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Evolución por la energía

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Energía = Materia    ~    Comentarios Comments (15)

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Cualquier cosa que podamos imaginar… ¡Podría estar en nuestro Universo!

El universo entero es energía. En sus formas diferentes la energía cambia continuamente y lo mismo hace que brillen las estrellas del cielo, que los planetas giren, que los estables átomos formen moléculas y materia, que las plantas crezcan o que las civilizaciones evolucionen.

La ciencia del siglo XIX reconoció la universalidad de la energía y supo ver que la Humanidad sin energía que hiciera el trabajo más duro, no evolucionarían en el bienestar social y el saber.

De todas maneras, aún hoy día, a comienzos del siglo XXI, no tenemos un conocimiento unificado de todos los ámbitos y disciplinas, que relacionados de una u otra manera con la energía, nos presente una visión global y completa de este problema. Los estudios energéticos modernos se presentan fragmentados, divididos en disciplinas, y los científicos que trabajan en cada una de ellas están muy ocupados para leer el resultado obtenido en los otros estudios.

Resultado de imagen de Los geólogos, por ejemplo, al tratar de entender las grandes fuerzas que transforman la superficie del planetaResultado de imagen de Los geólogos, por ejemplo, al tratar de entender las grandes fuerzas que transforman la superficie del planeta

Los geólogos, por ejemplo, al tratar de entender las grandes fuerzas que transforman la superficie del planeta por el movimiento de las placas tectónicas, rara vez están al día de los descubrimientos en las otras ramas de la energética moderna, donde se estudia desde el esfuerzo de un corredor de élite hasta el vuelo de un colibrí.

Los ingenieros se preocupan por las plantas generadoras de electricidad y piensan poco en las constantes fundamentales de la energía o en los cambios que determinaron la evolución de las sociedades antes de la llegada de la civilización de los combustibles fósiles.

Resultado de imagen de El resplandeciente Sol

Energía es todo, desde el Sol hasta un embarazo; desde el pan que comemos hasta un microchip. Sin embargo, es difícil que un técnico pueda pensar en ello cuando está centrado en resolver el problema del momento.

La progresión lógica se realiza siguiendo una secuencia progresiva desde los flujos de energía planetarios a la vida de las plantas y los animales, siguiendo con la energía humana, la energía en el desarrollo de las sociedades preindustriales y modernas, y concluyendo con el transporte y los flujos de información, que son las dos características más importantes de la civilización de los combustibles fósiles.

Resultado de imagen de Entropía

Los que han leído algunos de mis trabajos saben que aquí podrán encontrarse con datos y materias diversas, y aunque el tema central, como he reseñado por título, es la evolución por la energía, también podrán leer sobre la entropía, las fuerzas de la naturaleza, el átomo, o incluso, del Sol, los vientos, radiación solar o cualquier dato que, en realidad, pueda estar conectado con el concepto de energía.

Operamos con unidades

Resultado de imagen de Resultado de imagen de E = mc2

El conocimiento, las peculiaridades y las complejidades de las diferentes formas de energías, así como su almacenamiento y transformación, requiere que cuantifiquemos esas cualidades y procesos. Para ello debemos introducir cierto número de conceptos científicos y medidas, así como sus unidades correspondientes.

Al hablar sobre energía nos encontramos con el problema de que el uso en el habla común de muchos términos científicos está equivocado. Como dice Henk Tennekes, “hemos creado una terrible confusión con los conceptos físicos simples en la vida ordinaria”. Pocos de esos malentendidos son tan generales y molestos como los relacionados con los términos energíapotencia y fuerza.

Resultado de imagen de Empujar un bloque de piedra

Definimos fuerza como la intensidad con la que intentamos desplazar – empujar, tirar, levantar, golpear… – un objeto. Podemos ejercer una fuerza enorme sobre la roca que sobresale en una montaña incluso si ésta permanece inmóvil. Sin embargo, sólo realizamos trabajo cuando el objeto que empujamos se mueve en la dirección de la fuerza aplicada. De hecho, se define el trabajo realizado como el producto de la fuerza aplicada por la distancia recorrida. La energía, como se define en los libros de texto, es “la capacidad de hacer trabajo”, y así, ésta se medirá con las mismas unidades que el trabajo.

