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Rocha Alanes, F. (2020). TRABAJO, POTENCIA Y ENERGIA (Doctoral dissertation).

Díaz-Rodríguez, J., Pabón-Fernández, L., & Pardo-García, A. (2012). Sistema híbrido de energía utilizando energía solar y red eléctrica. Lámpsakos, (7), 69-77.

Páramos de Poniente, RS (1994). The life of Isaac Newton. Cambridge University Press.

Morrell, J. (1993). James Joule: A Biography. The English Historical Review, 108(426), 237-238.

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En física, la potencia (representada por el símbolo P) es una cantidad determinada de trabajo efectuado de alguna manera en una unidad de tiempo determinada. O sea, es la cantidad de trabajo por unidad de tiempo que algún objeto o sistema produce.

La potencia se mide en watts (W), unidad que rinde homenaje al inventor escocés James Watt y equivale a un julio (J) de trabajo realizado por segundo (s), es decir:

W = J/s

En el sistema anglosajón de medidas, esta unidad es reemplazada por los caballos de fuerza (hp).

La habilidad para comprender y medir la potencia con precisión fue un factor determinante en el desarrollo de los primeros motores a vapor, aparato sobre el cual se sostuvo la Revolución Industrial. En nuestros días, en cambio, suele estar asociada a la electricidad y a otro tipo de recursos energéticos modernos, pues también puede designar la cantidad de energía transmitida.

Tipos de potencia:

Potencia mecánica. Aquella que se deriva de la aplicación de una fuerza sobre un sólido rígido, o bien un sólido deformable.

Potencia eléctrica. En lugar de trabajo, se refiere a la cantidad de energía transmitida por unidad de tiempo en un sistema o circuito.

Potencia calorífica. Se refiere a la cantidad de calor que un cuerpo libera al medio ambiente por unidad de tiempo.

Potencia sonora. Se entiende como la cantidad de energía que una onda sonora transporta por unidad de tiempo a través de una superficie determinada.

La potencia se calcula, en términos generales, de acuerdo a la fórmula siguiente:

P = ΔE/ Δt

ΔE representa el cambio de energía o la variación de trabajo.

Δt representa el tiempo medido en segundos.

Sin embargo, cada tipo de potencia se expresa mediante su propia formulación, por ejemplo:

Potencia mecánica. P(t) = F.v, aunque si existe una rotación del sólido y las fuerzas aplicadas alteran su velocidad angular, utilizaremos P(t) = F.v + M.ω en su lugar. F y M serán la fuerza resultante y el momento resultante, respectivamente; mientras que V y ω serán la velocidad del punto sobre el cual se calculó la resultante, y la velocidad angular del cuerpo.

Potencia eléctrica. P(t) = I(t). V(t), donde I es la corriente circulando, medida en amperios, y V es la diferencia de potencial (la caída de voltaje) medida en voltios. En caso de que se trate de una resistencia en lugar de un conductor de electricidad, la fórmula a emplear será P = I ² R = V ²/R, donde R es la resistencia del material, medida en ohmios.

Potencia calorífica. P = E/t, donde E es la energía calórica proporcionada, medida en julios (J). Nótese cómo ello es indiferente a los grados de calor.

Potencia sonora. P S = ʃI s dS, donde I s es la intensidad sonora y dS el elemento alcanzado por la onda.

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En física, nos referimos a la energía como la capacidad de un sistema o un fenómeno para llevar a cabo un trabajo determinado. La palabra energía proviene del griego enérgos que significa “fuerza de acción” o “fuerza de trabajo”. Es un concepto muy empleado en esta ciencia y en otras en general, con diversos sentidos y acepciones.
la energía se rige de acuerdo a la Segunda Ley de la Termodinámica (en la Mecánica clásica, o sea, Newtoniana), que establece que la cantidad de energía del universo es siempre estable, permanente y no puede ni ser creada ni ser destruida, únicamente ser transformada.

En cambio, en la mecánica relativista, regida por la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein, la energía y la masa tienen una relación más estrecha que define la célebre ecuación E = m.c ², es decir, la energía es igual a masa por la velocidad de la luz al cuadrado. Así, todos los cuerpos, simplemente por estar compuestos de materia, poseen una cantidad de energía dada por la ecuación de Einstein.

