Este documento resume los principales conceptos relacionados con la energía. Explica que la energía es la capacidad de mover o cambiar el movimiento de las cosas y que se presenta en diversas formas como energía mecánica, calor, luz, eléctrica y química. Las distingue entre energías de alta y baja calidad dependiendo de su capacidad para generar movimiento. También describe las leyes de la termodinámica, en particular la segunda ley que establece que la entropía, medida del desorden, tiende a aumentar

1. SESO DEL IES LAS CUMBRES. GRAZALEMA CIENCIAS DE LA NATURALEZA 2º ESO
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ENERGÍA
LO QUE MUEVE AL MUNDO
Quizá la característica más destacada de la materia en el Universo es que se mueve. Las galaxias
se están dispersando a gran velocidad desde el momento inicial del Big Bang. Los planetas giran
alrededor de las estrellas o de otros planetas. Los cometas van y vienen. La Tierra rota sobre sí
misma. Los océanos sufren el vaivén de las mareas, están surcados por grandes corrientes y su
superficie se agita en olas. Los ríos fluyen y el viento sopla. Los continentes se desplazan, se
reúnen o se separan, a lo largo de millones de años. Las moléculas se agitan incansablemente y, en
su seno, los electrones no se detienen nunca.
Tampoco los seres vivos permanecen quietos. Los animales se persiguen, buscan comida, pareja,
cobijo,… En sus entrañas, los corazones bombean ríos de sangre, branquias y pulmones hacen
correr el agua o el aire, el alimento es empujado a lo largo de los tubos digestivos. Ninguno de sus
órganos está parado. Ni siquiera las plantas conocen el reposo. Sus tallos y ramas crecen
constantemente, sus hojas giran buscando la luz, las flores se abren y cierran, y en su interior la
savia corre constantemente. Los microorganismos bullen, repitiendo a escala minúscula el ajetreo
de la vida macroscópica. También la vida implica movimiento. La muerte no es sino el fin del
movimiento: el descanso eterno.
¿Qué es lo que mantiene activo este frenesí universal? La respuesta es simple y, a la vez, muy
complicada: la energía. La energía es lo que mueve al mundo. Pero ¿qué es, exactamente, la
energía?. La física define la energía como la capacidad de imprimir una aceleración a una masa a lo
largo de un espacio. O dicho en términos más simples: la energía es la capacidad de mover o de
cambiar el movimiento de las cosas. Pero esta definición no nos lleva mucho más lejos de lo que ya
sabíamos: que la energía es lo que mueve al mundo. Lo cierto es que aunque no podamos ofrecer
una definición más satisfactoria de energía, al menos si que conocemos bien algunas de sus
propiedades y manifestaciones.
La energía se nos presenta de muy diversas maneras: como energía mecánica, calor, energía
luminosa, energía eléctrica, energía nuclear, energía química, etc. Aunque puedan parecer
fenómenos muy distintos, todas las formas de energía están estrechamente relacionadas entre sí y
pueden transformarse unas en otras. Para entender esta interrelación entre las distintas energías
merece la pena que nos detengamos en la más fácil de comprender de todas ellas, la energía
mecánica, que puede presentarse de dos maneras: como energía cinética o como energía potencial.
La energía cinética es la energía asociada al movimiento de la materia. O dicho de otro modo, la
capacidad que tiene cualquier cuerpo que se desplace para mover, o deformar, a otro cuerpo con el
que choque. El concepto de energía cinética está maravillosamente expresado en un viejo chiste: A
mí no me dan miedo las balas, sino la velocidad que llevan. No le faltaba razón al pusilánime
guerrero: la energía cinética contenida en un cuerpo cualquiera al desplazarse es directamente
proporcional al cuadrado de su velocidad.
La energía potencial de un cuerpo es su capacidad para adquirir energía cinética debido a su
posición en un campo de fuerzas. En el caso del campo gravitatorio, esa posición es la altura a la
que está situado el cuerpo. Es evidente que los objetos situados a más altura alcanzan mayor
velocidad, al dejarlos caer, que los que están más bajos. También el concepto de energía potencial
está recogido en la sabiduría popular: Cuanto más alto, más dura será la caída.
