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La energía:
Conceptos básicos
E
stimado lector,
en este primer fascículo
de Relatos sobre energía
trataremos de presentarte
de manera simple los
principios de la energía.
Cabe citar aquí las palabras de
Albert Einstein (1879-1955),
—quien por cierto publicó en
1905 su teoría de la relatividad
especial— tomadas del prólogo
de la obra The Universe and Dr.
Einstein,de Lincoln Barnett:
“Quien haya intentado alguna
vez presentar una idea abstracta
de una manera asequible al
gran público,sabe las grandes
dificultades que encierra tal
empeño,porque o bien logra
hacerse comprender soslayando
el fondo del problema y
presentando al lector sólo los
aspectos superficiales o alusiones
vagas,con lo cual éste se engaña
al creer ilusoriamente que lo ha
comprendido,o presenta una
detallada exposición del mismo
en términos tales que el lector no
acostumbrado es incapaz de seguir
el razonamiento y no se siente con
ánimos de proseguir la lectura”.
Figura 1.1 Albert Einstein
(Fuente:Pintura de Bruni Sablan)

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¿Qué es la energía?
La palabra“energía”es tan común
en nuestros días que ha pasado
a ser un término muy familiar.
Dentro de las áreas físicas el
concepto de energía puede
considerarse viejo o reciente,
según se le quiera mirar,pues
desde su concepción ha sufrido
cambios tan fundamentales,que
sus creadores seguramente no
se reconocerían en su versión
actual.1 En 1807,Thomas Young
(1773-1829) fue el primero
en asignar una connotación
científica al término“energía”,
concibiéndola como la capacidad
para realizar un trabajo.Cuanto
mayor es el trabajo que se debe
llevar a cabo,mayor es la energía
necesaria.Si se posee mayor
cantidad de energía,puede
realizarse más trabajo.Sólo con
energía se puede realizar trabajo.
Se puede decir que la energía y
la materia constituyen los dos
componentes básicos del planeta
y el Universo,donde la materia
corresponde a todo lo que nos
rodea,y la energía es el factor que
provoca los cambios físicos de la
materia.
1 Energía,De la Peña.
Para pensar,hablar,comer y
escribir se requiere de energía.
También,para que se desplace
un automóvil,en la caída de una
piedra,en el movimiento del agua
y para muchas otras acciones.
La palabra“energía”proviene
del griego,energeia,derivada de
ergon (obra),y significa fuerza en
acción,la capacidad para obrar o
producir un efecto.

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La energía
y sus comienzos
Hoy en día,el hombre utiliza
diversos tipos de energía para
sus actividades cotidianas,pero
no fue siempre así.Basta con
remontarnos un poco a la historia
y hacer un breve recuento de
las actividades del hombre y su
evolución.
Desde que existe como
organismo viviente,el hombre
aprovechó la energía,no sólo
como una opción energética sino
como fuente de vida.
En un principio el ser humano
usaba su energía muscular,
la de los animales,del agua y
del viento para proveerse de
alimentos,fabricar herramientas
Figura 1.2 La energía y el hombre
(Fuente:<http://biblioteca.redescolar.ilce.edu.mx/
sites/colibri/cuentos/arte1/htm/sec_3.htm>)
Antes de la máquina de vapor,los grandes
esfuerzos se hacían a puro músculo,utilizando
la fuerza de las personas o de los animales.
rudimentarias y trasladarse de un
lugar a otro.Luego aprendió
a usar el fuego para obtener calor
y luz por las noches,usó el fuego
para fabricar herramientas y
cocinar sus alimentos.
A medida que el hombre
evolucionó,se encargó de
construir molinos de viento y,
así,con la ayuda de la energía
del viento logró aumentar la
capacidad de trabajo de los
agricultores.La invención de la
pólvora impulsó la extracción
y uso del carbón como otra
fuente energética para tratar
el hierro que hoy en forma
de acero,resulta el material
más significativo de nuestra
civilización al utilizarse,por
ejemplo,en la construcción
de los grandes edificios.

