Fuente de energía

El viento es una fuente de energía. En la imagen, viento fuerte en el norte de África

Las fuentes de energía son elaboraciones naturales más o menos complejas de las que el ser humano puede extraer energía para realizar un determinado trabajo u obtener alguna utilidad. Por ejemplo el viento, el agua, el sol, etc...

Desde la prehistoria, cuando la humanidad descubrió el fuego para calentarse y asar los alimentos, pasando por la Edad Media en la que construía molinos de viento para moler el trigo, hasta la época moderna en la que se puede obtener energía eléctrica fisionando el átomo, el hombre ha buscado incesantemente fuentes de energía de las que sacar algún provecho para nuestros días, que han sido los combustibles fósiles; por un lado el carbón para alimentar las máquinas de vapor industriales y de tracción ferrocarril así como los hogares, y por otro, el petróleo y sus derivados en la industria y el transporte (principalmente el automóvil), si bien éstas convivieron con aprovechamientos a menor escala de la energía eólica, hidráulica y la biomasa. Dicho modelo de desarrollo, sin embargo, está abocado al agotamiento de los recursos fósiles, sin posible reposición, pues serían necesarios períodos de millones de años para su formación.

La búsqueda de fuentes de energía inagotables y el intento de los países industrializados de fortalecer sus economías nacionales reduciendo su dependencia de los combustibles fósiles, concentrados en territorios extranjeros tras la explotación y casi agotamiento de los recursos propios, les llevó a la adopción de la energía nuclear y en aquellos con suficientes recursos hídricos, al aprovechamiento hidráulico intensivo de sus cursos de agua.

A finales del siglo XX se comenzó a cuestionar el modelo energético imperante por dos motivos:

Los problemas medioambientales suscitados por la combustión de combustibles fósiles, como los episodios de esmog de grandes urbes como Londres o Los Ángeles, o el calentamiento global del planeta.

Los riesgos del uso de la energía nuclear, puestos de manifiesto en accidentes como Chernóbil.

Las energías limpias son aquellas que reducen drásticamente los impactos ambientales producidos, entre las que cabe citar el aprovechamiento de:

El Sol: energía solar, el sol produce luz y calor. Todos los seres vivos necesitan luz solar para vivir. Y en la actualidad se utiliza la luz y el calor del sol para producir energía eléctrica, sobre todo en las viviendas.
El viento: energía eólica, antiguamente se usaba para mover los objetos, por ejemplo, los barcos de vela. Actualmente lo utilizamos para producir electricidad. En las centrales eólicas el viento mueve las aspas de los molinos y este movimiento se transforma en electricidad.
Los ríos y corrientes de agua dulce: energía hidráulica
Los mares y océanos: energía mareomotriz
El calor de la Tierra : energía geotérmica
El átomo: energía nuclear
La materia orgánica: biomasa
Los combustibles: energía química, los combustibles son materiales que pueden arder. La leña, el carbón y el gas natural son combustibles. Estos poseen energía química: cuando arden se desprenden energía luminosa y calorífica. Esta energía puede transformarse en movimiento cuando los combustibles se utilizan por el funcionamiento de un motor.

Todas ellas renovables, excepto la energía nuclear, por ser su combustible principal, el uranio, un mineral.

Con respecto a las llamadas energías alternativas (eólica, solar, hidráulica, biomasa, mareomotriz y geotérmica), cabe señalar que su explotación a escala industrial, es fuertemente contestada incluso por grupos ecologistas, dado que los impactos medioambientales de estas instalaciones y las líneas de distribución de energía eléctrica que precisan pueden llegar a ser importantes, especialmente, si como ocurre con frecuencia (caso de la energía eólica) se ocupan espacios naturales que habían permanecido ajenos al hombre.

Las fuentes de energía pueden ser renovables y no renovables. Las renovables, como el Sol, permiten una explotación ilimitada, ya que la naturaleza las renueva constantemente. Las no renovables como el carbón, aprovechan recursos naturales cuyas reservas disminuyen con la explotación, lo que las convierte en fuentes de energía con poco futuro, ya que sus reservas se están viendo reducidas drásticamente.

[editar] Clasificación de las fuentes de energía

Las fuentes de energía se clasifican en:

Renovables: Pueden utilizarse de manera continuada para producir energía, bien porque

se regeneran fácilmente (biomasa) o porque son una fuente inagotable (solar)

No renovables: Una vez empleadas no vuelven a regenerarse.

