Nos hemos referido hasta ahora a diversas formas de la energía: trabajo mecánico, energía potencial y energía cinética y demostramos que eran interconvertibles. Mencionamos la transformación de la energía cinética en calor por efecto del roce y esto viene a ampliar nuestro esquema original, ya que una de las formas más generales de la energía es, precisamente, la energía calorífica o térmica.
Todos tenemos una idea intuitiva del calor, pero para definirlo con carácter científico debemos limitarnos a un sistema. Calentemos un trozo de plomo en un baño de agua hirviente por algunos minutos, midamos la temperatura del agua (T1) asumiendo que es igual a la del plomo y luego traslademos rápidamente el metal a un vaso de precipitados con agua cuya temperatura conocemos (T2). Al agitar y leer de nuevo la escala del termómetro se apreciará que la temperatura ha ascendido. La diferencia entre las temperaturas (T1 – T2) se indica ΔT y representa la variación en la temperatura.
Decimos que se ha transferido calor del metal caliente al agua fría, entendiendo por calor la energía transferida a causa de la diferencia de temperatura. Variando el experimento anterior en el sentido de utilizar otro líquido, se notará que la elevación de temperatura (ΔT) no es la misma que para el agua. Cada sustancia posee una capacidad limitada para absorber calor, la que se conoce como capacidad calorífica.
La cantidad de calor que absorbe un Kg. de agua para elevar su temperatura en un grado centígrado se conoce como kilocaloría y es la unidad usada para expresar cuantitativamente el calor. Una unidad mil veces menor es la caloría.
Es posible transformar el calor en trabajo mecánico. La máquina de vapor con la cual las primitivas locomotoras y barcos se movían, se basa en producir vapor en una caldera y éste hace funcionar una turbina cuyo trabajo se aprovecha.
Calor y temperatura. Frecuentemente se confunden los conceptos de calor y temperatura, aunque el primero tiene carácter cuantitativo y el segundo cualitativo. Cuando dos objetos poseen diferentes temperaturas inferimos que sus contenidos caloríficos son diferentes, ya que uno está más caliente que el otro. Pero el contenido calorífico de cada uno de ellos no lo expresa el termómetro, sólo es posible averiguar, poniendo los cuerpos en contacto, la transferencia de energía. Al hacerse igual la temperatura entre los dos cuerpos, presumimos que su contenido calorífico también es el mismo; pero en esencia seguimos ignorando cuánta energía contiene cada uno.
El termómetro es otro instrumento científico de gran valor en el laboratorio. Ordinariamente se fabrica de vidrio, llevando en su interior una columna de mercurio, metal líquido con dilatación uniforme, lo cual asegura que a cierta absorción de calor corresponderá una elevación proporcionada de la columna.
El termómetro basado en la escala centígrada o Celsius, tiene cien divisiones entre el cero y el cien, llamadas grados centígrados. El punto cero viene a ser igual a la temperatura de fusión del hielo y el punto 100 a la temperatura de ebullición del agua a la presión de una atmósfera. Estos valores han sido seleccionados convencionalmente y se basan en las constantes físicas del agua.
Otras formas de energía. El potencial energético producido por las caídas de agua naturales o artificiales, ha sido empleado desde hace mucho tiempo por el hombre como fuente de energía para el movimiento de máquinas y es la llamada energía hidráulica.
Una medida del desarrollo de un país viene a ser el aprovechamiento de sus recursos hidráulicos para producir energía, generalmente en forma de electricidad.
La energía eléctrica es en nuestro mundo actual una de las más importantes, ya que por su bajo costo y fácil conducción está al alcance de todos. Sus aplicaciones son tan conocidas, que no es necesario insistir sobre ellas; con electricidad se hacen funcionar maquinarias y se la transforma en calor y en luz para el alumbrado.
La energía química está acumulada en productos naturales y artificiales, tales como combustibles (carbón, gas natural, gasolina) y explosivos (dinamita). El hombre la utiliza transformándola en calor (calefacción, cocinas a gas) o trabajo mecánico (la gasolina en funcionamiento de motores y la dinamita en demoliciones). Uno de los aspectos de mayor importancia en química es la energía vinculada a los procesos químicos; más adelante se estudiarán, con debida amplitud las variaciones energéticas que acompañan a los cambios químicos.
Variantes de la energía química son la energía muscular, con la cual se cumplen las actividades fisiológicas y la energía atómica, liberada en la desintegración de la materia y que representa el potencial energético más fabuloso de que dispone el hombre.
La energía solar es una de las formas más comunes de la energía, ella determina que los vegetales puedan sintetizar los alimentos necesarios para crecer y reproducirse; a expensas de los vegetales, directa o indirectamente, viven los animales y el hombre. Casi seguramente el carbón y el petróleo tienen su origen en enormes depósitos vegetales y animales, los cuales quedaron sepultados en pasadas eras geológicas sometidos a elevadas presiones y temperaturas, apareciendo en el transcurso de los años esos materiales que acumularon toda la energía contenida en las plantas y los animales sepultados.
El sol hace que se evapore el agua de los océanos y transportada por las nubes en las corrientes atmosféricas esa agua se reparte sobre las hoyas hidrográficas, aumentando el caudal de ríos y lagos. La energía hidráulica la utiliza entonces el hombre, así que, en definitiva, lo que hace es aprovechar la energía solar.
En los vehículos espaciales se instalan dispositivos (células solares) que acumulan la energía solar y la transforman; de esta maneta son posibles las comunicaciones a través del espacio de señales de radio y de fotografías de otros astros.
¿Qué es la energía?En líneas anteriores se ha descrito diversas formas de energía: cinética, potencial, química, etc. todas ellas coinciden en un efecto común: la producción de trabajo y ante algo tan complejo como la energía el científico usa una definición sencilla. Aceptamos que energía es todo aquello que tiene capacidad para efectuar un trabajo.
En términos elementales es imposible decir más; materia y energía constituyen la clave del Universo y en el momento en que el hombre llegue a su cabal comprensión y dominio, la vida sobre la faz de la tierra cambiará de manera insospechada.
Energía y civilización. El hombre primitivo usaba el fuego para cocinar sus alimentos, protegerse del frío y ahuyentar animales salvajes. Para los trabajos pesados sólo disponía de la energía muscular de animales y de otros hombres utilizados como esclavos y a pesar de poseer recursos energéticos tan menguados supo construir obras de tanta envergadura que aún hoy en día causan admiración.
Pasaron los siglos y el acontecer histórico nos muestra una lenta evolución en todos los órdenes. Es a principios del siglo XVIII que comienza a emplearse el carbón como fuente de energía en Inglaterra y otras partes de Europa. En el mismo siglo se descubren grandes yacimientos de petróleo en Norteamérica y del fraccionamiento de esta materia prima se aíslan excelentes combustibles, siendo los de mayor uso la gasolina y el fuel-oil.
Revolucionarios inventos se suceden: la máquina de vapor, el generador eléctrico y el motor de combustión interna. La industria avanza a pasos agigantados y las máquinas, reemplazan el trabajo humano, dándole un carácter mecanizado a todas las actividades. En consecuencia, la existencia y el desarrollo de la civilización tal como la conocemos, dependen del suministro adecuado de combustibles para generar energía; éstos son indispensables para el funcionamiento de maquinarias, construcción de viviendas, producción de alimentos en gran escala, establecimiento de comunicaciones, etc.
Se mira con creciente preocupación el agotamiento inevitable de las reservas de carbón y petróleo y se proyecta firmemente su reemplazo, en un futuro no lejano, por la energía atómica.