Formas y transformaciones de la energía
Formas y transformaciones de la energía
Al terminar vas a poder decidir de qué forma a qué forma se transforma la energía en un aparato cualquiera, calcular energía cinética, potencial y mecánica sin equivocarte en el cuadrado, explicar por qué una conversión de temperatura suma y otra multiplica, y comprobar un resultado antes de marcarlo.
En la prueba, este tema trae 11 preguntas.
La energía no se nombra sola: se nombra por lo que hace
El temario lista siete formas: eléctrica, eólica, magnética, calórica, solar, sonora y geotérmica. Pero la lista suelta casi nunca se pregunta. Lo que se pregunta es la transformación, o sea de qué forma a qué otra pasó la energía en un aparato concreto.
La manera de resolverlo es preguntarse dos cosas en orden: ¿qué entra? y ¿qué sale?
| Aparato | Entra | Sale |
|---|---|---|
| Ventilador | eléctrica | mecánica (movimiento) |
| Aerogenerador | eólica | eléctrica |
| Parlante | eléctrica | sonora |
| Bombilla | eléctrica | luminosa (y también calor) |
Fijate en el aerogenerador y el ventilador: son casi el mismo aparato al revés. Uno usa electricidad para mover aspas; el otro usa el viento que mueve las aspas para producir electricidad. Por eso no basta con el nombre del aparato: hay que ver el sentido.
Los avances tecnológicos que el temario lista como aplicaciones de estas formas de energía: televisores, dispositivos de audio, microscopios, fibras ópticas, láser y dispositivos de iluminación.
Cinética, potencial y mecánica
Las tres se separan con una sola pregunta: ¿de dónde le viene la energía al cuerpo?
- Cinética: le viene de moverse. Ec = ½ · m · v²
- Potencial: le viene de su posición, de estar en alto. Ep = m · g · h
- Mecánica: es la suma de las dos.
La unidad es el joule (J), la misma del trabajo.
En la cinética, la rapidez va al cuadrado, y eso es lo que la pregunta busca. Si la rapidez se duplica, la energía cinética no se duplica: se cuadruplica, porque 2² = 4. Duplicar la masa sí duplica la energía; duplicar la rapidez la multiplica por cuatro.
Las conversiones de temperatura, y por qué cada una es distinta
| Conversión | Fórmula |
|---|---|
| De Celsius a Kelvin | K = °C + 273,15 |
| De Kelvin a Celsius | °C = K − 273,15 |
| De Celsius a Fahrenheit | °F = (°C × 9 ÷ 5) + 32 |
| De Fahrenheit a Celsius | °C = (°F − 32) × 5 ÷ 9 |
La diferencia de forma tiene una razón. Celsius y Kelvin usan el mismo tamaño de grado: un grado Celsius vale lo mismo que un kelvin, así que solo hay que mover el punto de partida, y eso se hace sumando o restando. Fahrenheit, en cambio, usa un grado de otro tamaño, así que además de mover el punto de partida hay que estirar la escala, y eso se hace multiplicando.
Dos referencias para comprobar el resultado antes de marcarlo: el agua se congela a 0 °C = 32 °F = 273,15 K y hierve a 100 °C = 212 °F = 373,15 K. Si te da un número que se sale de ese marco sin razón, algo se invirtió.
Joules y calorías
Una caloría equivale a aproximadamente 4,186 joules. De calorías a joules se multiplica; de joules a calorías se divide.
No hace falta recordar cuál es cuál: la caloría es la unidad más grande, y al pasar a la más pequeña el número tiene que crecer. Si convertís calorías a joules y el número queda más chico, la operación estaba al revés.
La energía no se pierde
La energía no se crea ni se destruye: se transforma. Lo mismo vale para la materia. Un bombillo convierte electricidad en luz y también en calor, y ese calor no desapareció: está calentando el aire del cuarto. Cuando un enunciado dice que «se perdió energía», lo que quiere decir es que se transformó en algo que no era lo que buscábamos.
