Transferencias y Transformaciones de energía

La energía no puede ser creada o destruida, lo que significa que la cantidad total de energía en el universo siempre ha sido y siempre será constante. Sin embargo, esto no significa que la energía sea inmutable; puede cambiar de forma e incluso transferirse entre objetos.
Un ejemplo común de transferencia de energía que vemos en la vida cotidiana es la transferencia de energía cinética, la energía asociada con el movimiento, de un objeto en movimiento a un objeto estacionario a través del trabajo. En física, el trabajo es una medida de transferencia de energía y se refiere a la fuerza aplicada por un objeto a distancia. Cuando un palo de golf se balancea y golpea una pelota de golf estacionaria, parte de la energía cinética del palo se transfiere a la pelota a medida que el palo «trabaja» en la pelota. En una transferencia de energía como esta, la energía se mueve de un objeto a otro, pero permanece en la misma forma. Una transferencia de energía cinética es fácil de observar y entender, pero otras transferencias importantes no son tan fáciles de visualizar.
La energía térmica tiene que ver con la energía interna de un sistema debido a su temperatura. Cuando una sustancia se calienta, su temperatura aumenta porque las moléculas de las que está compuesta se mueven más rápido y ganan energía térmica a través de la transferencia de calor. La temperatura se usa como una medida del grado de «calor» o «frío» de un objeto, y el término calor se usa para referirse a la energía térmica que se transfiere de un sistema más caliente a uno más frío. Las transferencias de energía térmica ocurren de tres maneras: a través de conducción, convección y radiación.
Cuando la energía térmica se transfiere entre moléculas vecinas que están en contacto entre sí, esto se denomina conducción. Si se coloca una cuchara de metal en una olla con agua hirviendo, incluso el extremo que no toque el agua se calienta mucho. Esto sucede porque el metal es un conductor eficiente, lo que significa que el calor viaja a través del material con facilidad. Las vibraciones de las moléculas al final de la cuchara que tocan el agua se extienden por toda la cuchara, hasta que todas las moléculas vibran más rápido (p. ej., toda la cuchara se calienta). Algunos materiales, como la madera y el plástico, no son buenos conductores—el calor no viaja fácilmente a través de estos materiales—y, en cambio, se conocen como aislantes.
La convección solo ocurre en fluidos, como líquidos y gases. Cuando el agua se hierve en una estufa, las moléculas de agua en el fondo de la olla están más cerca de la fuente de calor y obtienen energía térmica primero. Comienzan a moverse más rápido y se extienden, creando una menor densidad de moléculas en el fondo de la maceta. Estas moléculas luego suben a la parte superior de la olla y son reemplazadas en la parte inferior por agua más fría y densa. El proceso se repite, la creación de una corriente de moléculas de hundimiento, calefacción subiendo, el enfriamiento, y se hunde de nuevo.
El tercer tipo de transferencia de calor, la radiación, es fundamental para la vida en la Tierra y es importante para calentar cuerpos de agua. Con la radiación, una fuente de calor no tiene que tocar el objeto que se está calentando; la radiación puede transferir calor incluso a través del vacío del espacio. Casi toda la energía térmica de la Tierra se origina en el sol y se irradia a la superficie de nuestro planeta, viajando en forma de ondas electromagnéticas, como la luz visible. Los materiales en la Tierra luego absorben estas ondas para ser utilizadas como energía o las reflejan de nuevo en el espacio.
En una transformación de energía, la energía cambia de forma. Una bola sentada en la cima de una colina tiene energía potencial gravitacional, que es el potencial de un objeto para hacer trabajo debido a su posición en un campo gravitacional. En términos generales, cuanto más alta en la colina está esta bola, más energía potencial gravitacional tiene. Cuando una fuerza la empuja cuesta abajo, esa energía potencial se transforma en energía cinética. La pelota continúa perdiendo energía potencial y ganando energía cinética hasta que llega a la parte inferior de la colina.
En un universo sin fricción, la pelota seguiría rodando para siempre al llegar al fondo, ya que solo tendría energía cinética. En la Tierra, sin embargo, la bola se detiene en la parte inferior de la colina debido a que la energía cinética se transforma en calor por la fuerza de fricción opuesta. Al igual que con las transferencias de energía, la energía se conserva en transformaciones.
En la naturaleza, las transferencias y transformaciones de energía ocurren constantemente, como en un entorno de dunas costeras.
Cuando la energía térmica irradia del sol, calienta tanto la tierra como el océano, pero el agua tiene una alta capacidad calorífica específica, por lo que se calienta más lentamente que la tierra. Esta diferencia de temperatura crea una corriente de convección, que luego se manifiesta como viento.
Este viento posee energía cinética, que puede transferir a granos de arena en la playa transportándolos a corta distancia. Si la arena en movimiento golpea un obstáculo, se detiene debido a la fricción creada por el contacto y su energía cinética se transforma en energía térmica, o calor. Una vez que se acumula suficiente arena con el tiempo, estas colisiones pueden crear dunas de arena, y posiblemente incluso un campo de dunas completo.
Estas dunas de arena recién formadas proporcionan un entorno único para plantas y animales. Una planta puede crecer en estas dunas mediante el uso de energía de luz irradiada desde el sol para transformar el agua y el dióxido de carbono en energía química, que se almacena en el azúcar. Cuando un animal come la planta, utiliza la energía almacenada en ese azúcar para calentar su cuerpo y moverse, transformando la energía química en energía cinética y térmica.
Aunque no siempre sea obvio, las transferencias y transformaciones de energía ocurren constantemente a nuestro alrededor y son las que permiten que la vida tal como la conocemos exista.