Por otro lado, energía (E) y trabajo (W) son equivalentes, por lo que se miden en el mismo tipo de unidades: Joules o Julios (J), es decir, Newtons por metro (N/m).
Tipos de energía

La energía se manifiesta de diferentes maneras, recibiendo así diferentes denominaciones según las acciones y los cambios que puede provocar.

Energía mecánica

La energía mecánica es aquella relacionada tanto con la posición como con el movimiento de los cuerpos y, por tanto, involucra a las distintas energías que tiene un objetivo en movimiento, como son la energía cinética y la potencial. Su fórmula es:

E m = E p + E c
| Donde E m es la energía mecánica (J), E p la energía potencial (J) y E c la energía cinética (J).

La energía potencial hace referencia a la posición que ocupa una masa en el espacio. Su fórmula es:

E p = m · g · h
| Donde m es la masa (kg), g la gravedad de la Tierra (9,81 m/s ² ), h es la altura (m) y E p la energía potencial (J = Kg · m ²/s ² ).

La energía cinética por su parte se manifiesta cuando los cuerpos se mueven y está asociada a la velocidad. Se calcula con la fórmula:

E c = ½ m · v ²        | Donde m es la masa (Kg), v la velocidad (m/s) y E c la energía cinética (J=Kg·m ²/s ²).

Energía interna

La energía interna se manifiesta a partir de la temperatura. Cuanto más caliente esté un cuerpo, más energía interna tendrá.

Energía eléctrica

Cuando dos puntos tienen una diferencia de potencial y se conectan a través de un conductor eléctrico se genera lo que conocemos como energía eléctrica, relacionada con la corriente eléctrica.

Energía térmica

Se asocia con la cantidad de energía que pasa de un cuerpo caliente a otro más frío manifestándose mediante el calor.

Energía electromagnética

Esta energía se atribuye a la presencia de un campo electromagnético, generado a partir del movimiento de partículas eléctricas y magnéticas moviéndose y oscilando a la vez. Son lo que conocemos como ondas electromagnéticas, que se propagan a través del espacio y se trasladan a la velocidad de la luz.

El Sol es un ejemplo de ondas electromagnéticas que se pueden manifestar como luz, radiación infrarroja y también ondas de radio.

Energía química

La energía química se manifiesta en determinadas reacciones químicas en las que se forman o rompen enlaces químicos. El carbón, el gas natural o el funcionamiento de las baterías son algunos ejemplos del uso de esta energía.

La energía nuclear

La energía nuclear es la que se genera al interactuar los átomos entre sí. Puede liberarse a través de su rotura, lo que se conoce como fisión, o de su unión, lo que se denomina fusión.

Propiedades de la energía

La energía tiene 4 propiedades básicas:

Se transforma. La energía no se crea, sino que se transforma y es durante esta transformación cuando se manifiestan las diferentes formas de energía.

Se conserva. Al final de cualquier proceso de transformación energética nunca puede haber más o menos energía que la que había al principio, siempre se mantiene. La energía no se destruye.

Se transfiere. La energía pasa de un cuerpo a otro en forma de calor, ondas o trabajo.

Se degrada. Solo una parte de la energía transformada es capaz de producir trabajo y la otra se pierde en forma de calor o ruido (vibraciones mecánicas no deseadas).

Transferencia de energía

Existen tres formas principales de transferir energía de un cuerpo a otro:

Trabajo

Cuando se realiza un trabajo se pasa energía a un cuerpo que cambia de una posición a otra. Como ocurre, por ejemplo, si empujamos una caja para desplazarla: estamos realizando un trabajo para que su posición varíe.

Ondas

Las ondas son la propagación de perturbaciones de ciertas características, como el campo eléctrico, el magnetismo o la presión. Al moverse a través del espacio transmiten energía.

Calor

Es un tipo de energía que se manifiesta cuando se transfiere energía de un cuerpo caliente a otro cuerpo más frío. Esta energía puede viajar de tres maneras principales:

Conducción: cuando se calienta un extremo de un material, sus partículas vibran y chocan con las partículas vecinas, transmitiéndoles parte de su energía.

Radiación: el calor se propaga a través de ondas de radiación infrarroja (ondas que se propagan a través del vacío y a la velocidad de la luz).