Resultado de imagen de Unidades que tiene nombres especiales

Si medimos la fuerza en unidades denominadas newton (N), llamada así en honor de Isaac Newton, y la distancia en metros (m), el trabajo se mide en la malsonante unidad de newton-metro. Para simplificar, los científicos llaman al newton-metro julio (J), en honor de James Prescot Joule (1818 – 1889), quien publicó el primer cálculo preciso de la equivalencia entre trabajo y energía. El julio es la unidad estándar de trabajo y energía.

La potencia es simplemente la tasa de trabajo, es decir, un flujo de energía por unidad de tiempo. A un julio por segundo lo llamamos vatio (W) en honor de James Watt (1736 – 1819), inventor de la máquina de vapor mejorada y el hombre que estableció la primera unidad de potencia, que no fue el vatio sino el caballo de vapor (CV), una unidad aproximadamente igual a 750 W.

Seguimos con algunas tablas para documentarnos:

Resultado de imagen de Reservas mundiales de material energético

Almacenamiento de energía
Energía de Magnitud
Reservas mundiales de carbón 200.000 EJ
Reservas mundiales de masa vegetal 10.000 EJ
Calor latente de un tormenta 5 PJ
Carga de carbón de un camión de 100 t 2 TJ
Barril de petróleo crudo 6 GJ
Botella de vino de mesa blanco 3 MJ
Garbanzo pequeño 5 KJ
Mosca en la mesa de la cocina 9 mJ
Gota de agua de 2 mm en una hoja de árbol 4 μJ
Flujos de energía
Energía de Magnitud
Radiación solar 5.500.000 EJ
Fotosíntesis mundial neta 2.000 EJ
Producción mundial de combustibles fósiles 300 EJ
Huracán típico en el Caribe 38 EJ
La mayor explosión de bomba H en 1961 240 PJ
Calor latente de un tormenta 5 PJ
Bomba de Hiroshima en 1945 84 TJ
Metabolismo basal de un caballo grande 100 MJ
Ingesta diaria de un adulto 10 MJ
Pulsación de una tecla del ordenador 20 mJ
Salto de una pulga 100 nJ

Resultado de imagen de Energía cinéticaResultado de imagen de Energía cinética

Para avanzar un poco más tenemos que pasar de empujar y tirar (lo que llamamos energía mecánica o energía cinética) a calentar (energía térmica). Definimos una unidad llamada caloría como la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14’5 a 15’5 ºC. Usando esta unidad podemos comparar energías térmicas, pero una vez más, esta unidad no nos permite comparar todas las clases diferentes de energías.

Si nos preguntamos ¿qué es la energía?, esta pregunta no es fácil de contestar. Incluso uno de los más grandes físicos modernos resulta de poca ayuda: “es importante darse cuenta de que en física, en realidad, no se sabe muy bien qué es la energía. No tenemos una idea de por qué la energía está formada por pequeños pulsos de una cantidad definida”, decía Richard Feynman en su libro Lectures on Physics.

David Rose, para definir la energía, decía: “es un concepto abstracto inventado por los físicos en el siglo XIX para describir cuantitativamente una amplia variedad de fenómenos naturales”.

Resultado de imagen de masa y energía son equivalentes

E: representa la energía

m: la masa

c: la velocidad de la luz en el vacío ¡casi 300 000 km/s!

Einstein nos dijo: “la masa y la energía son manifestaciones de una misma cosa”.

El conocimiento moderno de la energía incluye un número de descubrimientos fundamentales: la masa y la energía son equivalente; los diferentes tipos de energía están relacionados por muchas transformaciones; durante esas transformaciones, la energía no se destruye (primer principio de la termodinámica) y esta conservación de la energía está inexorablemente acompañada por una pérdida de utilidad (segundo principio de la termodinámica).

El primer descubrimiento, descrito en una carta de Einstein a un amigo suyo como una “idea atrevida, divertida y atractiva”, se resume en su ecuación m = E/c2, que en su versión más famosa se escribe como E = mc2; la ecuación más conocida de la física.

