Nuestra energía es nuclear

 

  Esta es una reflexión sobre el origen de la energía que utilizamos y que podemos encontrar en la Tierra. Que nadie se asuste, no se trata de nada metafísico aunque lo parezca (que la metafísica también utilice a menudo la palabra ‘energía’ puede dar lugar, lamentablemente, a malinterpretaciones del término). La encontré leyendo un libro titulado “La física de los superhéroes” de James Kakalios. En ese libro se explican de forma sencilla muchísimos temas de física, haciendo referencias a situaciones y personajes de clásicos comics de superhéroes. Primero voy a enrollarme un poco hablando de energía, así la entrada tiene más ‘chicha’. El meollo de la entrada está más abajo, así que si resulta insoportable, el lector siempre se puede saltar esta parte.

  Es importante conocer una propiedad de la energía que en realidad todos conocemos, pero que en rigor estoy obligado a poner aunque sea por todos sabida. Me refiero a la Primera Ley de la Termodinámica, o Principio de Conservación de la Energía. Quizás la forma en la que más se oye, y por lo tanto como mejor se reconoce, se por la frase: “La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma”. Esa es, en esencia, la primera ley de la ‘Termo’. Significa que pase lo que pase (una reacción química, la desintegración de un átomo, el movimiento de un péndulo…) la energía al comienzo y al final del proceso ha de ser la misma. Para ser rigurosos, habría que contestar a la pregunta: ¿la energía de qué? Ciertamente, habría que hablar de lo que le sucede a un ‘conjunto de cosas’, o mejor dicho a un sistema. En ese caso, hay que matizar que la energía no se conserva necesariamente en el sistema, si no que éste puede intercambiarla con el entorno, y en conjunto la energía sí se conserva. El entorno es cualquier cosa del universo que no pertenece al sistema pero con el que puede interactuar, por ejemplo, intercambiando energía. El único sistema sin entorno es el Universo, así que en el Universo se cumple la primera ley por definición. Si pudiera intercambiar energía con algo, ese algo estaría en el Universo. La energía no puede irse a ningún sitio fuera de él, así que se conserva.

  También habría que aclarar las formas de energía con las que se trabaja en la Termodinámica: el Trabajo y el Calor. Antes de la llegada de la teoría atómica, durante el siglo XIX, el Calor no se interpretaba como una forma de energía, si no que se entendía como un flujo que pasaba de un material a otro y explicaba los cambios de temperatura de los sistemas en contacto térmico. Por otro lado, el Trabajo, conocido como la capacidad de una fuerza de producir movimiento en la dirección en la que actúa, sí se entendía como energía. La expresión matemática del Trabajo es la del producto de (Fuerza)x(Distancia), entendiendo la distancia como el desplazamiento que se produce en la dirección en la que está aplicada la fuerza en cada instante. Por ejemplo, si empujas algo y lo desplazas en la misma dirección, el producto de la fuerza aplicada y el desplazamiento es el Trabajo que realizas sobre ello. En cambio, si mantienes un maletín en la mano de forma que ejerces una fuerza vertical sobre él para que no caiga, esa componente vertical no está realizando trabajo, porque en esa dirección no hay desplazamiento.

  Fue gracias a Joule, entre otros, que se entiende al Calor como otra forma de energía (la unidad de medida en el sistema internacional (S.I.) de la Energía es el Joule [J], en su honor). Un sistema que no intercambie calor con el entorno, pero sobre el cual se realice trabajo, puede cambiar lo que se conoce como su Energía Interna (U). La energía interna es una medida de la energía de que dispone el sistema, y es función, por ejemplo, de la temperatura. Para hacerlo fácil, se puede decir que en un sistema que no intercambie calor puede aumentar su temperatura si sobre él se realiza trabajo (comprimiendo un pistón o agitando el aire con un ventilador, por ejemplo). El trabajo que realizan las cargas eléctricas al pasar por un conductor deja ir energía en forma de calor, y el efecto se conoce como efecto Joule. Esos hechos condujeron a Joule a la idea que el calor no era realmente un flujo calórico como se pensaba, si no la forma de energía en la que se convertía el trabajo.