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Con las mejoras que realizó,en
1769 y 1784,el escocés James
Watt (1736-1819) a la máquina
de vapor,se pasó del viejo
mundo rural al de las ciudades,
del trabajo manual al de la
máquina,aumentando el uso del
carbón como fuente de energía
dando inicio a una época de
gran actividad industrial y de
desplazamientos de personas
y mercancías que ha sido
denominada como la Revolución
Industrial.
Esta revolución impulsó el
desarrollo de la Termodinámica
y estimuló la investigación de
nuevas formas de energía; surgió
la energía eléctrica,comenzó
la utilización del petróleo2 y del
gas natural como fuentes de
energía y estos dos combustibles
junto con la electricidad dieron
impulso a una serie de inventos
que cambiaron la vida en el
mundo entero:el automóvil,el
telégrafo,el teléfono,la radio,el
cine,los aviones,la televisión,los
artefactos electrodomésticos,
los cohetes,satélites de
comunicaciones,computadoras
y prácticamente toda la nueva
tecnología que conocemos.
2 En otro tiempo, los árabes y los hebreos empleaban el petróleo con fines medicinales. En
México los antiguos pobladores lo emplearon como impermeabilizante para embarcaciones.
No obstante,antes de la segunda mitad del siglo XVIII las aplicaciones que se le daban al petró-
leo eran muy pocas.
Figura 1.3 Evolución del uso de energía
(Fuente:<http://biblioteca.redescolar.ilce.edu.mx/sites/colibri/cuentos/
arte1/htm/sec_3.htm>)

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Concepto de energía
La energía es una propiedad de todo cuerpo o sistema material en virtud
de la cual éste puede transformarse,modificando su estado o posición,así
como actuar sobre otros,originando en ellos procesos de transformación.
La energía puede tener distintos orígenes y dependiendo de ellos se le
denomina de una forma u otra:
Figura 1.4 Esquema general de la energía
(Fuente: <http://www.grupoblascabrera.org/energia/esquener.htm>)
Energía cinética:Asociada al movimiento de los cuerpos.
Energía potencial:Asociada a la configuración de un sistema.
Energía interna:Asociada a la temperatura de los cuerpos.
Energía química:Asociada a la composición del cuerpo.
Energía nuclear:Asociada a los procesos de fusión (unión de núcleos)
o fisión (ruptura de núcleos) que tienen lugar en el interior de los
átomos.
Fuentes de energía

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La famosa fórmula de relación masa-
energía que publicó Einstein hace un
poco más de 100 años.
E = mc²
En donde:
E = Energía en Ergios o Joules.
m = masa transformada en gramos o kg
c = velocidad de la luz ≈ 3 x 108 m/seg
Dicha equivalencia entre masa y energía
fue demostrada en el laboratorio en el
año 1932,y dio lugar a impresionantes
aplicaciones concretas en el campo de
la física (tanto la fisión nuclear como la
fusión termonuclear son procesos en los
que una parte de la masa de los átomos
se transforma en energía).
Relación masa - energía
Las transformaciones que
experimentan la materia y las
relaciones en el estudio de la
masa y la energía,están regidas
por las siguientes leyes:
a) Ley de la conservación
de la masa:Esta ley fue anunciada
por Antoine-Laurent Lavoisier
(1743-1794) a fines del siglo
XVIII y dice:“En toda reacción
química la masa se conserva; esto
es,la masa total de los reactivos
es igual a la masa total de los
productos”.
Lavoisier puso de manifiesto que,
si tenemos en cuenta todas las
sustancias que forman parte en
una reacción química y todos
los productos formados,la masa
nunca varía.
b) Ley de la conservación
de la energía:Anunciada por
Mayer,3 establece que:“La energía
no puede ser creada ni destruida,
pero es susceptible de ser
transformada”.
Es decir la cantidad de energía
que existe en el universo es una
cantidad constante.
3 Julius Robert von Mayer (1814 -1878) estableció, en 1842, la ley de conservación y transfor-
mación de la energía, que se constituyó en principio de capital importancia, no sólo en su as-
pecto gnoseológico (teoría del conocimiento), sino también por sus implicaciones en el propio
desarrollo del conocimiento de los fenómenos físicos ofreciendo la clave para los avances de lo
que algunos autores llaman“la segunda etapa de las Ciencias Físicas”,basada en la aplicación de
los principios de conservación. Dicha ley se conoce en la actualidad como la primera ley de la
termodinámica y define la energía interna de un sistema.
Figura 1.5 Equivalencia entre masa-energía
(Fuente:<http://www.poster.de/Einstein-
Albert/Einstein-Albert-E-Mc2-9903274.
html>)

