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... QUÉ ÉS LA ENERGÍA NUCLEAR ...
Cómo funciona la energía nuclear, las centrales nucleares, ventajas e inconvenientes.
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Definición de energía

Capacidad de un sistema físico para producir un trabajo.

Esta definición, aunque es la más extendida, puede inducir a error debido a la vaguedad del término "capacidad", y, por tanto, es mejor definir la energía como lo que, al producirse un trabajo, disminuye en una cantidad igual al trabajo producido. La energía, pues, es medida en las mismas unidades que el trabajo.

Historia del estudio de la energía

La noción de energía aparece por primera vez a partir de las investigaciones de Joule y Carnot sobre la conversión de calor en trabajo mecánico y gracias a la teoría de Helmholtz en la que vincula el trabajo hecho por un sistema isotérmico con la energía interna y la entropía de este sistema. De esta manera la energía no sólo va ligada al concepto de trabajo mecánico, sino también al trabajo eléctrico, químico o calorífico. Por este motivo se puede hablar de energía eléctrica, energía química y energía calorífica.

Paralelamente se puede decir que si en un sistema físico aislado desaparece una determinada cantidad de trabajo, o una parte equivalente de este trabajo, formando parte de diversas formas de la energía, la misma cantidad de trabajo debe aparecer bajo otras formas energéticas según la definición de ley de conservación de la energía.

Como resultado de las investigaciones que efectuaron William Thomson y RJE Clausius a mediados del s. XIX, se puso en evidencia el proceso de degradación de la energía, es decir, que el trabajo útil que se puede obtener en un sistema aislado no toda la energía se conserva sino que hay una parte de esta energía que se degrada (entropía, segundo principio de la termodinámica). Más adelante, y a raíz de la teoría de A. Einstein sobre la equivalencia entre masa y energía (1905), se amplió el principio de conservación, y actualmente no se diferencia entre la conservación de la masa y la conservación de la energía dando lugar a la teoría de la relatividad, ley de conservación.

En 1900, Max Planck dio la explicación de muchos fenómenos hasta entonces inexplicados mediante la teoría de los cuantos de energía (mecánica cuántica), que supuso la aportación un concepto fundamental para el conocimiento de la energía.

Definición de los diferentes tipos de energía

La energía se puede presentar bajo diversas formas, que, por el principio de conservación de la energía, se pueden transformar las unas en las otras. Por tanto, podemos hablar de diferentes tipos de energía más en función de sus efectos que de su origen natural. En este sentido, la energía puede ser clasificada en mecánica, termodinámica, electromagnética y nuclear.

Definición de energía mecánica

La energía mecánica se debe a las variables geométricas y dinámicas del sistema, desde un punto de vista macroscópico, y es la que responde al esquema matemático más sencillo.

La definición de energía mecánica en un cuerpo material de masa constante (m) es la suma de su energía cinética y su energía potencial. La energía cinética es proporcional a la velocidad del cuerpo mientras que la energía potencial depende de la posición del cuerpo en el campo de fuerzas que le rodea. Así en el caso de la caída libre la posición vendría determinada por la altura y el campo de fuerzas por la fuerza de la gravedad. También se puede considerar la energía potencial de deformación debida a las propiedades elásticas de un cuerpo deformado como podría ser un muelle comprimido.

Definición de energía termodinámica

La definición de energía termodinámica tiene sentido desde un punto de vista molecular. Teniendo en cuenta las variables termodinámicas, podemos definir la energía interna U de un sistema como la suma de las energías cinéticas de las moléculas que lo componen y la energía potencial de las fuerzas entre ellas. Cada uno de los átomos o moléculas de un cuerpo o de una sustancia están en continuo movimiento ya sea de rotación, traslación o vibración, respecto a la posición de equilibrio, más o menos intensos según la temperatura. Desde este punto de vista podemos afirmar que la energía térmica equivale a la energía cinética de las moléculas, tal como lo formuló L. Boltzmann en su teoría cinética de los gases.

La energía interna no es una magnitud medible de una forma absoluta, sino que sólo se miden las variaciones de energía entre dos estados del sistema (primer principio de la termodinámica).

El nombre que se le da depende de la manifestación de esta energía o de la naturaleza del fenómeno que la genera. Definimos

  • energía de enlace o energía de formación la diferencia entre la energía de una molécula y la de los átomos que la forman (enlace),
  • energía de disociación la energía liberada en la disociación de un compuesto,
  • energía de activación el aumento de energía necesario para que se produzca una reacción química (energía de activación) y
  • energía de resonancia la diferencia entre la energía de formación teórica y la energía de formación real de un compuesto resonante (resonancia).

