Resumen de Energía y Enlaces Químicos

## Introducción La energía es una propiedad de los sistemas que les permite provocar cambios en su entorno. En este material veremos definiciones, tipos de energía que no están cubiertos en otros módulos (evitando energías renovables, mecánica, nuclear, química, pilas de hidrógeno y radiación electromagnética), unidades, procesos energéticos y aplicaciones prácticas. El objetivo es ofrecer explicaciones claras, ejemplos y comparaciones para un estudiante de autoaprendizaje. > **Definición:** La energía es la capacidad de un sistema para realizar trabajo o transferir calor a su entorno. ## Unidades de energía Las unidades permiten cuantificar la energía. La unidad básica en el Sistema Internacional es el julio y su símbolo es $\mathrm{J}$. A partir de ello existen unidades históricas o de uso práctico: > **Definición:** El julio ($\mathrm{J}$) es la unidad de trabajo y energía en el SI; corresponde a $1\,\mathrm{N\cdot m}$. - Julio: $\mathrm{J}$ (unidad SI) - Ergo: unidad pequeña usada históricamente en el sistema CGS, equivalente a $10^{-7}\,\mathrm{J}$ - Kilograma-metro fuerza (a veces llamado "kilogramo fuerza \- metro"): aproximadamente $9.8\,\mathrm{J}$ por $1\,\mathrm{kgf\cdot m}$ - Caloría (cal): energía necesaria para subir $1\,\mathrm{g}$ de agua $1\,^{\circ}\mathrm{C}$ (valor práctico $1\,\mathrm{cal} \approx 4.18\,\mathrm{J}$) - Kilovatio-hora (kWh): energía equivalente a $1\,\mathrm{kW}$ durante $1\,\mathrm{h}$, es decir $1\,\mathrm{kWh} = 3.6\times 10^{6}\,\mathrm{J}$ - Tonelada equivalente de carbón (tec): unidad energética usada históricamente para comparar fuentes; un valor típico es $1\,\mathrm{tec} \approx 29.3\times 10^{9}\,\mathrm{J}$ (aproximación comercial) Tabla comparativa de unidades | Unidad | Símbolo | Equivalencia aproximada en $\mathrm{J}$ | Uso práctico | |---|---:|---:|---| | Julio | $\mathrm{J}$ | $1$ | SI, física básica | | Ergo | — | $10^{-7}$ | Historia, CGS | | Kilogramo-fuerza·metro | $\mathrm{kgf\cdot m}$ | $\approx 9.8$ | Cálculos de potencia mecánica histórica | | Caloría | $\mathrm{cal}$ | $\approx 4.18$ | Alimentación, calorimetría práctica | | Kilovatio-hora | $\mathrm{kWh}$ | $3.6\times 10^{6}$ | Facturación eléctrica | | Tonelada eq. carbón | $\mathrm{tec}$ | $29.3\times 10^{9}$ | Grandes balances energéticos | Did you know que $1\,\mathrm{kWh}$ equivale a la energía consumida por una resistencia de $1000\,\mathrm{W}$ en $1\,\mathrm{h}$ y que esa cantidad corresponde a $3.6\times 10^{6}\,\mathrm{J}$? ## Concepto de energía y procesos energéticos ### ¿Qué entendemos por proceso energético? Un proceso energético es cualquier transformación donde la energía cambia de forma o se transfiere entre sistemas. Ejemplos comunes: - Transferencia por calor entre cuerpos a distinta temperatura - Realización de trabajo por fuerzas (levantamiento, compresión) - Conversión interna en reacciones que liberan o absorben energía (se omite desarrollo de química profunda) > **Definición:** Un proceso energético es la secuencia de cambios por los cuales la energía es transferida o convertida entre formas y sistemas. ### Energía como trabajo y calor - Trabajo: transferencia de energía por una fuerza que desplaza un punto de aplicación. Por ejemplo, una bomba que eleva agua realiza trabajo. - Calor: transferencia de energía por diferencia de temperatura. Por ejemplo, un radiador transmite calor al ambiente. Ejemplo práctico: una resistencia eléctrica de $100\,\mathrm{W}$ calienta una habitación. En $2\,\mathrm{h}$ suministra energía $$E = 100\,\mathrm{W} \times 2\,\mathrm{h} = 200\,\mathrm{Wh} = 0.2\,\mathrm{kWh} = 0.2\times 3.6\times 10^{6}\,\mathrm{J} = 7.2\times 10^{5}\,\mathrm{J}.$$ ## Tipos y ejemplos de fuentes y aplicaciones (excluidas las solicitadas en la restricción) A continuación se describen tipos y aplicaciones que no están prohibidas por las restricciones del encargo. ### Energía eléctrica (origen y uso) - Obtención: generadores, acumuladores, celdas solares (mencionadas sin prof