Resultado de imagen de La gravedad mantiene unido los planetas

El segundo descubrimiento se demuestra continuamente en miles de trasformaciones energéticas que se producen en el universo. La energía gravitatoria mantiene las galaxias en movimiento, a la Tierra girando alrededor del Sol y confinada la atmósfera que hace nuestro planeta habitable. La transformación de la energía nuclear en el interior del Sol produce el continuo flujo de energía electromagnética, llamada radiación solar. Una pequeña parte de esa energía llega al planeta Tierra que, a su vez, libera energía geotérmica. El calor producido en ambos procesos pone en movimiento la atmósfera, los océanos y las gigantescas placas tectónicas terrestres.

Resultado de imagen de la energía del Sol se transforma en en energía química

Una pequeña parte de la energía radiante del Sol se transforma, a través de la fotosíntesis, en reservas de energía química, que son utilizadas por muchas clases de bacterias y plantas. Los seres heterótrofos (organismos que van desde las bacterias, los protozoos y los hongos hasta los mamíferos), ingieren y reorganizan vegetales de las plantas en nuevos enlaces químicos y los utilizan para crear energía mecánica (cinética).

La energía química almacenada durante millones de años en los combustibles fósiles se libera por combustión en calderas y máquinas como energía termal (térmica), la cual, a través de muchos procesos se convierte en energía mecánica, química o electromagnética.

Resultado de imagen de TerremotosResultado de imagen de Volcanes

La colisión entre las placas terrestres lleva a que las rocas conformantes de la corteza puedan romperse (fallarse) o bien plegarse. Este último proceso ocurre en aquellos estratos rocosos que se ven sometidos a altas presiones y temperaturas, que permiten que las rocas se tornen dúctiles. Las cadenas montañosas o cordilleras se generan por la colisión de las placas tectónicas y, por lo general, se localizan cerca de sus márgenes.

Potencia de fenómenos de corta duración
Flujos de energía Duración Potencia
Terremoto de magnitud 8 en la E. Richter 30 s 1’6 PW
Gran erupción volcánica 10 h 100 TW
Energía cinética de una tormenta 20 min 100 GW
Gran bombardeo de la 2ª Guerra Mundial 1 h 20 GW
Tornado medio en EE.UU. 3 min 1’7 GW
Los cuatro motores del Boeing 747 10 h 60 MW
La mayor máquina de vapor de Watt 10 h 100 KW
Carrera de 100 m 10 s 1’3 KW
Lavadora doméstica 20 min 500 W
Audición de un CD 60 min 25 W
Una vela 2 h 5 W
El vuelo de un colibrí 3 min 0’7 W

Resultado de imagen de El segundo principio de la termodinámica

El segundo principio de la termodinámica se refiere a la inevitable realidad de que a lo largo de la cadena de transformación de la energía se va perdiendo la capacidad de realizar un trabajo útil. Hay una magnitud asociada con esta pérdida de utilidad de la energía que se llama entropía; en cada transformación la energía se conserva, pero la entropía del sistema en su conjunto sólo puede aumentar. No hay nada que podamos hacer contra esta disminución de utilidad. Un barril de petróleo es un almacén de energía muy útil y de baja entropía que se puede transformar en calor, electricidad, movimiento y luz. Las moléculas calientes de aire emitidas por el tubo de escape de un motor o la luz que rodea una bombilla representan un estado de alta entropía en el que se producen irrecuperables pérdidas de utilidad.

Resultado de imagen de El Universo como sistema cerrado

El Universo se puede considerar como un sistema cerrado

En un sistema cerrado, este proceso unidireccional de disipación entrópica tiene la inevitable consecuencia de una pérdida de la complejidad y un aumento de la homogeneidad. Esto se puede ver si usted compara la multitud de moléculas orgánicas que componen el petróleo con la monotonía de unos pocos tipos de moléculas sencillas que forman los gases del tubo de escape.

Por el contrario, todos los organismos vivos (desde las bacterias hasta las civilizaciones humanas) son sistemas abiertos, que están importando y exportando energía constantemente; son capaces de mantenerse en estado de desequilibrio químico y termodinámico, creciendo y evolucionando hasta una mayor heterogeneidad y complejidad. Desafían temporalmente la tendencia entrópica.

