La energía y sus formas
Lo que vas a aprender
- Explicar la energía como la capacidad de producir cambios en un cuerpo o en su entorno.
- Identificar las formas de energía (cinética, potencial, térmica, sonora, luminosa, química y eléctrica) en aparatos y juegos cotidianos.
- Describir con una cadena de formas la transformación de energía que ocurre en un aparato.
- Explicar que la energía que entra en un aparato sale toda, en otras formas, y que la que se vuelve calor se disipa sin destruirse.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Piensa en una mañana cualquiera. Suena la alarma del celular, prendes la luz, la ducha calienta el agua, desayunas una arepa y te subes al bus, que arranca rugiendo. En todo eso hay algo que cambia: algo empieza a moverse, se calienta, se ilumina o suena. Detrás de cada cambio está la energía.
Aprender a reconocer sus formas te sirve para entender cómo funciona cualquier aparato, por qué se calienta el cargador del celular y por qué la energía nunca desaparece, aunque digamos que «se gastó la pila». Además, es la base de toda esta unidad, en la que vas a calcular la energía de los cuerpos que se mueven y de los que están en lo alto.
Antes de empezar necesitas sumar y restar números decimales y multiplicar por 1000.
Explicación
¿Qué es la energía?
La energía no es una sustancia que se pueda guardar en un frasco ni algo que se vea. La reconocemos por lo que hace: decimos que un cuerpo tiene energía cuando es capaz de producir un cambio, en sí mismo o a su alrededor. Un balón pateado puede tumbar una botella; una estufa encendida puede calentar una olla; una pila puede hacer sonar un parlante.
Las formas de la energía
La misma energía aparece de maneras distintas, según lo que la produce.
- Cinética: la que tiene un cuerpo porque se mueve. Un balón que rueda, el viento o un carro en la vía tienen energía cinética. Quieto, un cuerpo no la tiene.
- Potencial gravitacional: la que tiene un cuerpo por estar a cierta altura. El agua de un tanque en lo alto de un edificio o una maceta en el borde de un balcón la tienen: si caen, pueden producir cambios.
- Térmica: la que tiene un cuerpo por la agitación de sus partículas. Cuanto más caliente está, más se agitan. A la energía térmica que pasa de un cuerpo caliente a uno frío la llamamos calor.
- Sonora: la que llevan las vibraciones que viajan por el aire hasta tus oídos.
- Luminosa: la que trae la luz, la del sol o la de un bombillo.
- Química: la que está guardada en los alimentos, en los combustibles como el gas o la gasolina y en las pilas. Se libera cuando esas sustancias se transforman.
- Eléctrica: la que lleva la corriente por los cables hasta los aparatos.
Las dos primeras, la cinética y la potencial, juntas forman la energía mecánica. En las próximas lecciones vas a aprender a calcularlas.
La energía se transforma
Casi nada usa la energía en la misma forma en que la recibe. Una licuadora recibe energía eléctrica y la convierte en energía cinética de las cuchillas; de paso hace ruido (sonora) y su motor se calienta (térmica). Un panel solar recibe energía luminosa y entrega eléctrica. Cuando montas en bicicleta, la energía química de lo que comiste se vuelve cinética de la bicicleta y térmica de tu cuerpo, que por eso se calienta.
Una manera clara de describir un aparato es escribir su cadena de transformaciones: química de la pila, luego eléctrica, luego luminosa y térmica en una linterna.
La energía no se gasta
Esta es la idea más importante de la lección. En cada transformación, la energía total que sale es igual a la que entra: no se crea ni se destruye. Lo que pasa es que una parte va a parar a formas que no queríamos, sobre todo calor y sonido, que se reparten en el aire y ya no se pueden recoger. Decimos que esa energía se disipa.
Por eso, cuando dices que la pila del control «se gastó», en realidad su energía química se transformó en otras formas que salieron del control. Y por eso el cargador del celular se calienta: parte de la energía eléctrica que recibe se vuelve térmica.
La unidad de energía
La energía se mide en joules, que se escriben J. Un joule es una cantidad pequeña, así que muchas veces se usa el kilojoule (kJ): un kilojoule son mil joules.
