Energía: conservación de la energía mecánica, termodinámica y consumo energético

Duración: 8 sesiones · Saberes: B.6 · Criterios: 2.3, 3.1, 4.1 · Requisitos previos: unidad 2 (modelo de partículas, temperatura y cambios de estado) y unidad 4 (reacciones exotérmicas y endotérmicas); no se presupone Física y Química de 1.º.

La palabra energía se usa a diario con mucha libertad: se habla de «gastar energía», de «energías limpias» o de «tener poca energía» por la mañana. En física tiene un significado preciso. La energía es una magnitud que tiene un sistema y que se puede transferir a otros sistemas o transformar de una forma en otra, pero cuyo total no cambia nunca. Esa última propiedad, la conservación de la energía, es uno de los principios mejor comprobados de toda la ciencia, y se aplica igual a una montaña rusa, a una célula o a una central eléctrica. Esta unidad recorre tres escalas. Primero, la mecánica: objetos que suben, bajan y se frenan. Después, la termodinámica: qué ocurre con la energía cuando aparece el calor, y por qué ninguna máquina puede aprovecharla entera. Por último, el consumo: cuánta energía usa un aparato, cuánto cuesta y de dónde sale la electricidad en España. Los cálculos de esta última parte se reutilizan en la unidad 10, dedicada a los problemas ambientales y al desarrollo sostenible.

La energía y sus formas

Una magnitud que se conserva

La unidad de energía del SI es el julio (J): 1 J = 1 N · m = 1 kg m² s⁻². Es la energía que se transfiere al empujar con una fuerza de 1 N a lo largo de 1 m, una cantidad pequeña: levantar una manzana de 100 g a un metro de altura requiere aproximadamente 1 J. Por eso en la práctica se usan múltiplos (kJ, MJ) y otras unidades que se verán más adelante, como el kilovatio hora.

La energía se presenta en formas distintas según de qué dependa:

Energía cinética, asociada al movimiento. Para un cuerpo de masa m que se mueve con rapidez v: E_c = ½ m v². Depende del cuadrado de la velocidad: a doble velocidad, cuádruple energía cinética, lo que explica por qué la distancia de frenado de un coche crece tanto con la velocidad (unidad 15).
Energía potencial gravitatoria, asociada a la posición en un campo gravitatorio. Cerca de la superficie terrestre: E_p = m g h, donde h es la altura sobre un nivel de referencia elegido libremente y g es la aceleración de la gravedad. El valor normal convencional es g_n = 9,806 65 m s⁻² (exacto por convenio; CODATA 2022); en los problemas se usa 9,81 m s⁻².
Energía potencial elástica, la de un muelle comprimido o un arco tenso.
Energía interna, la suma de las energías de las partículas de un sistema (unidad 2): su movimiento de agitación y las interacciones entre ellas, incluidas las de los enlaces químicos (unidad 4) y las de los núcleos atómicos.
Energía radiante, la que transporta la luz y, en general, la radiación electromagnética, y energía eléctrica, la que transporta una corriente.

El trabajo: transferir energía con una fuerza

Una fuerza que desplaza su punto de aplicación transfiere energía. Esa energía transferida se llama trabajo. Si la fuerza F es constante y forma un ángulo α con el desplazamiento d:

W = F · d · cos α

Si la fuerza va a favor del movimiento (α = 0°), el trabajo es positivo y el cuerpo gana energía; si va en contra (α = 180°), como el rozamiento, es negativo y el cuerpo pierde energía; si es perpendicular (α = 90°), como el peso de una maleta que se lleva en horizontal, no hay trabajo, por mucho que canse sostenerla. El trabajo se mide en julios, igual que la energía, porque no es otra cosa que energía en tránsito.

