mayor hacia el de menor temperatura. 

Energía eléctrica: es la asociada al movimiento de los electrones que circulan por un conductor. 

Energía luminosa: es la energía radiante que se manifiesta en forma de luz. Puede provenir de fuentes naturales o artificiales. 

Energía sonora: es la que transmiten las ondas sonoras. 

Energía química: es la producida por reacciones químicas que desprenden calor o que pueden desarrollar por su violencia algún trabajo o movimiento. Es la forma más utilizada en los seres vivos. La energía almacenada en nuestros cuerpos como resultado de la digestión de los alimentos es energía química. Los combustibles al ser quemados producen reacciones químicas violentas que producen trabajo o movimiento. Una pila o una batería también contienen este tipo de energía. 

Energía electromagnética o radiante: está asociada a campos electroestáticos, campos magnéticos o corrientes eléctricas. 

Energía geotérmica: se deriva del calor natural contenido en las formaciones rocosas que se encuentran debajo de la superficie terrestre. 

Energía eólica: es la energía asociada al movimiento de las grandes masas de aire (viento). 

Energía nuclear: es aquella que se libera como resultado de cualquier reacción nuclear. Puede obtenerse por fisión o por fusión. En las reacciones nucleares se libera mayor cantidad de energía que en las producidas en explosiones convencionales. es una de las fuentes de energía más modernas y que ha generado más polémica, ya que tiene sus puntos positivos y negativos. 

Energía hidráulica: es la energía producida por agua en movimiento o embalsada que se hace pasar por conductos para impulsar turbinas. 

Energía solar: es la energía radiante que proviene del Sol. 

¿Cómo obtienen energía los seres vivos? 

Todos los seres vivos necesitan energía, materia orgánica e información. Existen varias formas por las cuales los seres vivos obtienen energía del medio. En la mayoría de los seres vivos, la energía se obtiene de la combustión de la materia orgánica, utilizando para ello el oxígeno del aire y liberando en este proceso dióxido de carbono al medio ambiente.

La materia orgánica es producida por los vegetales en la fotosíntesis a través de la clorofila. Ésta es una sustancia química que se encuentra en las plantas verdes, capaz de capturar la energía luminosa del Sol. Con la labor de la clorofila, la radiación del Sol permite a los vegetales disociar CO2. Es durante este proceso que las plantas captan la energía.

Por lo tanto, los vegetales usando la energía del sol, transforman el CO2 y el H2O en un carbohidrato que utilizarán en la elaboración del tejido vegetal del que se nutrirá el resto de los seres vivos.

Como vemos, la conjunción de energía, materia e información, es la base sobre la que se organiza la vida. 

Fuentes de energía 

Son los recursos naturales que permiten obtener energía útil para distintas aplicaciones; por ejemplo, la industria o el consumo. Se las puede clasificar de acuerdo a varios criterios: 

Según su capacidad de regeneración: 

Renovables: son aquellas que, tras ser utilizadas, se pueden regenerar de manera natural o artificial. Por ejemplo la energía mareomotriz (mareas), la hidráulica, la eólica, la solar, la energía de la biomasa (vegetación). 

No renovables: son aquellas que se encuentran en forma limitada en el planeta y que no se pueden reponer. Por ejemplo los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural) y la energía nuclear. 

Según la necesidad de transformarlas: 

Primarias: son aquellas que se encuentran de forma espontánea en la naturaleza y se pueden utilizar directamente sin necesidad de someterlos a un proceso de transformación. Por ejemplo la energía hidráulica, eólica y solar. 

Secundarias: no se encuentran de forma espontánea en la naturaleza y el hombre las utiliza para poder distribuir o almacenar la energía procedente de las fuentes primarias. Básicamente son dos: el hidrógeno y la energía eléctrica. 

Según su impacto sobre la naturaleza: 

Contaminantes: son las derivadas de los combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas) y la energía nuclear. Producen efectos negativos en el medio ambiente, ya que provocan la destrucción de la biodiversidad, el agotamiento de los recursos naturales y la contaminación. 

No contaminantes: como la eólica y la solar, que no contaminan el medio ambiente. 

La energía se transforma 

Todas las formas de energía son interconvertibles, es decir, pueden transformarse unas en otras. En la naturaleza y en nuestra vida diaria se observan transformaciones de la energía. Podemos encontrar varios ejemplos, entre ellos:

  • La energía eléctrica se puede transformar en energía lumínica en una lamparita.
  • La fotosíntesis resulta ser una transformación de la energía luminosa (rayos del sol) en energía química.
  • En el caso del motor de un auto se produce un cambio de energía química (contenida en el combustible) en energía cinética.
  • Cuando enchufamos una plancha, la energía eléctrica se transforma en energía calórica.
  • Al caminar o mover un brazo, la energía química se convierte en energía cinética.

A pesar de que la energía se transforma, la energía total de un sistema, se conserva. Esto significa que la energía no puede crearse ni destruirse, solo se puede cambiar de una forma a otra. 

Para reflexionar 

El hombre, para satisfacer sus necesidades debe realizar una serie de trabajos. Sus necesidades han cambiado a lo largo de su evolución y, por consiguiente, las maneras de realizar esos trabajos también se han modificado. Sin duda la energía y su dominio son importantísimos para la realización de estas tareas, ya que sin ellas el ser humano no sobreviviría. Es por eso que debemos hacer un uso adecuado de la energía, buscando las alternativas y los recursos más apropiados sin dañar el medio ambiente.

