La Energía: Unidades de medida y eficiencia

En una clase anterior vimos qué es la Energía y que formas puede adoptar. En esta segunda clase, veremos cómo se mide la energía, que es el principio de conservación y el concepto de Eficiencia.

Midiendo la Energía

La energía es una magnitud física y por lo tanto puede ser medida. En el sistema internacional (SI) la unidad de medida es el Joule (a veces denominada JULIO).

No es la única unidad empleada. Otra que también se emplea es la caloría y su múltiplo la kilo caloría (1000 calorías). Las calorías se usan para medir la cantidad de energía que aportan los alimentos a nuestro cuerpo.

Para mantener nuestro cuerpo en funcionamiento, debemos incorporar energía a través de los alimentos. Un varón entre 14 y 18 años gasta unas 1500 calorías diarias, y una mujer cerca de 2000. Si ingerimos mas calorías de las que gastamos, la diferencia se acumula en el cuerpo y aumentamos de peso.

La siguiente imagen muestra el equivalente energético de algunos alimentos (en Joules)

Fig. 1. Energía de algunos alimentos

Principio de conservación de la energía

¿Alguna vez subieron a una montaña rusa? Es una experiencia única, estimulante y para muchos también aterradora. Funciona de una forma muy sencilla: un grupo de carritos parte de una situación de reposo y es remolcado, gracias a un motor eléctrico, hasta el punto de mayor altura, ganando energía potencial a medida que asciende. Cuando la formación llega a la cúspide, los carros se desenganchan y la fuerza de gravedad hace el resto. A medida que descienden, los carritos cambian su energía potencial por energía cinética, aumentando así su velocidad. En una subida ocurre lo contrario, se pierde velocidad y energía cinética pero se gana altura y energía potencial. Si las únicas formas de energía en juego fueran estas, podríamos construir una montaña rusa interminable, ya que habría una transferencia constante entre energía cinética y energía potencial y la sucesión de subidas y bajadas podría mantenerse indefinidamente.

Sin embargo, y para desilusión de los empresarios de parques de diversiones, esto no es así. Cuando los carros inician su descenso inicial, la energía potencial no sólo se convierte en energía cinética, sino que también se transforma en calor debido a la fricción de las ruedas con los rieles y con sus propios ejes. De esta manera, a medida que el carro corre por las vías su energía va disminuyendo y la altura de las subidas que es capaz de afrontar es cada vez menor. Llegado el momento, ni siquiera alcanzará para vencer a la fricción y el carro se quedará inmóvil.

Fig. 2. Sin fricción podríamos hacer una montaña rusa interminable

La eficiencia

En general, las transformaciones energéticas se realizan porque disponemos de la energía en una forma y nos interesa usarla en una forma diferente, empleando para ello un artefacto o dispositivo que realice la conversión necesaria.

Un ejemplo es una lamparita eléctrica, en la que se transforma energía eléctrica en energía luminosa. Sin embargo, esta transformación no es perfecta: nunca se convierte el 100% de la energía inicial en el tipo de energía que nosotros queremos o necesitamos.

Volviendo al ejemplo de la lamparita, sabemos por experiencia que además de transformarse en luz, la energía eléctrica también se convierte en calor. Si la lámpara fuera perfecta, la totalidad de la electricidad se convertiría en luz, sin generación alguna de calor.

Para poder medir el grado de esta “perfección” de los dispositivos que convierten la energía se emplea el concepto de eficiencia o rendimiento, como la relación entre la cantidad de energía de salida aprovechada y el total de energía que ingresa al mismo:

En el caso de las lámparas, la eficiencia varía según el tipo.  En las lámparas incandescentes, las viejas “bombitas” o “lamparitas”, es tan bajo como el 20%, mientras que en las de bajo consumo o fluorescentes está alrededor del 80%.

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