La conservación de la energía mecánica

Cuando solo actúa el peso

La energía mecánica de un cuerpo es la suma de su energía cinética y su energía potencial: E_m = E_c + E_p. Si sobre un cuerpo solo hacen trabajo el peso y otras fuerzas del mismo tipo, llamadas conservativas (la fuerza elástica de un muelle, por ejemplo), su energía mecánica se mantiene constante:

E_c,1 + E_p,1 = E_c,2 + E_p,2

Lo que pierde en altura lo gana en velocidad, y al revés. Un cuerpo que cae desde 2,0 m partiendo del reposo llega al suelo con v = √(2 g h) = √(2 × 9,81 m s⁻² × 2,0 m) = 6,3 m/s, sea cual sea su masa: la masa aparece en los dos lados de la igualdad y se simplifica. Es la misma conclusión a la que llegó Galileo para la caída libre.

Cuando hay rozamiento

En el mundo real siempre hay rozamiento con el suelo o con el aire. El rozamiento es una fuerza no conservativa: su trabajo es negativo y la energía mecánica disminuye. La energía no desaparece: se convierte en energía interna de los cuerpos que rozan y del aire, que se calientan un poco. El balance se escribe así:

E_m,inicial − |W_roz| = E_m,final

y la energía «perdida» se calcula como la diferencia entre la energía mecánica inicial y la final. «Perdida» significa aquí que ya no está disponible como energía mecánica, no que haya dejado de existir.

Procedimiento

Cómo resolver un problema de conservación de la energía

Dibuja la situación, elige el sistema y fija el nivel de referencia de alturas (h = 0) donde te resulte más cómodo.
Identifica dos estados, inicial y final, y anota en cada uno la masa, la rapidez y la altura, todas en unidades del SI.
Decide si hay rozamiento u otras fuerzas no conservativas. Si no las hay, iguala las energías mecánicas; si las hay, la diferencia entre ambas es el trabajo de esas fuerzas.
Despeja la incógnita antes de sustituir números; a menudo la masa se simplifica.
Comprueba las unidades (kg m² s⁻² = J), redondea a las cifras significativas de los datos y pregúntate si el resultado es razonable.

La bajada de una montaña rusa

Enunciado

Un vagón de montaña rusa de 500 kg, con sus ocupantes, parte prácticamente del reposo desde lo alto de una rampa de 32,0 m de altura y baja hasta el punto más bajo del recorrido. a) ¿Con qué rapidez llegaría abajo si no hubiera rozamiento? b) En la realidad llega con 23,0 m/s. ¿Cuánta energía mecánica se ha transformado por el rozamiento y qué fracción representa? c) Si el tramo recorrido mide 80,0 m, ¿cuál es la fuerza media de rozamiento? Dato: g = 9,81 m s⁻².

Solución paso a paso

Referencia: h = 0 en el punto más bajo. Estado inicial: v₁ = 0, h₁ = 32,0 m. Estado final: h₂ = 0.
Sin rozamiento: m g h₁ = ½ m v₂², así que v₂ = √(2 g h₁) = √(2 × 9,81 m s⁻² × 32,0 m) = 25,1 m/s (unos 90 km/h). La masa se simplifica.
Energía inicial: E_p = m g h₁ = 500 kg × 9,81 m s⁻² × 32,0 m = 1,570 × 10⁵ J.
Energía final real: E_c = ½ × 500 kg × (23,0 m/s)² = 1,323 × 10⁵ J.
Energía transformada por el rozamiento: 1,570 × 10⁵ J − 1,323 × 10⁵ J = 2,47 × 10⁴ J, que es el 15,7 % de la energía inicial (2,471 × 10⁴ / 1,570 × 10⁵ = 0,157).
Fuerza media de rozamiento: |W_roz| = F · d, así que F = 2,47 × 10⁴ J / 80,0 m = 309 N.

Análisis de unidades: m s⁻² · m = m² s⁻², y su raíz es m s⁻¹. kg · m s⁻² · m = kg m² s⁻² = J. J / m = N · m / m = N. Los datos tienen tres cifras significativas, y los resultados también.

¿Es razonable? La rapidez real es menor que la ideal, como debe ser: si saliera mayor, habría un error en los datos o en las cuentas. Una fuerza de 309 N frente a un peso de 500 kg × 9,81 m s⁻² = 4,91 × 10³ N es un 6 % del peso, un valor plausible para ruedas sobre raíles con resistencia del aire.