De dónde sale la electricidad en Costa Rica
La mayor parte proviene de fuentes renovables: solar, eólica, geotérmica, mareomotriz e hidroeléctrica. Cada una aprovecha algo distinto: el sol, el viento, el calor interno de la Tierra, las mareas y el agua en movimiento.
Sobre la energía solar, el temario agrega el índice de radiación ultravioleta: la misma radiación que aprovechan los paneles es la que, en exceso, daña la piel y los ojos.
Ejemplos resueltos
1. Un cuerpo de 4 kg se mueve a 6 m/s. ¿Cuál es su energía cinética? Primero el cuadrado: 6² = 36. Después Ec = ½ × 4 × 36 = 72 J. Si hubieras usado 6 en vez de 36, te habría dado 12 J, seis veces menos: ese es el error que la pregunta persigue.
2. Una caja de 5 kg está a 8 m de altura. ¿Cuál es su energía potencial? Ep = m · g · h = 5 × 9,8 × 8 = 392 J. Fijate que aquí no hay cuadrados: la altura entra tal cual. Es energía de posición, no de movimiento.
3. Convertir 25 °C a grados Fahrenheit. (25 × 9 ÷ 5) + 32 = 45 + 32 = 77 °F. Comprobación rápida: 25 °C está entre 0 y 100 °C, así que el resultado tiene que caer entre 32 y 212 °F. 77 cae ahí.
4. Convertir 200 calorías a joules. 200 × 4,186 = 837,2 J. Se multiplicó porque la caloría es la unidad grande: al pasar a joules, que son más pequeños, hacen falta más.
5. Un carrito duplica su rapidez y mantiene su masa. ¿Qué pasa con su energía cinética? Se cuadruplica. La rapidez está elevada al cuadrado en la fórmula, así que multiplicarla por 2 multiplica la energía por 2² = 4. Si en vez de eso se duplicara la masa, la energía solo se duplicaría.
Los errores que más se cobran
- Olvidar elevar la rapidez al cuadrado. Es el error más caro del tema, porque el resultado queda lejísimos y aun así «parece» un número razonable. Elevá primero, multiplicá después.
- Restar 273 en vez de sumarlo al pasar de Celsius a Kelvin. Pasa por aplicar la fórmula sin mirar el sentido. El kelvin arranca mucho más abajo, así que el número en kelvin siempre es mayor.
- Olvidar el 32 en la conversión a Fahrenheit. Se cae porque uno hace la multiplicación y cree que ya terminó. El 32 es lo que corrige el punto de partida, y sin él ni siquiera el agua congelada da bien.
- Dividir cuando había que multiplicar entre joules y calorías. Se resuelve mirando el tamaño: la caloría es más grande, así que en joules el número crece.
- Confundir la forma con la transformación. La pregunta casi nunca pide nombrar una forma: pide de qué a qué. Responder «energía eléctrica» a un enunciado sobre un ventilador es contestar la mitad.
- Creer que se pierde energía. No se pierde: se transforma, casi siempre en calor. Por eso un aparato se calienta al trabajar.
Clave de análisis
Si te quedás sin nada más, quedate con dos preguntas. La primera es «¿qué entra y qué sale?», y sirve para toda la parte de formas y transformaciones: el aparato es apenas el lugar donde ocurre el cambio, y el mismo aparato leído al revés da la transformación contraria, como el ventilador y el aerogenerador. La segunda es «¿de dónde le viene la energía a este cuerpo?»: si le viene del movimiento es cinética y la rapidez va al cuadrado; si le viene de la altura es potencial y la altura entra tal cual; si tiene las dos, mecánica es la suma.
Para las conversiones, lo que las ordena es el tamaño de la unidad. Si dos escalas usan el mismo tamaño de grado —Celsius y Kelvin— basta con sumar o restar el corrimiento. Si usan tamaños distintos —Celsius y Fahrenheit— hay que multiplicar además de sumar. Y entre joules y calorías, pasar a la unidad más pequeña siempre hace crecer el número. Con eso reconstruís las cuatro fórmulas, y además tenés con qué revisar: los puntos de congelación y ebullición del agua te dicen en un segundo si el resultado tiene sentido.