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Fuentes de energía
Para obtener energía se tendrá
que partir de algún cuerpo que la
tenga y pueda experimentar una
transformación para ceder alguna
fracción.A estos cuerpos se les
llama fuentes de energía.
A la energía obtenida por las
fuentes de energía encontradas
en la naturaleza se denomina
como energía primaria y se
dividen en dos grandes grupos:
renovables y no renovables.Las
cantidades disponibles de energía
de estas fuentes,es lo que se
conoce como recurso energético.
Nuestro planeta posee grandes
cantidades de energía primaria;
sin embargo,uno de los
problemas más importantes es
cómo transformarla en energía
utilizable para los consumidores;
como la electricidad,el alcohol,
el diesel,la gasolina,etcétera.
La energía obtenida de la
transformación de la entregada
por las fuentes de energía,se
denomina energía secundaria.
Un aspecto importante a tratar
es conocer cuáles son las fuentes
que usamos para aprovechar su
energía y cuáles son sus ventajas
e inconvenientes,así como su
disponibilidad y utilidad.
c) Ley de la conservación
de la masa-energía: Esta ley se
basa en la Teoría de la relatividad
especial propuesta por Einstein en
1905 y prueba que las dos leyes
de conservación de la masa y de la
energía,se unen en un solo principio.
También,se considera que la masa,
cuando presenta una velocidad
cercana a la luz,crece y el aumento
es directamente proporcional a la
energía cinética,por lo que la masa
se considera como una forma de
energía almacenada.
“La cantidad de masa - energía
(materia) existente en el Universo,
es constante”.
Esta ley puede aplicarse a cualquier
sistema,sin embargo cambios
apreciables en la masa sólo ocurren
en las reacciones nucleares que
intervienen en las partículas
subatómicas a velocidades cercanas
a la de la luz.
• Térmica
• Fotovoltaica
•Residuos
• Cultivos
Petróleo Carbón Gas Nuclear Geotérmica Solar Eólica Biomasa Hidráulica
No renovable Renovables
Fuentes de energía
Existen en una cantidad
limitada en la naturaleza
Exisen en un cantidad
prácticamente ilimitada en la naturaleza
Figura 1.6 Mapa conceptual de fuentes de energía
(Fuente:<http://www.aven.es/energia/>)

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Fuentes de energía
renovable
Son aquellas que se producen de
forma continua,que su tasa de
consumo es menor a su tasa de
generación y son inagotables a
escala humana.Nuestra principal
fuente de energía renovable es la
energía que nos llega del Sol.
Energía solar
Es la que produce el Sol y es
interceptada por la Tierra.La
directa es aquella que nos llega
en línea recta del disco solar y la
“indirecta”la que llega dispersada
por la atmósfera terrestre.Es la
“directa”que se usa para secar
ropa e iluminación de recintos,
entre otras.La energía del Sol se
convierte en energía“térmica”
cuando su aprovechamiento se
logra por el calentamiento de
algún medio:la calefacción de
viviendas,refrigeración y secado,
entre otras.También se puede
convertir la luz en electricidad,sin
pasar por un efecto térmico,por
medio de las celdas solares,que
no tienen partes móviles.
Energía eólica
Es la que produce el viento.
Se suele utilizar en los veleros,
en la generación eléctrica,en
la molienda de granos y en el
bombeo de agua.La energía
eólica deriva de la solar,ya que
una parte de los movimientos del
viento se debe al calentamiento
que produce el Sol en diferentes
zonas de la atmósfera.
La imagen muestra la duración que tendría cada
fuente de energía,suponiendo que ella sola cubriese
todas las necesidades energéticas de nuestra
civilización,que las reservas probadas se mantuvieran
constantes y que dichas necesidades energéticas se
mantuvieran al nivel actual de consumo.
Figura 1.7 Duración de los recursos energéticos
(Fuente:<http://www.aven.es/energia/>)
Energía solar
5 000 millones de años
Fusión nuclear
Un millón de años
Uranio con reactores
reproductores
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Carbón
330 años
Petróleo
30 años