Detengámonos a observar los coches que circulan por nuestras calles. Todos tienen energía
cinética debido a su movimiento. Y esto es fácil de comprobar, bastaría con que nos interpusiéramos
en el camino de cualquiera de ellos. Entonces nos transmitirían una parte de su energía cinética,
lanzándonos por los aires y deformando (rompiendo) nuestro cuerpo. Siguiendo con nuestra
observación, nos enfrentaremos a un misterio: ¿qué ocurre cuando un coche frena y se detiene,
adónde ha ido a parar su energía cinética? La física nos asegura, en el Primer Principio de la
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2. Termodinámica, que la energía ni se crea ni se destruye sino que se transforma. Así pues, ¿en qué
clase de energía se ha transformado la energía del movimiento del automóvil cuando éste se detuvo?
La respuesta es que en calor. Los frenos del coche, los neumáticos, y el propio asfalto han
aumentado su temperatura como resultado de la fricción que ha detenido al coche.
En realidad, el calor también es energía cinética. Las moléculas que componen los cuerpos no
están paradas sino que se agitan continuamente. Si el cuerpo es gaseoso, sus moléculas se desplazan
libremente, si es líquido lo hacen con mayor dificultad, y si está sólido se limitan a vibrar; pero no
se están quietas. La temperatura de un cuerpo no es otra cosa que la suma del movimiento de sus
moléculas. Si un cuerpo (gas, líquido o sólido) está muy caliente, sus moléculas se mueven
(o vibran) muy deprisa, y si el cuerpo está frío, sus moléculas se mueven más lentamente. De modo
que la energía cinética del coche se convirtió, al frenar, en energía cinética de las moléculas de los
frenos, los neumáticos y el asfalto.
Si tenemos la suficiente paciencia y continuamos observando al automóvil que se detuvo,
tendremos ocasión de enfrentarnos a otro enigma: llegado el momento, el coche vuelve a ponerse en
marcha, adquiriendo de nuevo energía cinética. Puesto que ya hemos dejado sentado que la energía
no se crea ¿de dónde ha obtenido el vehículo la energía necesaria para volver a moverse? La
respuesta nos la puede facilitar cualquier niño: del combustible. La propia palabra nos ofrece una
pista sobre la naturaleza de la energía que mueve al coche. Combustible quiere decir que puede
hacer combustión, es decir quemarse. Y cuando se produce una combustión se libera una gran
cantidad de energía. Esto tampoco es difícil de comprobar, basta con quemar un papel, su
combustión produce calor y luz.
A la energía que se esconde en la materia combustible se la conoce como energía química y
volveremos sobre ella más adelante.
En cualquier caso, una parte de la energía química del combustible es transformada en energía
mecánica (o sea, en movimiento) en el motor del coche, y otra parte se convierte en calor, que hace
aumentar tanto la temperatura del motor que obliga a refrigerarlo continuamente. A su vez, la
energía mecánica generada en el motor sirve para mover las ruedas del automóvil y ponerlo en
movimiento, y también para hacer girar una dinamo y producir energía eléctrica, que en los faros se
convierte en luz.
Recapitulemos. La energía primaria del coche es la energía química del combustible. Esta energía
acaba siendo transformada en energía cinética, calor, energía eléctrica y energía luminosa. Pero aún
queda una pregunta que debemos responder: ¿cuál es el origen de la energía química del
combustible? La respuesta no es otra que la luz solar. El cómo la energía de la luz del Sol ha ido a
parar a los depósitos de carburante de nuestros vehículos es una historia sorprendente, en la que los
seres vivos son los protagonistas. Historia que se torna en asombrosa si tenemos en cuenta que
también la luz solar es la que alimenta a casi todos los seres vivos del planeta. Pero para poder
comprender el misterio, y maravillarnos con él, aún es necesario que conozcamos mejor algunas
cuestiones físicas y químicas.
EL UNIVERSO EN NUESTRA CONTRA
Aunque, como hemos visto, la energía puede presentarse de muy diversas formas y es posible
transformar unas en otras, no debemos pensar que todos los tipos de energía son iguales. Utilizando
la jerga técnica, podemos distinguir entre formas de energía de alta calidad y formas de energía de
baja calidad.