Errores frecuentes: la energía no se gasta, se transforma

«Con el rozamiento se pierde energía». Se pierde energía mecánica, que pasa a energía interna (los frenos y las ruedas se calientan). La energía total se conserva.
«Un cuerpo más pesado cae más deprisa». Sin rozamiento con el aire, la rapidez al llegar abajo es √(2 g h) para cualquier masa. Lo que cambia con la masa es la energía que lleva.
«Si un cuerpo no se mueve, no tiene energía». Puede tener energía potencial (un embalse lleno) o energía interna (un litro de gasóleo).
«Cansarse es hacer trabajo». Sostener una maleta quieta cansa porque los músculos consumen energía química, pero sobre la maleta no se hace trabajo: no se desplaza.

¿Sabíais que…?

Émilie du Châtelet y la «fuerza viva»

A comienzos del siglo XVIII se discutía qué magnitud medía la «fuerza» de un cuerpo en movimiento: los seguidores de Descartes defendían el producto de la masa por la velocidad; los de Leibniz, la llamada vis viva o fuerza viva, proporcional a la masa por el cuadrado de la velocidad, el antecedente de la energía cinética actual. Émilie du Châtelet publicó en 1740 sus Institutions de physique, presentadas como un libro de física para su hijo y que la Stanford Encyclopedia of Philosophy describe como una obra original de filosofía natural. En ellas defendió la fuerza viva de Leibniz, lo que le valió una polémica pública con el físico Jean-Jacques Dortous de Mairan. Su traducción comentada de los Principia de Newton al francés no se publicó hasta 1759.

Calor, trabajo y energía interna: la termodinámica

Cuatro conceptos que no conviene mezclar

La termodinámica estudia las transferencias de energía en las que interviene la temperatura. Su vocabulario se confunde con el de la vida diaria, así que conviene fijarlo con cuidado:

Concepto	Qué es	¿Lo «tiene» un sistema?	Unidad SI
Energía interna, U	Energía total de las partículas del sistema: agitación e interacciones	Sí: es una propiedad del estado del sistema	J
Temperatura, T	Magnitud que indica el nivel de agitación de las partículas; en un gas ideal es proporcional a su energía cinética media de traslación	Sí, pero no es una energía	K (o °C)
Calor, Q	Energía transferida de un sistema a otro por una diferencia de temperatura	No: es energía en tránsito	J
Trabajo, W	Energía transferida por fuerzas que desplazan algo (por ejemplo, un pistón)	No: es energía en tránsito	J

Una bañera de agua tibia tiene más energía interna que una taza de café hirviendo, porque contiene muchísimas más partículas, pero está a menor temperatura. Si se echa el café en la bañera, el calor pasa del café al agua, no al revés: lo decide la temperatura, no la energía interna.

El primer principio

La energía interna de un sistema solo puede cambiar si recibe o cede energía en forma de calor o de trabajo:

ΔU = Q + W

En este libro se sigue el convenio de la IUPAC: Q y W son positivos cuando la energía entra en el sistema. Algunos textos de física e ingeniería escriben ΔU = Q − W, porque llaman W al trabajo que hace el sistema; las dos expresiones dicen lo mismo, y lo importante es declarar el convenio. El primer principio no es más que la conservación de la energía extendida a los procesos en los que hay calor. Un mismo aumento de temperatura del agua se puede conseguir calentándola en un fogón (Q) o agitándola con unas palas (W): el agua no «sabe» cómo le llegó la energía.

Ejemplo real

1845-1850: Joule y el equivalente mecánico del calor

James Prescott Joule hizo girar unas palas dentro de un recipiente aislado con agua, accionadas por unas pesas que descendían una altura conocida. La energía potencial que perdían las pesas era el trabajo hecho sobre el agua, y el termómetro registraba la subida de temperatura. En la memoria que publicó en 1850 en las Philosophical Transactions concluyó que elevar en 1 °F la temperatura de una libra de agua requiere el mismo efecto que la caída de 772 libras desde un pie de altura. Pasado a unidades actuales, equivale a unos 4,15 × 10³ J por kilogramo y kelvin, a menos de un 1 % del valor aceptado hoy para el agua (4,18 × 10³ J kg⁻¹ K⁻¹). El experimento mostró que calor y trabajo son dos maneras de transferir la misma magnitud. La unidad de energía del SI lleva hoy su nombre.

