Cinco Unidades de "Energía"

02/07/2014

“When the teacher, schoolboy and schoolgirl, jam together Who be teacher? I go let you know”
(Fela Kuti, Teacher don’t teach me nonsense)

Cualquier buen maestro o alumno de física podrá estar de acuerdo: aprender o enseñar el concepto ‘Energía’ no es una empresa sencilla.

 

 

 

La enseñanza de este concepto es tan delicada que existen investigadores de la docencia de la física que se dedican esencialmente a entender el proceso de su aprendizaje. Las preguntas a responder en estas investigaciones son: ¿cuáles son las principales ideas previas que no nos permiten entender con claridad el concepto científico de ‘Energía’? [4] y ¿cuál es el método correcto para enseñarlo? [1] Existen inclusive algunos investigadores que han propuesto que la definición científica de ‘Energía’ es tan abstracta y tan poco útil en un nivel básico de entendimiento de la física, que valdría la pena sólo enseñar el concepto de ‘Energía’ a aquellos que van a incursionarse profundamente en la ciencia.

Sin embargo, a pesar de que esta última aseveración podría resultar conveniente para los alumnos del aula de Física I, es un hecho que nuestras sociedades modernas precisan de una educación por lo menos básica sobre la ‘Energía’. Existe una preocupación generalizada por el uso desmesurado de “fuentes” no renovables de energía (particularmente hidrocarburos), recurso en el cual recae actualmente la mayor parte de nuestra actividad económica y de nuestro tejido social. Un ligero cambio en el precio/consumo de un KWh tiene directas implicaciones en nuestras despensas, ergo en nuestros estómagos, ergo en nuestro interactuar como sociedad. Es entonces cuando nos percatamos que entender el concepto ‘Energía’ va mucho más allá de un tonto examen en el aula de física.

Pero energía… esa palabra

La palabra “energía” tiene diferentes acepciones. Podemos entenderla tanto como una abstracta cantidad físico-matemática que se conserva en un sistema, así como un poder, eficacia o vigor. Pensemos por ejemplo en la frase “Julio agita la lata enérgicamente”. En efecto, al agitar la lata Julio transfiere energía, pero la frase utiliza el adverbio “enérgicamente” en la acepción de “vigorosamente” o ”con vigor”.

Éste es uno de los principales retos que enfrenta un maestro al enseñar el concepto pues la idea de ‘Energía’ como vigor está muy arraigada en nuestro consciente. Lo cual, al final de todo, no debería sorprendernos mucho pues incluso históricamente se utilizó primero la palabra “Energía” con esta acepción. De hecho, el primer uso registrado de la palabra “Energía” data del siglo 4o a. C. [3], en la Grecia Antigua, donde nuestro amigo Aristóteles utilizaba ἐνέργεια (energeia) como un concepto tan ubicuo y extenso que abarcaba también ideas como “la felicidad”, “la alegría” y “el hombre”.

No fue sino hasta principios del siglo XIX que el concepto moderno de ‘Energía’ fue introducido por personajes como Gustave Gaspard Coriolis [5] quien por primera vez utilizó el término “energía cinética” en el sentido de una cantidad que se conserva en un sistema en movimiento.

Energía en el ámbito “energético”

Otros malentendidos pueden surgir del habitual uso y discurso en el ámbito energético en el que se formulan conceptos como “consumo energético” o “producción energética”. Esto nos comunica que la energía es algo consumible, producible o agotable, cuando esencialmente lo que el maestro de física quiere enseñar es que la energía es una cantidad que no se produce ni se destruye sino que se conserva siempre. Aquí, querido lector, la campana de nuestra memoria debería estar sonando con la harto repetida frase “la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Esta frase, que la necia memoria se empecina en cantarnos, es la primera ley de la termodinámica y si se aprendió correctamente debería ser en su conciencia más que un simple canto mnemónico.

En fin, el concepto de “consumo energético” no es del todo erróneo, pues de hecho existe algo agotable y consumible que es la “fuente de energía”, mas no la ‘Energía’ per se. Por ejemplo, pensemos en una fogata. En un estado inicial la energía del sistema estaba concentrada en un espeso y negro líquido que llamamos petróleo. Encendemos una fogata con el petróleo y después de un tiempo éste se acaba. En el estado final la energía sigue presente, cuantitativamente intacta en su totalidad, pero ya no útil y preciosamente concentrada en el crudo, sino fútil y dispersa en forma de calor. En este caso, lo que se consumió fue el petróleo, la “fuente de energía”, no la energía. Antes (estado inicial) había crudo y el aire estaba frío, después (estado final) ya no hay crudo y el aire está caliente. La cantidad de energía del universo fue, es y será siempre conservada, lo que cambia es el estado del universo.