La energía libre relaciona la variación de energía interna (U) o de entalpía (H) con la variación de la entropía (S) de un sistema y sirve para indicar en qué dirección evolucionará espontáneamente el sistema (afinidad) .

Definición de energía electromagnética

La definición de la energía electromagnética es la energía derivada de la naturaleza electromagnética de la materia.

La energía electromagnética se manifiesta básicamente de dos formas: transformándose en energía cinética de las cargas eléctricas que son en su zona de influencia-que puede convertirse en calor (efecto Joule) o energía mecánica (motores eléctricos) - o propagándose como energía radiante fuera del medio donde se ha generado en forma de ondas electromagnéticas-que pueden convertirse después en energía luminosa, etc. - o también, a escala atómica, emitiendo partículas portadoras de una cierta cantidad de energía determinada por la ecuación de Planck (efecto fotoeléctrico).

Definición de energía nuclear

La última definición de energía es la energía nuclear. Este tipo de energía mantiene los componentes del núcleo atómico muy juntos. La masa de un núcleo atómico es inferior a la suma de las masas de las partículas elementales que lo forman (defecto de masa). Este defecto de masa se debe a la aparición de una energía de cohesión absorbida por la estructura nuclear y que se puede calcular mediante la teoría de la relatividad de Einstein.

Esta energía puede ser liberada en forma de energía radiante y de energía cinética de las partículas que son expulsadas del núcleo.

Utilización de la energía

La utilización de la energía como fuente de trabajo ha sido siempre una necesidad esencial para el hombre y uno de los factores fundamentales del desarrollo económico y del progreso técnico modernos.

Hasta el inicio de la revolución industrial, exceptuando experimentos aislados, el hombre utilizaba como fuentes de energía, la fuerza muscular, la energía hidráulica y la energía eólica para la producción de trabajo mecánico, y combustibles vegetales para la obtención de calor. Estos eran hasta entonces los únicos recursos utilizados para la obtención de energía, aunque en tiempo se fueron perfeccionando estos sistemas para conseguir rendimientos más elevados (utilización más racional de los animales, perfeccionamiento de las técnicas de navegación a vela, invención de la rueda hidráulica, etc.).

El principio del desarrollo para las técnicas de explotación de la energía fue en la aparición de la máquina de vapor y la transformación de la rueda hidráulica en turbina. Más tarde, la construcción de los primeros motores de combustión dio el empujón definitivo en la obtención de energía mecánica a partir del calor.

Hoy, las fuentes de energía más utilizadas son los saltos de agua, los combustibles y la fisión nuclear, y, con menor importancia, la energía solar, la eólica, la geotérmica y la de las mareas.

La explotación de la energía hidráulica requiere unas condiciones topográficas e hidrográficas adecuadas y la construcción de obras de embalse y de maquinaria de grandes dimensiones a fin de lograr rendimientos energéticos aceptables (que pueden llegar a un 80%, o más, de la energía potencial del agua). Generalmente siempre para la producción de energía eléctrica.

La fuente más importante de energía está constituida por los combustibles que ha sufrido un crecimiento exponencial en los últimos años. El rendimiento máximo es muy inferior al obtenido mediante energía hidráulica pero su elevada concentración de energía explica el considerable desarrollo sufrido. El calor obtenido de los combustibles se aprovecha directamente o bien es convertido en energía mecánica (motores, turbinas ...) y también en la obtención de energía eléctrica por vía electroquímica (pila de combustible).

El tercer tipo de energía más utilizada es la energía nuclear, que se obtiene generalmente por la fisión de los núcleos de sustancias como el uranio, el plutonio, el torio, etc… La tecnología de las reacciones de fusión nuclear no es todavía suficientemente desarrollada para permitir la explotación industrial y es empleada únicamente en laboratorios experimentales y aplicaciones bélicas. La energía que se obtiene en la fisión nuclear se manifiesta en forma de calor, y alcanza temperaturas mucho más elevadas que las conseguidas con combustibles convencionales, sin embargo, los rendimientos que actualmente se pueden obtener son todavía muy bajos (del orden de un 30%). La energía nuclear tiene aplicación básicamente en la producción de energía eléctrica y en la propulsión de barcos. La energía eléctrica obtenida con este sistema (central nuclear) tiene un coste razonable sólo en el caso de grandes reactores, que proporcionan potencias muy elevadas.

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