Para ayudarnos a entender la diferencia entre ambas nos vamos a permitir una licencia con el rigor
científico para plantear una analogía entre el concepto de energía y el de valor económico. El
diccionario de la Real Academia define el valor económico de un objeto como cualidad de las
cosas, en virtud de la cual se da por poseerlas cierta cantidad de dinero o equivalente. O dicho de
otro modo: el valor de una cosa es su capacidad de proporcionar a su poseedor cierta cantidad de
dinero o equivalente. Si recordamos que la energía también es una capacidad, la de imprimir
movimiento a la materia, veremos que ambos conceptos, valor económico y energía, tienen mucho
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3. en común.
Siguiendo con la analogía, es evidente que también el valor económico puede presentarse en
forma de distintos objetos valiosos, como dinero, valores bursátiles, bienes muebles, inmuebles, etc.
Y, como ocurría con las formas de energía, los diferentes objetos valiosos también pueden
intercambiarse entre sí. Uno puede tener su capital en acciones, en billetes, en lingotes de oro, en
diamantes, en pisos… y cambiar unos por otros. Pues bien, también aquí podríamos distinguir entre
objetos valiosos de alta calidad y objetos valiosos de baja calidad. Los de alta calidad son aquellos
que pueden ser convertidos en dinero (o equivalente) de manera eficiente, mientras que los de baja
calidad no permiten recuperar de manera eficaz el capital ( o equivalente) invertidos en ellos. No
somos expertos en economía, pero el oro suele considerarse como un objeto valioso de alta calidad,
mientras que los mondadientes no parecen una inversión muy acertada. Aunque el oro y los
mondadientes que pueden adquirirse por un millón de pesetas tienen, en origen, el mismo valor, el
oro mantiene su capacidad de ser convertido con facilidad en un millón de pesetas, o su
equivalente, mientras que en el caso de los mondadientes eso es mucho más dudoso. En el caso
del oro, el valor permanece concentrado, mientras que al invertir en mondadientes hemos disipado
el valor del millón de pesetas.
Ésta es la clave para entender el concepto de formas de energía de alta y baja calidad. En las
primeras, la capacidad de generar movimiento permanece concentrada, mientras que en las
segundas, dicha capacidad se disipa y no es aprovechable. En el ejemplo del automóvil, el
combustible es una forma de energía de alta calidad, muy aprovechable para producir movimiento,
u otra forma de energía, mientras que el calor generado por la fricción del frenazo es una forma de
energía de baja calidad, poco aprovechable para producir movimiento (u otra forma de energía). Al
generar calor, la energía cinética del automóvil se disipó al aumentar un poco la energía cinética de
muchas moléculas de los frenos, los neumáticos y el asfalto. El oro se invirtió en una ingente
cantidad de mondadientes.
Fue el científico francés Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796 – 1832) quien descubrió que el calor
es una forma degradada de energía, ya que es imposible convertir en movimiento (técnicamente en
trabajo) todo el calor generado en cualquier proceso. Esto quiere decir que no es posible recuperar
en forma de movimiento, o de otra forma de energía, la totalidad de la energía invertida en calentar
un cuerpo. De este modo, el calor puede considerarse como una especie de sumidero para las demás
formas de energía.
A partir de este sorprendente descubrimiento, que existe una forma de energía degradada, el calor,
que no puede ser aprovechada ni transformada, se formuló la más desalentadora de las leyes
científicas, conocida con el inocente nombre de Segundo Principio de la Termodinámica. Este
principio, que puede ser (y ha sido) enunciado de muy diversas maneras, fue formulado por primera
vez por el físico y matemático alemán Rudolf Emanuel Clausius (1822-1888). La formulación
original de Clausius es realmente difícil de comprender para alguien que no esté versado en
termodinámica, pero puede transcribirse al lenguaje cotidiano (y que nos perdonen los físicos y los
químicos) por algo así como que no es posible construir una nevera que además de enfriar los
alimentos genere, al mismo tiempo, energía eléctrica. Que Clausius tenía razón nos lo certifica, cada
dos meses, el recibo de la luz.
