Principio de conservación dela energía

La energía no puede destruirse

Muchas preguntas en torno a las acciones y fenómenos espontáneos que presenciamos a diario pueden aclararse y explicarse utilizando las leyes y principios físicos que los rigen. Normalmente, las respuestas son bastante básicas y sencillas. La respuesta a nuestras preguntas de arranque es muy básica, aunque dinámica: es la ley de conservación de la energía.

En este artículo, la ley de la conservación de la energía será introducida completamente. Desde su definición, su fórmula, hasta ejemplos cotidianos, su principio de funcionamiento y cómo diferenciar entre los distintos tipos de leyes de conservación de la energía en física... ¿estás preparado?

Si no es la primera vez que oyes el término "ley de conservación" o "conservación de la energía", puede que sí sea la primera vez que sepas que existen tres tipos diferentes de leyes de conservación. ¿Cuáles son las tres leyes de conservación de la energía?

No sólo tres, sino muchas de las magnitudes de la física se consideran conservadas. En mecánica, 3 cantidades se conservan, y permanecen como tales incluso cuando se aplica la mecánica relativista o la mecánica cuántica. Las cantidades son:

Ley de conservación

La ley de conservación de la energía es una ley empírica de la física. Afirma que la cantidad total de energía en un sistema aislado permanece constante a lo largo del tiempo. Y es imposible incumplirla. Sin embargo, tres de las pruebas presentadas en este artículo no pueden explicarse por la ley de conservación de la energía. Por qué desaparece la energía potencial magnética cuando se aniquila el imán de antimateria Por qué puede producirse la corriente continua (CC) constante cuando las bobinas cortan las líneas magnéticas sin ninguna obstrucción Por qué la corriente inducida no puede impedir el cambio de temperatura y flujo magnético Todas ellas sólo sugieren que la cantidad total de energía en un sistema aislado no se conserva a lo largo del tiempo: la ley de conservación de la energía puede romperse.

Primera ley de la termodinámica

La primera ley de la termodinámica, la ecuación que representa la equivalencia masa-energía, y la ciencia adoptan ahora el punto de vista de que la masa-energía en su conjunto se conserva. En teoría, esto implica que cualquier objeto con masa puede convertirse en energía pura, y viceversa. Sin embargo, se cree que esto sólo es posible en las condiciones físicas más extremas, como las que probablemente existían en el universo poco después del Big Bang o cuando los agujeros negros emiten radiación de Hawking.

Dado el principio de acción estacionaria, la conservación de la energía puede demostrarse rigurosamente mediante el teorema de Noether como consecuencia de la simetría de traslación del tiempo continuo; es decir, a partir del hecho de que las leyes de la física no cambian con el tiempo.

Una consecuencia de la ley de conservación de la energía es que no puede existir una máquina de movimiento perpetuo del primer tipo; es decir, ningún sistema sin un suministro de energía externo puede suministrar una cantidad ilimitada de energía a su entorno[4]. Dependiendo de la definición de energía, la conservación de la energía puede ser violada por la relatividad general a escala cosmológica[5].

Ley de conservación de la masa

La ley de conservación de la energía es una ley física que establece que la energía no puede crearse ni destruirse, pero puede cambiar de una forma a otra. Otra forma de enunciar esta ley de la química es decir que la energía total de un sistema aislado permanece constante o se conserva dentro de un marco de referencia determinado.

En mecánica clásica, la conservación de la masa y la conversación de la energía se consideran dos leyes distintas. Sin embargo, en la relatividad especial, la materia puede convertirse en energía y viceversa, según la famosa ecuación E = mc2. Por tanto, es más apropiado decir que la masa-energía se conserva.

Si explota un cartucho de dinamita, por ejemplo, la energía química contenida en la dinamita se transforma en energía cinética, calor y luz. Si se suma toda esta energía, será igual al valor inicial de energía química.

Una consecuencia interesante de la ley de conservación de la energía es que significa que las máquinas de movimiento perpetuo del primer tipo no son posibles. En otras palabras, un sistema debe tener una fuente de alimentación externa para suministrar continuamente energía ilimitada a su entorno.