Medida en joules, la energía que entra a un aparato es igual a la suma de todo lo que sale, en todas sus formas. En esta lección no vas a hacer esas cuentas: vas a reconocer las formas y seguir la cadena de transformaciones.
Dibuja con flechas el camino de la energía cuando montas en bicicleta: de qué forma sale cada una y a cuál va. Al final, toda termina como energía térmica que se disipa, pero ninguna se pierde.
Ejemplo resuelto
Dos bombillos
Dos bombillos reciben la misma energía eléctrica. El primero se pone muy caliente y alumbra poco; el segundo casi no se calienta y alumbra mucho. ¿Cuál aprovecha mejor la energía? ¿Alguno de los dos la pierde?
Ver la solución paso a paso
Los dos transforman la energía eléctrica en luminosa y en térmica. Toda la que entra sale, de una forma o de la otra.
El primero convierte casi toda la energía en calor, que es justo lo que no buscamos en un bombillo.
El segundo entrega más luz y disipa menos calor: aprovecha mejor la energía.
Ninguno «pierde» energía: la que no sale como luz sale como calor y se reparte en el aire.
Respuesta: El segundo bombillo la aprovecha mejor; ninguno la pierde: lo que no es luz se disipa como calor.
Ejemplo resuelto
La cadena de un carrito de pilas
Un carrito de juguete anda con pilas. Su motor hace ruido y se calienta, y cuando se acaban las pilas el carrito frena y se queda quieto. ¿Cuál es su cadena de transformaciones? ¿A dónde va la energía al final?
Ver la solución paso a paso
La cadena empieza en la energía química de las pilas, que pasa como eléctrica por los cables hasta el motor.
En el motor, la mayor parte se vuelve cinética del carrito; una parte se vuelve sonora (el ruido) y otra térmica (el motor tibio).
La cinética tampoco desaparece: mientras el carrito rueda, el roce de las ruedas con el piso y con el aire la va volviendo térmica. Por eso, sin pilas, frena.
Respuesta: Química → eléctrica → cinética, sonora y térmica; al final, toda queda como térmica disipada en el aire y el piso.
La energía del carrito de pilas, en joules: entran 600 J de energía eléctrica y salen 420 J de cinética (los que mueven el carrito), 30 J de sonora y 150 J de térmica. Las tres barras de la derecha suman lo mismo que la de la izquierda.
Pon en orden la cadena de transformaciones del carrito de pilas, desde donde empieza la energía hasta donde termina.
Ejemplo resuelto
La llama de un fogón
Mientras se cocina una sopa, la llama de un fogón libera la energía química del gas. ¿Toda esa energía llega a la sopa? ¿Qué pasa con el resto?
Ver la solución paso a paso
La energía química del gas se vuelve térmica en la llama.
Una parte calienta la sopa; otra parte calienta la olla, el fogón y el aire de la cocina.
La que no llega a la sopa no se destruye: se disipa en la cocina y ya no se puede recoger. La energía total que salió de la llama es la misma que entró con el gas.
Respuesta: No toda llega a la sopa: el resto calienta la olla y el aire, y se disipa; nada se destruye.
Práctica
Un carrito de pilas avanza y, cuando se acaban las pilas, frena por el roce. ¿Cuál es su cadena de transformaciones?
La energía empieza guardada en las pilas (química), pasa por los cables (eléctrica), mueve el carrito (cinética) y el roce la vuelve térmica cuando frena.
Cuando montas en bicicleta, ¿en qué formas se transforma la energía química de lo que comiste?
La energía química de la comida se vuelve cinética de la bicicleta y térmica de tu cuerpo, que por eso se calienta. Después, el roce vuelve térmica también la cinética.
Un cargador de celular se pone tibio mientras carga. ¿Qué quiere decir eso?
No toda la energía eléctrica queda guardada como química en la batería: una parte se vuelve térmica en el cargador y se reparte en el aire.
¿Verdadero o falso? En una licuadora, la energía eléctrica se transforma en energía cinética de las cuchillas y, de paso, en sonido y en calor.
La licuadora mueve las cuchillas (cinética), hace ruido (sonora) y su motor se calienta (térmica). Toda la energía que sale suma la que entró.
¿Verdadero o falso? Un aparato bien hecho puede entregar más energía de la que recibe.