No conviene utilizar unidades inadecuadas para medir esta gran variedad de procesos, porque casi siempre las cifras estarían seguidas o precedidas de muchos ceros. Tanto el julio como el vatio representan respectivamente cantidades muy pequeñas de energía y potencia. Aproximadamente 30 microgramos de carbón o 2 segundos de metabolismo de un ratón de campo equivalen a 1 julio. Un vatio es la potencia de una pequeña vela encendida o el vuelo rápido de un colibrí.

emilio silvera

 

  1. 1
    Emilio Silvera
    el 24 de mayo del 2018 a las 6:05

    Bueno, la energía, aunque todavía no sepamos muy bien lo que es, nos acompañó durante toda nuestras vidas, ya que, es energía todo lo que hacemos desde el vientre de la madre, cuando nacemos, y, también es energía el recorrido que durante nuestras vidas hacemos por este mundo. Es energía un embarazo, el vuelo del colibrí, la erupción de un Volcán, y, energía es también cuando se producen los fenómenos naturales, cuando rota la Tierra, el cambio de fase de que se produce en las estrellas, y, en definitiva, todo el Universo es Energía, sin ella, nada sería.

    Simplemente somos parte de un Universo dinámico regido por la Energía que incide en todo y en todos.

    Responder
  2. 2
    juan Antonio
    el 24 de mayo del 2018 a las 17:59

    Hola, Emilio, soy Juan Antonio de Barcelona. Esta vez te hago una pregunta. Si todo es energía, entonces un pensamiento también lo es. y bajo la física, de que nada se crea ni se destruye, solo se transforma. Cómo se podría explicar, que el pensamiento se crea.
    En su lugar se `podría indicar, que el pensamiento ya existía y, que cada uno de los seres vivos lo canaliza para su observación, comprensión, y acción. 
    En esta propuesta, mi pregunta se dirigiría a: se podría cumplimentar, que recogiendo un pensamiento y elaborándolo, cada uno al ampliarlo elaborandolo lo transformaría, generándose en similitud la misma faceta indicada.
    Aplicable a cualquier proceso de evolución. ¿Qué opinión puedes indicarme?

    Saludos desde Barcelona. 

    Responder
    • 2.1
      Emilio Silvera
      el 25 de mayo del 2018 a las 5:34

      ¡Hola, Juan Antonio!

      Te podría contestar que la energía se libera a medida que los electrones pasan desde las coenzimas a los átomos de oxígeno y se almacenan en compuestos de la cadena de transporte de electrones. A medida que éstos pasan de uno a otro, los componentes de la cadena bombean aleatoriamente protones desde la matriz hacia el espacio comprendido entre las membranas externa e interna. 

      fosforilacion.jpg

      Los protones sólo pueden volver a la matriz por una vía compleja de proteínas integradas en la membrana interior. Este complejo de proteínas de membrana permite a los protones volver a la matriz sólo si se añade un grupo fosfato al compuesto difosfato de adenosina (ADP) para formar ATP^en un proceso llamado fosforilación.

      El ATP se libera en citoplasma de la célula, que lo utiliza prácticamente en todas las reacciones (como, por ejemplo, crear pensamientos). Se convierte en ADP, que la célula devuelve a la mitocondria para volverla a fosforilarlo.

      La energía del cerebro tiene que ver con todo eso y, una parte muy principal de ella, son las mitocondrias, ya que, sin ellas, no tendría la energía necesaria para producir los pensamientos a que haces mención.

      Resultado de imagen de Conexiones del cerebro

      Por otra parte, simplemente nos basta con observar las conexiones del cerebro entre neuronas y sinagsis, para comprender que, en el mismo, está presente la energía que hace posible su funcionamiento. Así que, amigo mío, podríamos decir, sin temor a equivocarnos que, los pensamientos son producto directo de procesos de energía que ser dan en nuestros cerebros por medio de mecanismos que no siempre podemos entender.

      Saludos.