Fuente: Joule, J. P. (1850). On the mechanical equivalent of heat. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 140, 61-82

Calentar una sustancia: Q = m c ΔT

Cuando una sustancia recibe calor sin cambiar de estado ni reaccionar, su temperatura sube en proporción a la energía recibida e inversamente a su masa:

Q = m · c · ΔT

donde c es la capacidad calorífica específica (o calor específico) de la sustancia, la energía necesaria para elevar 1 K la temperatura de 1 kg. Para el agua líquida a 25 °C, c = 4,18 × 10³ J kg⁻¹ K⁻¹ (NIST-JANAF, a partir de C_p = 75,4 J mol⁻¹ K⁻¹), uno de los valores más altos entre las sustancias comunes: por eso el mar suaviza el clima de las zonas costeras y el agua se usa para refrigerar motores y centrales. Una diferencia de temperatura vale lo mismo en kelvin que en grados Celsius, así que ΔT puede calcularse con cualquiera de las dos escalas. Durante un cambio de estado la temperatura no cambia aunque se siga aportando calor: la energía se invierte en separar las partículas, como se vio en las curvas de calentamiento de la unidad 2.

El segundo principio: no todo el calor se puede aprovechar

El primer principio dice que la energía se conserva, pero no dice hacia dónde van los procesos. Eso lo establece el segundo principio, que tiene dos enunciados equivalentes:

El calor pasa espontáneamente de los cuerpos calientes a los fríos, nunca al revés. Un frigorífico consigue lo contrario, pero solo consumiendo energía eléctrica.
Ninguna máquina que funcione por ciclos puede convertir íntegramente en trabajo el calor que recibe: una parte se cede siempre a un foco frío.

Una máquina térmica (el motor de un coche, la turbina de una central de gas o nuclear) toma calor de un foco caliente, convierte una parte en trabajo y cede el resto al entorno. Sadi Carnot razonó en 1824 que el rendimiento máximo posible depende solo de las temperaturas de los dos focos; con la escala absoluta de temperaturas, introducida después, ese límite se escribe η_máx = 1 − T_frío / T_caliente, con las temperaturas en kelvin. Por ejemplo, entre un vapor a 550 °C (823,15 K) y un condensador a 30 °C (303,15 K), η_máx = 1 − 303,15 / 823,15 = 0,632: ni siquiera una máquina ideal aprovecharía más del 63 % del calor, y las reales se quedan bastante por debajo. La energía no se pierde, pero se degrada: pasa a formas cada vez más dispersas y menos útiles.

Potencia, consumo y rendimiento

Potencia: lo deprisa que se transfiere la energía

La potencia es la energía transferida (o el trabajo realizado) por unidad de tiempo:

P = E / t

Su unidad SI es el vatio: 1 W = 1 J/s. La potencia de un aparato indica lo deprisa que consume energía, no cuánta consume en total. De ahí sale la unidad que aparece en las facturas: el kilovatio hora (kWh), la energía que consume un aparato de 1 kW funcionando durante una hora:

1 kWh = 1000 W × 3600 s = 3,6 × 10⁶ J = 3,6 MJ

Las relaciones que se usan en todos los problemas de consumo, y que se retoman en la unidad 10, son:

Energía consumida: E = P · t (en kWh si P está en kW y t en horas; en J si P está en W y t en s).
Coste: coste = E (kWh) × precio (€/kWh).
Rendimiento: η = E_útil / E_consumida (sin unidades; se suele dar en %).
Emisiones asociadas: masa de CO₂ = E (kWh) × factor de emisión (kg CO₂/kWh).