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Energía hidráulica
Es la que se obtiene de la caída
de agua desde cierta altura a un
nivel inferior.Esta la podemos
aprovechar para provocar el
movimiento de ruedas hidráulicas
o turbinas.La hidroelectricidad
es un recurso disponible en las
zonas que presentan suficiente
cantidad de agua.Su desarrollo
requiere construir presas,canales
de derivación,la instalación de
turbinas y equipamiento para
generar electricidad.Las turbinas
pueden ser micro,pequeñas,
medianas o de gran tamaño.
Energía geotérmica
Es la energía contenida en las
reservas térmicas de agua caliente
y vapor formadas bajo tierra.
Esta energía está concentrada
particularmente en las regiones
volcánicas y se aprovecha para
generar electricidad (en plantas
geotermoeléctricas) e igualmente
para servicios de calefacción y
agua caliente.
Energía de la biomasa
La energía de la biomasa es la
contenida en cualquier masa
viva o en sus productos o
residuos,y proviene en última
instancia del Sol.Mediante la
fotosíntesis el reino vegetal
absorbe y almacena una parte
de la energía solar que llega a
la Tierra; las células vegetales
utilizan la radiación solar para
formar sustancias orgánicas a
partir de sustancias simples y
del CO2
presente en el aire.Se
puede utilizar directamente
por medio de la combustión y
a través de procesos químicos,
como:gasificación,licuefacción o
pirólisis.También,el reino animal
incorpora,transforma y modifica
dicha energía.
Figura 1.8 Definición de biomasa
(Fuente: <http://www.monografias.com/trabajos47/bloques-
combustibles/bloques-combustibles2.shtml>)

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Fuentes de energía
no renovable
Las energías no renovables son
aquellas que se encuentran
en el subsuelo y cuya tasa de
consumo es mayor que su tasa
de generación:a medida que se
va consumiendo,se va agotando.
Por ejemplo,un barril de petróleo
tardó miles de años en producirse
y se puede consumir en minutos.
Fuentes de energía fósil
La forma de energía que poseen
los combustibles fósiles es
energía química,que podemos
aprovechar a partir de las
reacciones de combustión.Se
puede transformar en lo que
habitualmente se denomina
energía térmica,energía eléctrica,
energía cinética (a través de los
motores de combustión interna),
etcétera.Es utilizada en multitud
de aplicaciones domésticas e
industriales.La energía fósil la
constituyen:
• Petróleo y sus derivados
El petróleo está compuesto
por una gran variedad de
hidrocarburos líquidos que
se mezclan con una gran
variedad de impurezas.Por
una serie de procesos,como
puede ser la destilación,
se obtienen sus derivados:
gasolinas,diesel y turbosina,
entre otras.
• Gas natural
El metano es el principal
componente de este recurso.
Se encuentra en forma
gaseosa,tanto en yacimientos
petroleros como en propios.
• Carbón mineral
Su componente principal es
el carbono,que se encuentra
en los grandes yacimientos
del subsuelo.A nivel mundial,
este recurso es abundante.El
problema del carbón es que
causa demasiados problemas
ecológicos,incluso más que el
petróleo y sus derivados.
Energía nuclear
Se obtiene de la modificación de
los núcleos de algunos átomos,
muy pesados o muy ligeros.En
las reacciones nucleares se libera
una gran cantidad de energía
debido a que parte de la masa
de las partículas involucradas
en el proceso,se transforma
directamente en energía,como
vimos con anterioridad.
Existen dos tipos de energía
nuclear:
• Fisión:Ésta consiste en la
desintegración de átomos
pesados para obtener otros
más ligeros.Es la energía
asociada al uso del uranio.
• Fusión:Es la reacción en la
que dos núcleos muy ligeros
(hidrógeno) se unen para
formar un núcleo más pesado
y estable (helio),con gran
desprendimiento de energía;
como el proceso que se da en
el Sol.