  Una vez explicado el Principio de Conservación de la Energía, el Trabajo y el Calor, voy a desarrollar por fin la reflexión a la que me refería al principio. Pensemos un momento en la energía que utilizamos cada día. Hacer cosas no es ‘gratis’ para nuestro cuerpo. Si empezamos a correr, ganaremos energía cinética, pero de algún sitio deberá salir. Si levantamos un peso hasta una cierta altura, le estaremos dando una energía potencial que antes no tenía, ya que al soltarlo ganaría velocidad y llegaría al suelo con más energía de la que tenía al inicio. La energía que usamos para movernos y que conseguimos transmitir a otras cosas, así como la que nos permite mantener la temperatura a más grados que el medio ambiente, es el alimento que consumimos y el oxigeno que respiramos. La energía contenida en la comida es energía potencial, es decir, aún no existe como tal pero potencialmente puede ser proporcionada en la reacción adecuada. En los alimentos que consumimos hay moléculas de azucares complejos, de modo que las mitocondrias del interior de nuestras células, con ayuda del oxigeno, construyen la adenosina trifosfato o ATP liberando la energía almacenada en los azucares para que la célula pueda realizar su función. La energía de la comida proviene de los animales y las plantas. Como la de los animales también proviene de las plantas, podemos decir que en definitiva toda la energía que consumimos proviene de las plantas, directa o indirectamente. Y ¿de dónde consiguen la energía las plantas, para construir los azucares complejos? Pues del proceso conocido como fotosíntesis. En la fotosíntesis la planta emplea la luz solar para producir las moléculas de azucares. Es decir, la energía que hace posible la fotosíntesis, y por consiguiente la obtención de nuestra energía, es el Sol. ¿Y de dónde sale la energía del Sol? A causa de una reacción de fusión nuclear. ¡Tachán! La energía que nos mueve es de origen nuclear, como anticipé en el título de la entrada.

  Pero aún hay más. También la energía eléctrica que consumimos en nuestras casas en su mayoría tiene un origen nuclear, aunque quizás a los ecologistas no les gustaría verlo de esta forma. Pongamos por ejemplo el caso de las centrales eléctricas basadas en un ciclo de turbina de vapor. En esa clase de centrales básicamente se calienta agua en una caldera para más tarde hacerla pasar por una turbina de vapor y así producir trabajo mecánico, que más tarde es convertido en corriente eléctrica en un alternador. La energía que proporciona el vapor a la turbina proviene de la energía que la caldera proporciona al agua. La energía de la caldera puede obtenerse de una reacción de combustión (carbón, petróleo, biomasa…), en cuyo caso es de origen nuclear, puesto que el origen de esos combustibles es el mismo que el de la comida, material orgánico, y en último término plantas. La caldera también puede proporcionar calor mediante otro tipo de reacción, por ejemplo nuclear, de modo que el origen nuclear de la energía se vuelve evidente. Hay otras formas de generar energía, las llamadas fuentes de energía renovables. El movimiento de los molinos de viento es posible gracias a las diferencias de temperatura en la atmósfera, un efecto directo de la influencia del Sol. Las centrales hidroeléctricas logran una diferencia de nivel en el agua para producir una cascada y así aprovechar la energía cinética en las turbinas. Esto es posible gracias a la renovación del nivel de agua del embalse, debido al ciclo del agua y a la evaporación de ésta, y por lo tanto al Sol. Obviamente, las placas solares también requieren de la acción de Sol. Excepto por las mareas (producidas por el movimiento y la influencia gravitatoria del Sol y la Luna) y la energía geotérmica (calor interno en la Tierra), se puede decir que la mayoría la energía eléctrica que usamos se la debemos al Sol. Y definitivamente podemos decir que la energía que nos mueve es de origen nuclear.

Referencias:

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