Concepto clave kW y kWh, rendimiento y potencia: cuatro magnitudes distintas

El kW mide potencia (rapidez); el kWh mide energía (cantidad). «Este aparato consume 2000 W por hora» es una frase sin sentido: o consume 2000 W de potencia, o consume tantos kWh en tantas horas.
En la factura doméstica española aparecen las dos cosas: la potencia contratada, en kW, limita cuántos aparatos pueden funcionar a la vez; la energía consumida, en kWh, es la que se ha usado a lo largo del periodo.
La potencia de un aparato no dice nada de su rendimiento. Un hervidor de 2000 W puede ser más eficiente que uno de 1500 W: lo que importa es qué fracción de la energía consumida acaba en el agua.
Un rendimiento nunca supera el 100 %. Si un cálculo da más, hay un error en los datos o falta alguna entrada de energía.

Consumo, coste y rendimiento de un hervidor eléctrico

Enunciado

Un hervidor eléctrico de 2000 W calienta 1,50 L de agua desde 15,0 °C hasta 100,0 °C en 4 min 50 s. a) ¿Cuánta energía eléctrica consume, en J y en kWh? b) ¿Qué energía recibe el agua y cuál es el rendimiento del hervidor? c) Si el kWh cuesta 0,150 € (precio supuesto para el ejercicio), ¿cuánto cuesta calentarla? d) ¿Cuánta energía se consume en un año si se usa así dos veces al día? Datos: c(agua) = 4,18 × 10³ J kg⁻¹ K⁻¹; densidad del agua ≈ 1,00 kg/L.

Solución paso a paso

Tiempo en el SI: t = 4 × 60 s + 50 s = 290 s.
Energía consumida: E = P t = 2000 W × 290 s = 5,80 × 10⁵ J. En kWh: 5,80 × 10⁵ J / 3,6 × 10⁶ J/kWh = 0,161 kWh. (También: 2,000 kW × 290/3600 h = 0,161 kWh.)
Energía útil: m = 1,50 kg; ΔT = 100,0 °C − 15,0 °C = 85,0 K; Q = m c ΔT = 1,50 kg × 4,18 × 10³ J kg⁻¹ K⁻¹ × 85,0 K = 5,33 × 10⁵ J.
Rendimiento: η = 5,33 × 10⁵ J / 5,80 × 10⁵ J = 0,919, es decir, 91,9 %.
Coste: 0,161 kWh × 0,150 €/kWh = 0,024 €, unos dos céntimos y medio.
Consumo anual: 0,161 kWh × 2 × 365 = 118 kWh al año, unos 17,6 € con el precio supuesto.

Análisis de unidades: W · s = (J/s) · s = J. kg · J kg⁻¹ K⁻¹ · K = J. En el rendimiento, J/J se cancela. kWh × €/kWh = €.

¿Es razonable? El rendimiento es alto pero menor que el 100 %: una parte de la energía calienta el propio hervidor y el aire, y otra se va con el vapor. Comparación con el lema: una bombilla LED de 9 W tarda 0,161 kWh / 0,009 kW = 17,9 h en consumir lo mismo, pero si está encendida 5 h diarias consume 9 W × 5 h × 365 = 16,4 kWh al año. El hervidor tiene una potencia 222 veces mayor y, aun así, en un año gasta solo unas siete veces más energía que la bombilla, porque funciona muy poco tiempo.

Puente con la biología: el cuerpo humano como máquina

Los seres vivos obedecen las mismas leyes. La energía de los alimentos es energía química que la respiración celular libera (unidad 4), y las etiquetas nutricionales la expresan en kJ y en kcal. El Reglamento (UE) n.º 1169/2011 fija como ingesta de referencia para un adulto medio 8400 kJ (2000 kcal) al día. Repartidos a lo largo de 24 h, son 8,4 × 10⁶ J / 86 400 s = 97 W: en promedio a lo largo del día, contando reposo y actividad, una persona disipa como calor una potencia parecida a la de una bombilla incandescente antigua. Como cualquier máquina, el cuerpo convierte solo una parte de esa energía en trabajo muscular; el resto mantiene la temperatura corporal. El flujo de energía a través de las cadenas tróficas, que pierde una parte en cada eslabón por el mismo motivo, se estudia en la unidad 9.