¿Qué es entonces la “energía”?

La energía, en la acepción científica y concreta de la palabra, puede definirse como: una cantidad intrínseca de un sistema que mide el potencial del sistema para pasar de un estado dado (estado inicial) a otro estado cualquiera (estado final). Esta cantidad se conserva siempre (energía inicial = energía final).

Es por esto que hablar de una “fuente de energía” es también incorrecto, pues no es que la energía surja de la fuente como agua de un manantial. A lo que llamamos “fuente de energía” deberíamos llamarle más bien “reserva de energía” o “almacenamiento de energía”.

Los hidrocarburos son una reserva de energía que existía en exceso. Este “potencial de cambio” almacenado en los carburantes era tan abundante que pudimos (y podemos todavía, pero menos fácilmente) darnos el lujo de usarlo para actividades energéticamente irredituables.

Digamos, por ejemplo, que una papa contiene cinco unidades de energía. Para conseguir la papa debimos ir al supermercado a comprar papas (gastando una unidad de energía por cada papa), y la papa debió ser producida por el agricultor para lo que él utilizó otros recursos energéticos (digamos tres unidades de energía por papa), además tuvo que ser distribuida al supermercado (2.5 unidades de energía por papa). Para consumir una papa que me aporta 5 unidades de energía, se gastaron 6.5 unidades. Esto no es redituable [2].

“Crisis energética”, “reforma energética” y otros malentendidos

Todas estas equívocas concepciones del concepto ‘Energía’ nos hacen tener una torcida concepción de una posible “crisis energética”. Cuando pensamos así, al escuchar “crisis energética”, nuestra imaginación podría limitarse a pensar que no podremos encender por largas y tendidas horas los focos de nuestra casa (y esto mientas “la fuente” “produzca” más energía). Sin embargo, casi nunca pensamos en cosas aún más básicas y más tangibles como el consumo irredituable de “reservas de energía” para la producción y distribución de nuestros alimentos, o la “reserva de energía” que el alimento mismo significa para nuestro cuerpo. Cualquiera puede vivir serenamente pensando que no podrá utilizar su computadora por largas horas -especialmente si es para leer un ocioso artículo-, sin embargo, casi nadie podrá vivir así de sereno pensando que podría pasar sin probar una papa por algunas semanas.

Este malentendido colectivo está muy claramente ilustrado por la preocupación generalizada de la así llamada “Reforma Energética”. En términos científicos, contemplando lo que implica el consumo de reservas de energía que como sociedades humanas necesitamos, una verdadera reforma energética debería contemplar, principal mas no exclusivamente, el proceso de producción y distribución de los alimentos (combustible esencial de nuestro sistema humano). Mínimamente se debería contemplar la producción energéticamente redituable de la papa.

Conclusión

La energía es y será siempre, en su totalidad, la misma en el universo. Lo que cambia es su distribución, ergo el estado del universo. La pregunta es: ¿para qué vamos a usar lo poco que queda de nuestras concentradas reservas de energía? ¿Cómo vamos a crear nuevas y redituables maneras para almacenar energía a partir de recursos menos concentrados?

En fin, el concepto científico de ‘energía’ es, en efecto, algo confuso y difícil de aprender y explicar en un artículo de la revista Pensamiento LIBRE. Entodo caso, para una persona que no guste de meditaciones del tipo abstracto y dialéctico, baste saber que hay una esencial e intrínseca relación –o más bien una exacta equivalencia– entre energía y tacos. Cuando se habla de una posible “crisis energética” (que bien podría ya estar sucediendo), en vez de asociarse al número ininteligible de “KWh consumidos” indicado en nuestra factura de “la luz”, debería asociarse al oneroso rugir de la panza, a la incontenible angustia del cuerpo en ayunas y la añoranza de pan calientito o una buena papa asada.

Fuentes Consultadas

[1] İyibil, U. (2011). “A new approach for teaching ‘Energy’ concept: The common knowledge construction model”. Wester Anatolia Journal of Educational Science.
[2] Hadi, M. R. (2012). “Energy efficiency of potato crop in major production regions of Iran”. International Journal of Agriculture and Crop Sciences, 51-53.
[3] Harper, D. (s. f.). “Energy”. Recuperado el 02 de 05 de 2014, de Online Etymology Dictionary.
[4] Millar, R. (2011). Teaching about energy. Universtiy of York. Department of Educational Studies.
[5] “History of energy”. Recuperado el 2 de mayo de 2014, de Wikipedia.

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