Convección: que es propia de fluidos (líquidos o gaseosos) en movimiento.

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Se define en física como la fuerza que se aplica sobre un cuerpo para desplazarlo de un punto a otro. Al aplicar fuerza se libera y se transfiere energía potencial a ese cuerpo y se vence una resistencia.

Por ejemplo, levantar una pelota del suelo implica realizar un trabajo ya que se aplica fuerza a un objeto, se desplaza de un punto a otro y el objeto sufre una modificación a través del movimiento.

Por tanto, en física solo se puede hablar de trabajo cuando existe una fuerza que al ser aplicada a un cuerpo permite que éste se desplace hacia la dirección de la fuerza.

La fórmula de trabajo se representa de la siguiente manera:

T = F · d · cosα

Partiendo de la fórmula, trabajo es el producto de la multiplicación de la fuerza por la distancia y por el coseno del ángulo que resulta entre la dirección de la fuerza y la dirección que recorre el objeto que se mueve.

Sin embargo, puede que no se realice trabajo (trabajo nulo) cuando se levanta o se sostiene un objeto por un largo tiempo sin que se realice un desplazamiento como tal. Por ejemplo, cuando se levanta un maletín horizontalmente, ya que el ángulo que se forma entre la fuerza y el desplazamiento es de 90° y cos 90° = 0.

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Maria Salomea Skłodowska-Curie, o como mejor se le, Marie Curie; química y física polaca, quien nació en Varsovia Polonia, el 7 de noviembre de 1867. Su madre Bronisława Boguska se desempeñaba como profesora de piano y su padre Władysław Skłodowski, quien era profesor de física y matemáticas. Marie, fue la menor de cinco hermanos.

Desde pequeña dio muestras de gran inteligencia y fue durante esa etapa de su vida, en la cual empezó a recibir clases en la clandestinidad; allí ampliaba sus conocimientos relacionados con la cultura polaca. Debido a la ocupación, Rusia imponía su lengua y costumbres de forma violenta. Con tan solo cuatro años Marie ya leía perfectamente y además de dominar su lengua materna, lo hacía también con el ruso, francés y alemán.

Finalizó la secundaria en 1883 obteniendo medalla de oro y en 1891 viaja a París, Francia y se inscribe en el curso de ciencias de la Universidad de la Sorbona. Luego de dos años finalizó sus estudios, ocupando el primer lugar de su promoción. Simultáneamente con su formación académica, recibió también clases de actuación en un teatro para principiantes.

Fue una física, matemática y química pionera en el campo de la radiactividad. Marie se casó con el científico Pierre Curie y fue madre de quien recibiría más adelante también un Premio Nobel en Química, Irène Joliot-Curie.

PRIMERA MUJER EN RECIBIR EL PREMIO NOBEL

En 1894, conoce a Pierre Curie; quien posteriormente se convirtió en su esposo y con quien realizo los estudios relacionados con la radioactividad. Habían descubierto un nuevo elemento: el polonio. Unos meses después anunciaron su nuevo hallazgo: el radio.

En 1903 obtiene su doctorado, con la tesis titulada: Investigaciones sobre sustancias radiactivas, la misma que la hizo merecedora de la mención Cum Laude, un año de éxitos y triunfos para Marie, pues también recibió el Premio Nobel de Física, siendo la primera mujer en recibir esta clase de galardón.

Pero este premio no fue solo de Marie, ella muy merecidamente quiso compartirlo con su esposo Pierre y con Henri Becquerel, en reconocimiento por sus investigaciones sobre la radiación descubierta por Becquerel.

Un suceso trágico ocasiona la muerte de su esposo Pierre el 19 de abril de 1906, con la mayor responsabilidad y osadía asumió la cátedra de física que su marido impartía, convirtiéndose así, en la primera mujer en dar una clase en la Sorbona de París.

En 1910, obtiene nuevamente el Premio Nobel, en esta ocasión, gracias a su contribución en el área de la química, al demostrar que se podía obtener un gramo de radio puro. Nunca antes se había visto ni conocido alguien que se hubiera ganados dos premios Nobel en dos campos distintos de la ciencia, sin duda alguna Marie Curie, es referente para el mundo entero.