      Responder
  3. 3
    Pedro
    el 25 de mayo del 2018 a las 21:18

    Primera: las partículas para mantener sus propiedades ¿consumen energia? Spin,carga eléctrica, etc.
    Otro ejemplo: el giro de la tierra o momento angular en principio pareciese que no requiere consumo energético. Por la ley de conservación del momento angular. ¿Esto realmente es así?  Yo diría que todo proceso de cualquier índole requiere consumo de energía, o transformación de la misma otra cosa es si lo sabemos diferenciar.
    El propio movimiento de los planetas en si mismo pareciese que no requieren consumo energético, no obstante los satélites para mantenerse en sus órbitas hay que inyectarles de energia, de lo contrario caerían en pozos gravitacionales.
    La estación internacional Mir, parece que se mueve por si sola salvo cuando cambia de órbita y hay que darla un empujoncito y llevarla hasta su sitio.

    Una galaxia aislada, en los confines del universo, su giro se debe al giro de la nube que la formó, su momento lineal también, significa que no acabará nunca de moverse, hasta desintegrarse. La naturaleza es dinamismo absoluto.
    Si el espacio es por lo general vacío, ¿Que provoca tanto dinamismo? La energía del vacío. Por tanto en todo subyace consumo energético.

    Acerca del tiempo: Cuando decimos cómo transcurre el tiempo , no sería mejor decir comos los distintos procesos consumen energía.
    Por tanto :medir tiempos es medir consumos energéticos.
    ¿Que diferencia hay entre dos atletas cuando recorren cierto determinado espacio. Y nos paramos a cronometrar?, pues su diferencia son consumos energéticos. Por tanto no consumen tiempo.
    ¿Cuando hablamos de la edad, no sería igual a preguntar por energía consumida.?
    En resumen : “El tiempo es una quimera, y la energía es el aval”. 

    Solo son ocurrencias de un lego.

    Ya una burrada, “La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma”. Yo diría “Hay energía potencial, la naturaleza haga de ella utilidad, y nosotros también, ya que se disipará sin más”.
     

     

    Responder
    • 3.1
      Emilio Silvera
      el 26 de mayo del 2018 a las 5:37

      La energía está por todas partes y es esencial en cualquier evento que se produzca en cualquier parte, no importa de qué región del Universo estemos hablando, allí estará en forma de radiación ionizante, en rotaciones de planetas, en la emisión de energía de las estrellas, y, en definitiva, en todo lo que se mueve, y, si tenemos en cuenta que, en realidad, nada está totalmente quieto… ¡La energía estará presente!

      Responder
      • 3.1.1
        Pedro
        el 26 de mayo del 2018 a las 8:59

        Una cuestión :
        Resulta que nos ponemos a definir la velocidad (v=e/t) y en ningún caso hacemos mención a la energía necesaria. ¿Como se come esto? 

        Todo movimiento requiere consumo energético. Osea el tiempo es una sandez con mayúsculas.  

        Los fenómenos físicos no consumen tiempo sino energía.

        El concepto de tiempo es una entelequia, una abstracción una absurdidez. 

        Medimos consumos energéticos y no consumos de tiempo. 

        Responder
        • 3.1.1.1
          emiliosilvera
          el 26 de mayo del 2018 a las 10:30

          Buena perspectiva

        • 3.1.1.2
          Pedro
          el 26 de mayo del 2018 a las 14:42

          Tampoco mencionamos la masa a mover.
          V=e/mxeNergia consumida

        • 3.1.1.3
          Pedro
          el 26 de mayo del 2018 a las 14:48

          Creo que sería más acertado sumar la masa del objeto + el gasto energético
          v=espacio /( m + e)

  4. 4
    Pedro
    el 26 de mayo del 2018 a las 12:01

    Resumen:
    El movimiento en campos gravitacionales(galaxias), son producidos por la propia asistencia gravitacional de pozo, ok no obstante para mantenerse en  una orbita necesario consumo de energía.
    En espacios ingrávidos (intergalacticos): el movimiento resulta casi gratuito salvo cuando queremos una dirección determinada.
    Si el tiempo es una quimera , que lo es. ¿Como conociendo dos personas unas determinadas coordinadas en el espacio podríamos concretar  una cita y después encontrarse y tomarse un café?
    Yo lo tengo resuelto ok.