Energía y sostenibilidad: el caso de España

De dónde sale la electricidad

La electricidad no es una fuente de energía, sino una forma cómoda de transportarla. Se obtiene transformando otras formas: la energía cinética del viento y del agua, la radiante del Sol, la química de los combustibles o la nuclear. Las fuentes renovables (eólica, solar, hidráulica, biomasa) se reponen al ritmo al que se usan; las no renovables (carbón, petróleo, gas natural, uranio) se agotan, y las fósiles emiten CO₂ al quemarse.

Ejemplo real

2024: más de la mitad de la electricidad española, de origen renovable

Según Red Eléctrica, el operador del sistema eléctrico español, en 2024 la generación renovable alcanzó 148 999 GWh, el 56,8 % de toda la electricidad generada en el país. La eólica fue la primera tecnología (23,2 % de la generación), seguida de la nuclear (20 %), la solar fotovoltaica (17 %), el ciclo combinado de gas (13,6 %) y la hidráulica (13,3 %). Las emisiones de la producción eléctrica bajaron a 27 millones de toneladas de CO₂ equivalente, el mínimo de la serie. El parque instalado sumaba 129 GW, el 66 % renovable, y 3356 MW de almacenamiento (baterías y bombeo). Los datos se presentaron en el Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico.

Fuente: Red Eléctrica, nota de prensa «Informes del sistema eléctrico español 2024», 18 de marzo de 2025

Con estos datos se puede estimar un indicador que la unidad 10 usará para calcular emisiones. Si 148 999 GWh son el 56,8 % del total, la generación total fue de unos 148 999 / 0,568 ≈ 2,62 × 10⁵ GWh (262 TWh). Las emisiones medias por kWh generado fueron entonces 27 × 10⁹ kg / 2,62 × 10¹¹ kWh ≈ 0,10 kg de CO₂ equivalente por kWh. Es una media anual de todo el sistema: el valor real de cada hora depende de qué centrales estén funcionando.

Almacenar y ahorrar energía

El viento y el Sol no producen cuando se necesita, sino cuando sopla o luce. Una forma de guardar la energía sobrante es la central de bombeo, que es conservación de la energía mecánica a gran escala: cuando sobra electricidad, se bombea agua a un embalse superior; cuando falta, se deja caer por una turbina. Cada metro cúbico de agua (1000 kg) subido 500 m almacena E_p = 1000 kg × 9,81 m s⁻² × 500 m = 4,91 × 10⁶ J, es decir, 1,36 kWh. Por eso estas centrales necesitan embalses enormes y grandes desniveles. En cada ciclo, además, se recupera menos energía de la invertida: el rozamiento del agua y los rendimientos de bombas y turbinas se llevan una parte.

Ahorrar energía tiene dos caminos que se confunden a menudo. La eficiencia consiste en obtener el mismo servicio con menos energía (un aparato de mayor rendimiento, una casa mejor aislada); el ahorro o la suficiencia, en usar menos el servicio (apagar lo que no se usa, ajustar el termostato). Los dos se miden en kWh y se pueden calcular con las expresiones de esta unidad.

Glosario

Energía: magnitud que posee un sistema, que puede transferirse o transformarse y cuyo total se conserva. Unidad SI: julio (J).
Energía cinética: energía asociada al movimiento; E_c = ½ m v².
Energía potencial gravitatoria: energía asociada a la altura en un campo gravitatorio; cerca de la superficie, E_p = m g h.
Trabajo: energía transferida por una fuerza que desplaza su punto de aplicación; W = F d cos α.
Energía mecánica: suma de las energías cinética y potencial; se conserva si solo actúan fuerzas conservativas.
Energía interna: energía total de las partículas de un sistema, debida a su agitación y a sus interacciones.
Calor: energía transferida entre dos sistemas a causa de una diferencia de temperatura.
Capacidad calorífica específica: energía necesaria para elevar 1 K la temperatura de 1 kg de una sustancia.
Primer principio de la termodinámica: ΔU = Q + W; la energía interna cambia solo por calor o trabajo intercambiados.
Potencia: energía transferida por unidad de tiempo. Unidad SI: vatio (W = J/s).
Kilovatio hora: energía que consume un aparato de 1 kW durante una hora; 1 kWh = 3,6 MJ.
Rendimiento: cociente entre la energía útil y la energía consumida; siempre menor que el 100 %.