Finalmente, el 4 de julio de 1934, y dejando un enorme e importante legado para toda la humanidad, Marie Curie muere a los 66 años en Polonia, su país natal; se cree que la causa de su deceso, se debe a una enfermedad causada por la alta radiación a la que gran parte de su vida, estuvo expuesta.

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El reconocido inventor e ingeniero mecánico escocés James Watt, nació en Greenock el 19 de enero de 1736, en el seno de una familia presbiteriana de buena posición. Hijo de James Watt un carpintero y contratista naviero y Agnes Muirhead su madre, una mujer de clase acomodada.

Su infancia solía pasar tiempo en el taller de su padre, por lo que poco a poco conoce y aprende el oficio de su oficio, a la vez que era educado en casa por su madre.

Con el tiempo asistió al colegio de Gramática de Greenock, allí destacó no sólo ya por su habilidad manual sino en el área de las ciencias y la matemática. Luego de la muerte de su madre Watt viajó a estudiar en la Universidad de Glasgow como aprendiz de constructor de instrumentales para la navegación.

Luego ingresó a la Universidad de Londres, donde solo permaneció un año debido a su estado de salud, por lo que debió regresar a Glasgow cerca de su familia, sin embargo, en ese tiempo se instruyó en la construcción de compases, reglas y escuadras.

Estando de regreso de regreso en Glasgow abrió una pequeña tienda para fabricar y reparar instrumentos de medición y navegación, más este proyecto fue interrumpido debido a que Watt no había realizado los siete años de trabajo de aprendiz que exigía el Gremio de Herreros por lo que estos negaron su solicitud.

Por suerte para Watt, llegó a la Universidad de dicha ciudad una dotación de equipo o instrumental astronómico de parte de Alexander Macfarlane que necesitaba ser reparado, y al ser James el único experto en la zona, la universidad, lo contrató para el trabajo abriéndose una nueva oportunidad para él.

Al concluir su trabajo, se le ofreció en 1757 la oportunidad de abrir un pequeño taller, dentro de la universidad, para el mantenimiento y reparación del instrumental científico, y posteriormente aumentó la producción de cuadrantes en la misma.

UN CAMBIO QUE CAMBIÓ LA HISTORIA

Entre los trabajos que realizaba James para la universidad, se encontró con que debía reparar continuamente un modelo de la máquina de vapor de Newcomen, con el cual se explicaba el funcionamiento del mismo, esta solía detenerse de repente.

Al familiarizarse con el funcionamiento de esta máquina se percató que el potencial del vapor no era suficientemente bien aprovechado, por lo que empezó a estudiar la forma de hacerlo más eficiente.

Adaptó un cilindro conectado por medio de una tubería, el cual funciona como condensador, con esta adaptación consiguió reducir el consumo de vapor y también el de combustible. En conjunto con John Roebuck en 1768, construyó su primer modelo con algunas modificaciones, el cual patentó en 1769; estas mejoras fueron cruciales para la revolución industrial.

En 1772 John Roebuck cae en quiebra, se asoció con Matthew Boulton, esta sociedad duraría 25 años. Aunque Watt no fue quien inventó la máquina de vapor, sus mejoras fueron de gran importancia para e el desarrollo Industrial. Murió a los 83 años el 25 de agosto de 1819 en Handsworth, Inglaterra.

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James Prescott Joule, nació en Salford, Inglaterra, el 24 de diciembre de 1818. Estudioso del magnetismo y creador de la teoría de la energía. Proviene de una familia muy trabajadora en el área de la elaboración de cerveza.

Era un joven tímido y presentaba quebrantos constantes con su salud, razones suficientes para recibir su educación en casa hasta los 15 años de edad y fue desde ese entonces cuando comenzó a trabajar arduamente en la fábrica de cerveza.

El famoso químico británico, John Dalton, fue su profesor de matemática y física y quien lo motivó a incursionar en la investigación científica. Pero debido a la gravedad de su padre, junto a su hermano tuvo que asumir las riendas de la cervecería, truncando así sus deseos de asistir a la universidad; pero en mente continuaba su propósito por dedicarse a la investigación, así que desde un laboratorio que el mismo instaló en su casa, comenzó con sus experimentos.

Inventó el motor eléctrico, pudo demostrar que al fluir por un conductor una corriente eléctrica, aumenta su temperatura y pudo encontrar relación entre el calor disipado y la corriente eléctrica que atraviesa una resistencia.