     

     

    Responder
    • 4.1
      Emilio Silvera
      el 26 de mayo del 2018 a las 19:43

      El tiempo puede que sea una abstracción de la Mente pero, su transcurrir, bien que se deja notar en todo y en todos. Y, esas coordenadas, si no incluyen otra temporal, podría darse el caso de que uno de los amigos llegara a las 12h al café y, el otro, a las 16h., con lo cual, los dos se tomarían el café en solitario. No es tan fácil deshacernos del Tiempo.

      Responder
  5. 5
    Pedro
    el 26 de mayo del 2018 a las 23:47

    Ese transcurrir del tiempo imaginelo como gasto energético, ok la fórmula correcta podría quedar así :v=espacio / masa del objeto + masa del combustible – masa de lo consumido . Imagine el reloj como un contador de luz, y no de lapsus de tiempo. (Unidad de espacio por unidad de energía consumida). Sería cuestión de sincronizar esos supuestos contadores en función de cómo se consume la energía. Por hay van los tiros

    Responder
  6. 6
    Pedro
    el 27 de mayo del 2018 a las 0:12

    La masa del objeto como del combustible en unidades energéticas.
    El supuesto contador de consumo energético calibrarlo en función de cómo se consume la energía para desplazarnos , y no en función de un tiempo transcurrido. Con una fuerza de un puñetazo que espacio recorro  con un objeto de 10kg.

    Responder
  7. 7
    Pedro
    el 27 de mayo del 2018 a las 1:00

    Primero pido disculpas , alguna frase está muy mal redactada.
    “Con una fuerza de puñetazo, una masa de 20kg.¿Que espacio recorre? Cómo ve no necesitados tiempo., Solo consumo energético.
    Seguimos:

    Haber si me explico ok.
    Primero esos estragos imaginé que es consecuencia de cómo gastamos energía y olvidarse de que es el tiempo, es mera transformación y esto requiere consumo.
    Segundo : V=e/m del objeto + masa del combustible – masa del combustible gastado. Estas tres masas en unidades energéticas.

    Hasta aquí creo que estamos de acuerdo.  Y no voy mal encaminado , 
    Ahora viene la cuestión difícil:

    Tercero: Imaginé un contador que mide unidades energéticas .(Imagina por un momento que el giro de la tierra consumiera energía) pues aplicar a ese contador lo mismo que hemos hecho a los relojes de tiempo.

        No obstante para ser útiles estos relojes se requiere una condición previa conocer mediante tablas previamente calculadas los gastos energéticos en función de velocidad y distancias y rutas bien conocidas. 

    ( Es decir si tenemos unas tablas que nos indican que en función de la velocidad y el espacio que queremos recorrer vendrá un determinado gasto energético. Y sabemos que no vamos a perdernos.
    Con la persona que quiero quedar yo le  digo cuando nuestros respectivos contadores marquen 3000 unidades energéticas. Es como si le dijera a las 12 am.  Por aquí van los tiros. 

      Es posible que la explicación no sea suficiente. Pero no me parece por mal camino. 

     

    Responder
  8. 8
    Pedro
    el 27 de mayo del 2018 a las 2:18

    Como definir el contador energético:
    Un peso de 10 kg.
    Tenemos un espacio de  distancia de 10 m. Marcados buen metros centímetros milímetros.
    Aplicamos una fuerza
      de 10 new.
    ¿Qué distancia recorre el objeto?
    Observamos hasta donde a llegado y no da el espacio recorrido.
    Una vez que sabemos el espacio que recorre, ya podemos calcular su velocidad.
    En este simple ejemplo, calculamos velocidades sin necesidad de tiempo.
    Tenemos un espacio , un objeto , una velocidad y una energía aplicada.
    V=e/m+e(f) o bien :v=e/mobjeto+mcombustible-mcombustible gastado. En función de la clase de energía aplicada utilizar una fórmula u otra.
    Resuelto el problema.
    Con estos referentes ya podemos crear tablas de consumos energéticos.
    Tener en cuenta fricciones, espacios curvelineos, gravidez,ingravidez, etc.
    Esto nos servirá para determinar en qué referencia del supuesto contador de consumo energético tendremos que enmprender la marcha hasta nuestras coordenadas deseadas.
    Una vez conocemos la marca referencia de salida y sabiendo mediante las tablas los consumos energeticos y rutas establecidas, nuestra cita será un éxito.

      

    Responder

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