Para profundizar

Energía en la pista de patinaje — PhET, Universidad de Colorado. Simulación en español para ver cómo se reparten energía cinética, potencial y térmica, con y sin rozamiento. phet.colorado.edu
Formas y cambios de energía — PhET, Universidad de Colorado. Simulación en español sobre calentamiento, transferencias de energía y sistemas energéticos. phet.colorado.edu
Informe del sistema eléctrico español — Red Eléctrica. Datos oficiales anuales de generación, demanda, potencia instalada y emisiones. ree.es
Émilie du Châtelet — Stanford Encyclopedia of Philosophy. Su obra y su defensa de la fuerza viva. plato.stanford.edu

Preguntas para reflexionar

En 2024 más de la mitad de la electricidad española fue renovable, pero el consumo de energía no se limita a la electricidad: el transporte y la calefacción usan todavía muchos combustibles fósiles. ¿Qué cambios de hábitos y de tecnología harían falta para que el conjunto de la energía consumida, y no solo la eléctrica, fuera mayoritariamente renovable?
Si la energía se conserva siempre, ¿por qué se habla de «crisis energética» o de «gastar energía»? Explícalo con el segundo principio.
Algunos anuncios prometen aparatos que «generan más energía de la que consumen». ¿Qué principio incumplen? ¿Cómo comprobarías una afirmación así antes de comprar?

Lo esencial

La energía se mide en julios, se transfiere (como trabajo o como calor) y se transforma, pero su total se conserva.
Si solo actúan el peso y otras fuerzas conservativas, la energía mecánica E_c + E_p se mantiene. El rozamiento convierte energía mecánica en energía interna; la diferencia entre la energía mecánica inicial y la final mide esa transformación.
Calor y trabajo son energía en tránsito; la energía interna es una propiedad del sistema; la temperatura indica la agitación de sus partículas y decide hacia dónde fluye el calor.
Primer principio: ΔU = Q + W (convenio IUPAC). Segundo principio: el calor fluye de lo caliente a lo frío y ninguna máquina térmica convierte todo el calor en trabajo. Q = m c ΔT permite calcular el calor necesario para calentar una sustancia; el agua tiene una capacidad calorífica específica muy alta.
La potencia (W, kW) es rapidez; la energía (J, kWh) es cantidad: E = P t, y 1 kWh = 3,6 MJ. El rendimiento η = E_útil / E_consumida nunca supera el 100 % y no depende de la potencia.
En 2024 el 56,8 % de la electricidad generada en España fue renovable (Red Eléctrica); las emisiones medias del sistema, estimadas a partir de esos datos, rondaron los 0,10 kg de CO₂ equivalente por kWh.

Bibliografía

Real Decreto 243/2022, de 5 de abril, por el que se establecen la ordenación y las enseñanzas mínimas del Bachillerato. BOE-A-2022-5521, anexo II, «Ciencias Generales». https://www.boe.es/buscar/act.php?id=BOE-A-2022-5521
Cohen, E. R., Cvitaš, T., Frey, J. G., Holmström, B., Kuchitsu, K., Marquardt, R. et al. (2007). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (IUPAC Green Book), 3.ª ed. Cambridge: RSC Publishing.
Joule, J. P. (1850). On the mechanical equivalent of heat. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 140, 61-82. https://doi.org/10.1098/rstl.1850.0004
Red Eléctrica (2025). Informes del sistema eléctrico español 2024 (nota de prensa, 18 de marzo de 2025). https://www.ree.es/sites/default/files/2025-03/1803_ISE_Nacional_1.pdf
Chase, M. W. Jr. (1998). NIST-JANAF Thermochemical Tables, 4.ª ed. Journal of Physical and Chemical Reference Data, Monograph 9, 1-1951 (consultado en NIST Chemistry WebBook, agua). https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7732185&Mask=2
Reglamento (UE) n.º 1169/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 25 de octubre de 2011, sobre la información alimentaria facilitada al consumidor, art. 32 y anexo XIII. https://www.boe.es/buscar/doc.php?id=DOUE-L-2011-82311

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Notas de esta unidad

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