IMPORTANTE INVESTIGADOR EN ELECTRICIDAD Y TERMODINÁMICA

Su investigación en electricidad y termodinámica lo hicieron muy popular. Formuló la ley que actualmente se conoce como ley de Joule, pudo determinar la relación numérica que existe entre la energía mecánica y la térmica. En su honor, se le llama Julio, a la unidad de energía, la cual equivale a 1 vatio-segundo.

Junto a William Thomson, físico de profesión, descubrió que la temperatura de un gas baja cuando se expande sin efectuar ningún trabajo. Fenómeno el cual se conoce como efecto Joule-Thomson, necesario en la refrigeración y el sistema de aire acondicionado.

Luego de enviar   en 1840, a la Royal Society un manuscrito donde se nombraba la ley que hoy conocemos como ley de Joule, solo se publicó un resumen muy breve. Esto no lo desalentó, Joule continuó pacientemente sus experimentos y logro excelentes resultados en el tema de la energía, demostrando la equivalencia entre la energía mecánica y el calor.

En relación con el principio de conservación de la energía, pudo establecerse la formulación de la primera ley de la termodinámica. En uno de sus experimentos encontró lo que denomino equivalente mecánico de calor. Lo cual posteriormente abolió la antigua Teoría del calórico, donde se consideraba el calor como una clase diferente de energía.

Estudió también el magnetismo y su relación con el trabajo mecánico, originando la Teoría de la energía. Trabajo junto a Lord Kelvin para descubrir la escala absoluta de la temperatura, encontró entre la corriente eléctrica que pasa por una resistencia y el calor disipado, una relación que actualmente se conoce como Ley de Joule.

El 11 de octubre de 1889, muere James Prescott Joule, en Reino Unido.

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Isa ac Newton nació el 4 de enero de 1643 en Inglaterra. Su madre deseaba que pequeño fuera granjero, pero sus dotes y talento en las ciencias tuvo más fuerza y fue lo que impulsó su carrera en la Universidad de Cambridge, allí se preparó adecuadamente, recibiendo los conocimientos de los mejores filósofos y científicos de aquella época.

Un camino académico que muy pronto dio un giro inesperado; convirtiéndose las matemáticas y la física como el foco de su investigación, dando como resultado a sus 29 años, gran cantidad de teorías y escritos.

La Revolución Científica del siglo XVI tuvo un protagonista muy valioso, Isaac Newton, entre sus muchos logros, se destacan: el teorema del binomio o el hallazgo del cálculo integral, la mecánica clásica. El primero contribuyó a la renovación casi plena de la matemática. Sin embargo, la física fue la pieza clave y fundamental, para que Newton se posesione como el mejor, a diferencia del resto de pensadores de la época.

Aportes tales como: la elaboración del primer telescopio reflector, la teoría sobre la naturaleza corpuscular de la luz, la descomposición de la luz blanca por medio de un prisma, entre otros estudios los aspectos de la termodinámica, la acústica y la óptica.

NEWTON: UN AUTENTICO GENIO EN TODOS LOS SENTIDOS

Debido a la gran presión que el mismo ejercía sobre él, para llevar a cabo la gran cantidad de experimentos alquímicos, su salud mental sufrió en varias ocasiones las consecuencias de su exigencia.

Su amor y pasión exagerados por la religión eran muy fuertes; defendía categóricamente sus opiniones con respecto al esoterismo, el arrianismo y su creencia cristiana no trinitaria.

Principios matemáticos de la filosofía natural, fue la obra que marcó su lugar en la historia. Las tres leyes fundamentales del movimiento fueron formuladas en esta publicación. La ley de la dinámica, la ley de la inercia y la ley de acción y reacción. Pero fue la unión de todas ellas la que dio lugar al cuarto principio más significativo, la ley de la gravedad.

Una vida dedicada no solamente a la investigación, también fue docente de la Universidad de Cambridge, inspector y director de la Casa de la Moneda en Londres, representante del Parlamento británico, presidente de la Royal Society y hasta se le confirió el título de Sir. Isaac Newton; funciones que ejerció hasta el día de su muerte el 20 de marzo de 1727, debido a una infección pulmonar.