Así como la energía se transforma, el docente debe transformar el aprendizaje cotidiano e informal de los niños, en ideas y conceptos con fundamento científico. Lo importante es valorar los conocimientos que cada niño posee, sus ideas y pensamientos, para estimular la capacidad de expresar lo que piensa frente a un fenómeno o proceso y orientarlo para que pueda obtener información que le permita contrastar sus ideas originales con sus nuevos aprendizajes.

Debido a que la energía es un contenido que se aborda en el segundo ciclo, las actividades presentadas a continuación, están destinadas a este nivel de enseñanza. 

ACTIVIDADES: LA ENERGÍA QUE NOS RODEA 

  • Se pide a los alumnos/as que comenten algunas actividades que realizaron el día anterior en su casa y se registran esas actividades en el pizarrón. Se conversa acerca de en cuáles de las actividades nombradas se utilizó energía y se las va marcando, de manera de guiarlos para que encuentren que en todas las actividades que mencionaron se utilizó energía.
  • Tras conocer los distintos tipos de energía, se realiza un juego en el cual deberán clasificar los tipos de energía. Para ello se divide al curso en dos grupos que competirán entre sí. Se prepara un set de tarjetas que contengan el nombre o el dibujo de un objeto o una situación donde se evidencie qué tipo de energía se está manifestando.
  • Se reparten las tarjetas entre los dos grupos y cada uno de ellos representa con mímica las propias al resto de los compañeros, quienes deben adivinar el tipo de energía que se está representando. Se ponen puntos por cada acierto.
  • Luego se comenta cuáles son las manifestaciones de energía que se dan en la naturaleza. Por ejemplo, la luz emitida a partir de erupciones volcánicas, los rayos del sol, el calor que emana de un geiser, etc.
  • A través de preguntas se guía a los alumnos/as para llegar a la importancia del Sol como la principal fuente de energía del planeta. Se discute acerca de las consecuencias que tendría nuestro planeta si dejara de recibir energía de parte del Sol.
  • Forman grupos de trabajo e investigan sobre fuentes renovables y no renovables de energía. Cada grupo investigará sobre una de las fuentes, utilizando las siguientes pautas: 

ü  Tipo de fuente (renovable o no renovable).

ü  Ubicación geográfica de los yacimientos (en el caso de las fuentes no renovables).

ü  Utilización que les da el hombre.

ü  Relación eficiencia/costo.

ü  Impacto que produce su utilización en el medio.

ü  Necesidad de racionalización del recurso energético.

Para realizar la investigación se los puede orientar con algunas páginas de internet. Una vez terminadas las investigaciones, los grupos exponen sus trabajos al resto de la clase. 

ACTIVIDADES: LAS CARAS DE LA ENERGÍA 

  • Se entabla una discusión con los alumnos/as, conversando sobre los tipos de energía que conocen y desde cuándo creen ellos que el ser humano comenzó a utilizarlos. Se les pide que relaten experiencias en que hayan utilizado algún tipo de energía. Se muestra un video sobre los distintos tipos de energía y se despeja algunas dudas surgidas en la discusión anterior y durante la presentación. 
  • Salen del salón de clases y se les pide que observen, identifiquen y anoten los tipos de energía presentes en el entorno, utilizando lo aprendido.
  • Se divide al curso en tres grupos. Cada uno deberá tener una copia de una guía de trabajo para seguir los pasos de una actividad que realizarán para observar el efecto de la energía solar y la importancia del calor en la captación de esta energía.
  • Para este experimento necesitan los siguientes materiales: 3 tarros metálicos de 500 ml; pintura blanca y negra, 3 termómetros, cartón, olla de unos 2 litros o hervidor eléctrico, resistencia de inmersión o hervidor de agua y agua. 

Desarrollo:

  • Pintan exteriormente uno de los tarros de color blanco y otro negro. El tercero se deja sin pintar. Construyen tres tapas de cartón con un orificio para colocar un termómetro en cada una. Se calienta agua en la cacerola, sin que llegue a hervir y se añade a cada uno de los tarros la misma cantidad de agua caliente y se cubren. El docente realiza esta actividad en el centro del aula.
  • Una vez que se vierte el agua caliente en los tarros, se designa a cada grupo un tarro y se les pide que lo pongan al sol y anoten periódicamente la temperatura del termómetro y la hora. Para ello utilizan una tabla de observación.
  • Se explica a los alumnos/as la transformación de energía que ha ocurrido: la forma en que la energía solar se transforma en energía calórica.
  • Se exponen las tablas de observación de los grupos, estableciendo las diferencias y semejanzas entre éstas. A partir de esto los grupos responden las siguientes preguntas: ¿Qué cantidad de energía ha perdido cada uno de los tarros después de cierto tiempo? ¿Qué tipo de energía están recibiendo los tarros? ¿Qué tipo de energía es la que está actuando? ¿A qué se debe que la temperatura no desciende por igual en los tres tarros? ¿Por qué se suele usar en invierno ropa oscura y en verano ropa clara?
  • Luego de compartir las respuestas, el docente reflexiona con ellos sobre la utilización de la energía solar y los posibles cambios que realizarían en el futuro para su buen uso.