Bromas aparte, la formulación más habitual del Segundo Principio nos asegura que en un sistema
cerrado la entropía tiende irremisiblemente a aumentar con el tiempo. El concepto de entropía
expresa la cantidad de energía que se convierte en calor en un sistema cerrado. Y un sistema cerrado
es aquél en el no hay entradas ni salidas de energía ni de materia. Explicado de esa manera, el
Segundo Principio de la Termodinámica no parece tan terrible; pero pasémoslo a un lenguaje más
fácil de entender.
La entropía también puede ser considerada como una medida del desorden espacial y energético
de un sistema. La idea de desorden energético no significa otra cosa que el paso de energía de alta
calidad a energía de baja calidad, mientras que el desorden espacial es, exactamente, lo que
entendemos habitualmente por desorden.
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4. Un ejemplo dramático de las consecuencias del Segundo Principio es el caso de los seres vivos,
sistemas de materia altamente ordenada. Si a un organismo se le convierte en un sistema cerrado,
privándole de su fuente de materia y energía, de su alimento, muere y se descompone en un montón
de materia altamente desordenada: Polvo eres…
De manera que en nuestro Universo la energía tiende a disiparse en forma de calor y la materia
pugna por desordenarse. Y lo que es peor, si el Universo, como afirman muchos científicos, es en sí
un sistema cerrado, resulta que tiende a desordenarse irremisiblemente. Esta visión de un Universo
cayendo inevitablemente por la cuesta abajo del desorden justificaría que el Segundo Principio
fuera rebautizado como el Principio del Pesimismo Universal: da igual lo que hagamos, lo que
intentemos construir, todo tiende inevitablemente al caos; tenemos al Universo en contra.
Sin embargo, existe un rayo de luz en este panorama tan sombrío. En 1943, el premio Nobel de
Física austriaco Edwin Schrödinger (1887 – 1961) llamó la atención sobre el hecho de que el
fenómeno de la vida parece desafiar al Segundo Principio de la Termodinámica, ya que, desde sus
orígenes, la materia viva ha ido adquiriendo una complejidad cada vez mayor. Este incremento del
orden a lo largo del tiempo parece refutar la imagen de un Universo condenado al caos. Sin
embargo, eso sólo es una aparente contradicción: los seres vivos no son sistemas cerrados. Los
organismos, al alimentarse, están continuamente adquiriendo energía de alta calidad y materia. Esta
incorporación continua de energía y materia los convierte en sistemas abiertos, contra los que el
Segundo Principio no tiene poder.
Pero aunque algunos mostremos una cierta tendencia a engordar, los seres vivos no parecen
acumular toda la energía de alta calidad y la materia que asimilan. ¿Adónde van a parar, entonces,
dichas materia y energía? Lo cierto es que diariamente nos deshacemos de la mayor parte de la
materia que asimilamos, en forma de dióxido de carbono, de orina y de sudor. Por otra parte, la
energía de alta calidad la empleamos en generar calor y energía para desplazarnos y mantener
activas nuestras máquinas biológicas; y esta energía también acaba convertida en calor. O sea, que
incorporamos materia muy ordenada y energía de alta calidad y expelemos materia muy simple y
calor. ¡Nos mantenemos ordenados a cambio de aumentar el desorden de la materia y de la energía
externas¡
En realidad, los seres vivos preservamos nuestro extraordinario nivel de orden gracias a un flujo
constante de materia y energía que nos atraviesa, aumentando su desorden al hacerlo. Para decirlo
técnicamente: mantenemos baja nuestra entropía a costa de aumentar la de nuestro entorno. Y la
cantidad de desorden que generamos es mayor que la del orden que conseguimos (piensen, por
ejemplo, en la cantidad de calor y desperdicios que producen nuestras ciudades).
En realidad, los seres vivos no violamos el Segundo Principio de la Termodinámica, ya que al
generar un desorden externo mayor que nuestro orden interno, el desorden total del Universo (su
entropía) aumenta. No somos otra cosa que aceleradores del caos. Ése es el precio de la vida.
AMALUR: Del átomo a la mente. Ignacio Martínez – Juan Luis Arsuaga. TEMAS DE HOY
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