Las fuentes de energía se pueden dividir en dos grandes subgrupos: permanentes (renovables) y temporales (agotables). En principio, las fuentes permanentes son las que tienen orígen solar, de hechos todos sabemos que el Sol permanecerá por más tiempo que la especie humana. Aún así, el concepto de renovabilidad depende de la escala de tiempo que se utilice y el ritmo de uso de los recursos. Así pues, los combustibles fósiles se consideran fuentes no renovables ya que la tasa de utilización es muy superior al ritmo de formación del propio recurso. En la tabla siguiente os proporcionamos información sobre las fuentes de energía primaria que se utilizan actualmente

Electromagnetismo

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Ferrofluido que se agrupa cerca de los polos de un magneto poderoso.

El electromagnetismo es una rama de la Física que estudia y unifica los fenómenos eléctricos y magnéticos en una sola teoría, cuyos fundamentos fueron sentados por Michael Faraday y formulados por primera vez de modo completo por James Clerk Maxwell. La formulación consiste en cuatro ecuaciones diferenciales vectoriales que relacionan el campo eléctrico, el campo magnético y sus respectivas fuentes materiales (corriente eléctrica, polarización eléctrica y polarización magnética), conocidas como ecuaciones de Maxwell.

El electromagnetismo es una teoría de campos; es decir, las explicaciones y predicciones que provee se basan en magnitudes físicas vectoriales dependientes de la posición en el espacio y del tiempo. El electromagnetismo describe los fenómenos físicos macroscópicos en los cuales intervienen cargas eléctricas en reposo y en movimiento, usando para ello campos eléctricos y magnéticos y sus efectos sobre las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. Por ser una teoría macroscópica, es decir, aplicable sólo a un número muy grande de partículas y a distancias grandes respecto de las dimensiones de éstas, el Electromagnetismo no describe los fenómenos atómicos y moleculares, para los que es necesario usar la Mecánica Cuántica.

El electromagnetismo considerado como fuerza es una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo actualmente conocido.

Los Fenómenos Electromagnéticos

La electricidad empezó a conocerse de forma científica a partir del siglo XVII. El científico ingles William Gilbert dio una explicación a la fuerza de atracción del ámbar y de la magnetita, confeccionando el primer electroscopio con el que comprobó que otras sustancias tienen las mismas propiedades que el ámbar.

Gray en la primera mitad del siglo XVIII descubre el fenómeno de la conducción eléctrica y dice que la “virtud eléctrica” se transmitía o no dependiendo del material empleado.

Dufay después de numerosos experimentos llegó a la conclusión de que la electricidad es una propiedad universal de la materia y demostró que había dos tipos de electricidad: “vítrea” como se denominó a la positiva ofrecida por el vidrio cuando se frotaba y “resinosa” a la negativa que aparecía en el caso de la ebonita.

Una vez conocida más profundamente la electricidad por frotamiento se idearon diferentes tipos de máquinas para obtener electricidad por este procedimiento, un ejemplo de máquina de este tipo es la de Ramsden

Posteriormente Volta con su electróforo iniciaría la obtención de electricidad por el sistema de influencia, perfeccionado en la máquina de Wimshurst que sustituiría a las de frotamiento.

La invención por parte de Musschenbroek de la botella de Leyden que puede considerarse como el primer condensador, es el inicio de cómo se puede almacenar la electricidad.

Franklin, científico americano de mediados del siglo XVIII, introdujo los términos de carga positiva y negativa, formulando el principio de conservación de la carga y observó que en el interior de una cavidad metálica no se manifiestan fenómenos eléctricos. Estudió también los fenómenos eléctricos en cuerpos puntiagudos, lo que le llevó al descubrimiento del pararrayos.

Aunque Cavendish y Priestley sugirieron la ley de la inversa de los cuadrados de la distancia, fue Coulomb quien la formularía de forma definitiva y mediría experimentalmente esta fuerza con la balanza de Coulomb basada en la torsión. También en esta misma época estudia la distribución de las cargas en un conductor y llega a la conclusión de que estas se sitúan en la superficie del conductor, fenómeno que se evidencia en la esfera hueca de Coulomb.