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Algunas de las unidades
para medir la energía
Tanto para la energía como
para el trabajo y el calor,que
pueden ser descritos como
energía en tránsito,se emplea
la misma unidad en el Sistema
Internacional de unidades (SI):
el joule (J),definido como el
trabajo realizado por la fuerza de
1 newton cuando se desplaza su
punto de aplicación 1 metro.
1 J = 1 Newton-metro = 1 kg-m2/seg2
1 GJ (gigajoule) = 109 J
1 TJ (terajoule) = 1012 J
1 PJ (petajoule) = 1015 J
En la física del estado sólido se
utiliza como unidad de energía
eléctrica el electrónvolt (eV),
definido como la energía que
adquiere un electrón al pasar de
un punto a otro entre los que hay
una diferencia de potencial de 1
volt.Su relación con la unidad de
energía del SI es:
1 eV = 1.602 x 10-19 J
J. Watt se refirió a la potencia de
una máquina como el trabajo
que puede realizar por unidad de
tiempo:
1 W = 1 J/s
Para la energía eléctrica se emplea
como unidad de producción el
kilowatt-hora (kWh) definido
como el trabajo realizado durante
una hora por una máquina que
tiene una potencia de 1 kilowatt.
1 kWh = 3.6 x 106 J
Para el calor se emplea también una
unidad denominada caloría (cal)4
que se define como «la energía
(calor) necesaria para elevar la
temperatura en un grado centígrado
a la masa de 1 gramo de agua pura».
1 cal = 4.186 J
Para poder evaluar la calidad
energética de los distintos
combustibles se establecen unas
unidades basadas en el poder
calorífico de cada uno de ellos.
Las más utilizadas en economía
energética son kcal/kg,tec y tep.
• kcal/kg,aplicada a un
combustible,nos indica el
número de kilocalorías que
obtendríamos en la combustión
de 1 kg de ese combustible.
• tec (toneladas equivalentes de
carbón).Representa la energía
liberada por la combustión de 1
tonelada de carbón (hulla).
1 tec = 29.3 x 109 J
• tep (tonelada equivalente de
petróleo).Equivale a la energía
liberada en la combustión de 1
tonelada de crudo de petróleo
de ciertas características
específicas.
1 tep = 41.84 x 109 J
1 tep = 7.4 barriles de crudo en energía
primaria
1 tep = 7.8 barriles de consumo final total
1 Mtep (millones de toneladas equivalentes
de petróleo) = 41.868 PJ
Entre el tep y el tec existe la
equivalencia:1 tep = 1.428 tec
4 El físico inglés James Prescott Joule (1818-1889), con sus cuidadosos experimentos, realiza-
dos en la década de 1840, confirmaron que el calor no se conservaba. A través de mediciones
cada vez más precisas, demostró que el trabajo mecánico podía convertirse cuantitativamen-
te en calor.Nació así la noción de equivalencia mecánica del calor,es decir,la idea de que el calor
y el trabajo eran mutuamente interconvertibles.
Esperamos que este breve relato sobre
La energía: conceptos básicos te haya
gustado.En las referencias que siguen
podrás encontrar mayor información
sobre este fascinante tema.

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Referencias
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De la Peña,Luis.Energía.Centro de Investigaciones Interdisciplinarias en Ciencias y Humanidades.unam,México,
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Quinta reimpresión,1996.Disponible [en línea]:<http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/
ciencia3/078/htm/sec_8.htm> [Junio,2005]
Martínez,Manuel,editor.Curso de Planificación Energética 1989.México,Publicado por la Comisión Económica
Europea,Instituto de Investigaciones en Materiales,unam e Instituto de Investigaciones Económicas,unam,1990.
Postigo,Luis.El mundo de la energía. Barcelona,Editorial Ramón Sopena,1975.
Reynolds,William C.Termodinámica.Madrid,Ediciones del Castillo,1967.
Rius de Riepen,Magdalena y Castro-Acuña,Carlos Mauricio.Calor y Movimiento,(Capítulo III.Calor y Trabajo).
México,Fondo de Cultura Económica,Segunda edición,1995.Disponible [en línea]:<http://omega.ilce.edu.
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Sánchez,Ana María,Trigueros,María y Tagüeña,Julia.Energía,historias de la ciencia y la técnica.México,unam,1999.
Wilson,Mitchell.Energía.Ámsterdam,Libros de Time-Life (Colección Científica),1980.
Fuentes electrónicas sobre energía
<http://www.inicia.es/de/csla/energia.htm#tema47>
<http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0226-01/capitulo1.html>
Para escuchar el audio de este capítulo consulte <http://www.energiauacm.org.mx/fasciculos.html>