La energía no se crea: lo que sale de un aparato, sumando todas sus formas, es igual a lo que entra. Ningún aparato puede entregar más.
¿Verdadero o falso? Cuando un motor se calienta, la energía que se vuelve calor se destruye.
La energía no se destruye: la que se vuelve calor se reparte en el aire y ya no se puede recoger, pero sigue existiendo. Se dice que se disipa.
En el techo de un colegio hay un panel solar conectado a una lámpara del patio. ¿Qué transformación ocurre en el panel?
El panel recibe la luz del sol y entrega corriente eléctrica. La transformación de eléctrica a luminosa ocurre después, en la lámpara, no en el panel.
Decimos que «se gastó» la pila de un control remoto. ¿Qué le pasó en realidad a su energía?
La energía no se destruye: la química de la pila se volvió eléctrica en el circuito, luminosa en la lucecita del control y, al final, sobre todo térmica que se disipó en el aire.
Reto
¿Cinética, potencial o química?
Lleva cada caso a la forma de energía que más se nota en él. Pregúntate: ¿se mueve?, ¿está en lo alto y quieto?, ¿está guardada en una sustancia?
Reto
Une cada aparato con su transformación principal.
Piensa qué forma de energía recibe el aparato y cuál entrega para lo que sirve.
Reto
Busca las formas de la energía.
Encuentra en la sopa la unidad y cinco formas de energía. No llevan tildes.
Cierre
En resumen
La energía es la capacidad de producir cambios; se reconoce por lo que hace, no porque se vea.
Sus formas son cinética, potencial gravitacional, térmica, sonora, luminosa, química y eléctrica; la cinética y la potencial juntas forman la energía mecánica.
Los aparatos transforman la energía de una forma en otras, y eso se describe con una cadena de transformaciones.
La energía no se crea ni se destruye; la que sale suma lo mismo que la que entra, aunque una parte se disipe como calor y sonido.
La energía se mide en joules (J); un kilojoule son mil joules.
Vocabulario
- Energía
Capacidad de un cuerpo o de un sistema para producir cambios: mover, calentar, iluminar, deformar o hacer sonar algo.
- Joule
Unidad de energía del Sistema Internacional. Se escribe J; mil joules son un kilojoule (kJ).
- Transformación de energía
Paso de la energía de una forma a otra, como de eléctrica a luminosa en un bombillo.
- Energía disipada
Parte de la energía que se reparte en el ambiente, casi siempre como calor o sonido, y que ya no se puede aprovechar.
- Energía mecánica
La suma de la energía cinética y la energía potencial de un cuerpo.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pida que nombren cinco cosas que cambiaron desde que se levantaron (se movieron, se calentaron, sonaron) y pregunte qué tienen en común.
- Explicación · 15 min — Las formas de energía con un objeto del salón para cada una; la idea de que la energía no se gasta, con el ejemplo del bombillo y la figura del carrito en el tablero.
- Práctica · 20 min — Preguntas en parejas. Las canastas y el dominó se pueden proyectar y discutir en grupo: que cada pareja diga por qué eligió esa canasta.
- Cierre · 5 min — Cada estudiante escribe la cadena de transformaciones de un aparato de su casa y la lee en voz alta.
Preguntas para el salón
- Si la energía no se destruye, ¿por qué hay que recargar el celular?
- ¿Qué formas de energía hay en un partido de fútbol? ¿En qué momento aparece cada una?
- ¿Por qué casi todos los aparatos se calientan cuando funcionan?
Errores típicos
- Creer que la energía se gasta o desaparece. Pida que sigan la energía del carrito hasta el final: del motor al movimiento y del movimiento al calor del piso. Insista en la palabra «se transforma».
- Confundir la energía con la fuerza o con el movimiento. Muestre un libro quieto en lo alto del estante: no se mueve, pero tiene energía porque al caer puede producir un cambio.
- Sumar las energías que salen y obtener más de lo que entra sin notar el error. Pida siempre la comprobación: lo que sale tiene que sumar lo que entra. Use la pregunta del televisor.
Tarea sugerida
Elegir tres aparatos de la casa, escribir la cadena de transformaciones de cada uno y señalar en cuál forma se disipa parte de la energía. Inventar los joules de uno de ellos y comprobar que lo que sale suma lo que entra.