Galvani en sus experimentos con ranas, observó que la contracción muscular podía ser provocada por una fuente externa de electricidad o bien uniendo el nervio y el músculo con un conductor. Concluyó que en los animales circularía un fluido similar a la electricidad ordinaria, y que por lo tanto se tendría un nuevo tipo de electricidad que se uniría a las ya conocidas de frotamiento e inducción. Este tercer tipo de electricidad es interpretado por Volta de forma diferente. Tras laboriosos experimentos llegó a la conclusión de que este tipo de electricidad se genera por contacto entre conductores diferentes situados en un medio acuoso, en 1800 dio a conocer su pila eléctrica. Una modificación de la pila de Volta es la pila de Wollaston o pila de vasos. Con el paso del tiempo se perfeccionaron las pilas dando lugar a las diferentes versiones que tanto se utilizan en la actualidad.

Poder disponer de la corriente suministrada por las pilas hizo posible los trabajos de Faraday sobre los efectos de la corriente eléctrica en disoluciones, lo que le llevaría a enunciar las leyes sobre la electrólisis que llevan su nombre.

Otro hecho de capital importancia en el desarrollo del campo electromagnético, es la experiencia realizada por Hans Christian Oersted en 1820. Observó que una aguja imantada se desviaba cuando estaba próxima a un conductor por el que circulaba corriente, es decir la corriente eléctrica se comportaba como un imán, esto venía a demostrar que los fenómenos eléctricos y magnéticos, considerados hasta entonces como independientes, estaban estrechamente relacionados.

A partir de la experiencia de Oersted los avances en el campo electromagnético, tanto experimentales como teóricos, se suceden rápidamente. Basándose directamente en la experiencia de Oersted se desarrollaron los galvanómetros entre los que se puede citar el galvanómetro astático de Nobili.

Faraday en 1831 logra el fenómeno inverso de la experiencia de Oersted, es decir a partir de un campo magnético obtener una corriente eléctrica, descubre así las corrientes de inducción, e inventa el primer generador de corriente continua. Las máquinas magnetoeléctricas serían las precursoras de motores, transformadores, generadores, que sentarían la base del desarrollo industrial de la segunda mitad del siglo XIX. Un ejemplo de máquina de este tipo es el aparato magnetoeléctrico de Clarke.

Científicos como Ampere , Biot , Savart o Henry contribuyeron al rápido desarrollo del electromagnetismo que culminaría J.C.Maxwell al resumir en sus cuatro ecuaciones todas las leyes de la electricidad y el magnetismo, llegando a predecir que la luz es una onda electromagnética, lo que Hertz confirmaría experimentalmente poco tiempo después, poniendo la base de los medios de comunicación actuales.

El estudio de la conducción eléctrica en gases enrarecidos condujeron finalmente al descubrimiento de las cargas eléctricas, esto fue posible gracias al descubrimiento de instrumentos con los que obtener altos potenciales, como el carrete de Ruhmkorff o la bomba de vacío de Geissler. El mismo Geissler ideó los tubos de diversas formas destinados a estudiar las descargas eléctricas en gases a bajas presiones. Estudios que continuó Crookes con los llamados tubos de Crookes, observando que la radiación se desviaba en presencia de campos magnéticos. Fue sin embargo Goldstein quien llamó a esta radiación que salía del cátodo rayos catódicos y trabajando con cátodos perforados observó los llamados rayos canales o rayos positivos.

Trabajando también con tubos de Crookes, Roentgen descubrió en 1895 una radiación que se producía al chocar los rayos catódicos con el vidrio del tubo de descarga, denominó a esta radiación rayos X, manifestando así la ignorancia sobre su naturaleza.

La naturaleza de los rayos catódicos fue puesta de manifiesto por J.J. Thomson, midió su relación carga/masa observando que no dependía del gas utilizado en el tubo, por lo que se trataba de una partícula universal, portadora de carga eléctrica negativa.

Los rayos canales fueron estudiados por Wilhem Wien, quien observó que eran partículas positivas y que su relación carga/masa dependía del gas utilizado, obteniéndose la relación más baja cuando el gas era hidrógeno.

Fue sin embargo Rutherford quien daría el nombre de protón a la partícula positiva, mediante una reacción nuclear. Bombardeando átomos de N¹⁴ con partículas alfa obtuvo O¹⁷ y protones.

Por fin se habían descubierto los dos protagonistas de todas estas complejas y variadas manifestaciones que hemos estado brevemente repasando, el electrón y el protón.


Pila de Wollaston	Galvanómetro astático de Nobili	Aparato Magneto-eléctrico de Clarke	Carrete de Rumhmkorff	Tubos de Crookes	Huevo eléctrico