La Materia Y La Energía Según La Física – Conoce Como Funcionan!

Desde la escuela nos dicen que es la Materia todo aquello que tiene una masa determinada  y ocupa un lugar en el espacio. Además las transformaciones de la Energía tienen lugar en la alimentación de todos los seres vivos, en la dinámica de la atmósfera terrestre y en la evolución del Universo. Todos los procesos naturales que ocurren en la materia se pueden describir en función de las transformaciones energéticas que en ella tienen lugar. Permanece leyendo este post y aprende que es la materia y la energía.

La materia y la energía.

En física, la materia es todo aquello que en cierta región del espacio-tiempo se extiende, posee además una cierta cantidad de energía y por ende se encuentra sujeto a cambios en el tiempo y a interacciones con diversos aparatos de medida. Se piensa que es lo que conforma la parte sensible de los objetos detectables o perceptibles por medios físicos. Etimológicamente, la palabra proviene del latín materia, que quiere decir “la sustancia con que están hechas todas las cosas” y que alude también a la “madera dura que está en el interior de un árbol”;​ está la palabra relacionada con māter (“fuente, origen, madre”) y corresponde con el griego hyle (de hylos: “leña, bosque, madera, material”)​ el cual es un concepto aristotélico prácticamente de la teoría filosófica del hilemorfismo.

Ahora bien el término energía (proviene del griego enérgeia, “operación”, “actividad”; de energós, “fuerza de trabajo” o “fuerza de acción”) tiene diferentes  acepciones y definiciones, que están relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar, surgir, o poner en movimiento. En la física, “energía” se define como aquella capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y en economía, “energía” se refiere a un recurso natural (inclusive a su tecnología asociada) para lograr extraerla, transformarla y luego darle un uso industrial o económico. En nuestro mundo la materia y la energía se relacionan mucho.

10 Mujeres Importantes En La Ciencia Que Debes Conocer!

Interesante artículo: La ReClasificación De Plutón ¡Mira Por Qué Plutón No Es Un Planeta!

Los conceptos de la materia y la energía según la física.

La materia y la energía son la base de fundamental de la física, se le llama materia a cualquier tipo de entidad que hace parte del universo observable, tiene una energía asociada, es capaz de interaccionar, eso quiere decir, que es medible y posee una localización espaciotemporal relacionada con las leyes de la naturaleza. Se considera clásicamente que la materia posee tres propiedades que juntas la describen: abarca un lugar en el espacio, posee masa y perdura en el tiempo.

Se entiende en el contexto de la física moderna por materia a cualquier entidad, campo, o discontinuidad traducible a un fenómeno que se percibe y que se propaga por medio del espacio-tiempo a una velocidad ya sea igual o inferior a la de la luz y a la que se pueda relacionar energía.

En la física clásica-antigua, la ley universal de la conservación de la energía  (que es básicamente el fundamento del primer principio de la termodinámica), muestra que la energía mezclada a un sistema aislado en el tiempo permanece constante. Significa eso que para cantidades de sistemas físicos clásicos la suma de la energía calorífica, la energía mecánica, la energía electromagnética, y de otros tipos de energía potencial es un número constante. La energía cinética, por ejemplo se cuantifica en función del movimiento de la materia, la energía potencial dado propiedades como el estado de deformación o a la posición que tiene la materia en relación con todas las fuerzas que actúan sobre ella, la energía térmica dado su capacidad calorífica, y la energía química dado la composición química. La materia y la energía fueron en un principio muy estudiadas

Que Es El Cociente Intelectual Y Como Se Evalúa La Inteligencia!

La materia másica.

Está la materia másica jerárquicamente organizada en ciertos niveles y subniveles. Puede la materia másica ser estudiada desde los puntos de vista microscópico y macroscópico. Dado el nivel de descripción que es adoptado se debe arrogar descripciones clásicas o bien descripciones cuánticas. Una porción de la materia másica, específicamente la que compone las estrellas y los astros subenfriados, está conformada por moléculas, átomos, y por iones. Cuando lo permiten las condiciones de temperatura se encuentra la materia condensada.

La materia a nivel microscópico.

Puede entenderse el nivel microscópico de la materia másica como un agregado de moléculas. A su vez estas son agrupaciones de átomos que constituyen parte del nivel microscópico. Existen a su vez niveles microscópicos que admiten descomponer los átomos en constituyentes que son aún más elementales, que sería el siguiente nivel, y son:

• Electrones: son partículas leptónicas con carga eléctrica negativa.
• Protones: partículas bariónicas con una carga eléctrica positiva.
• Neutrones: son partículas bariónicas sin carga eléctrica (pero si con momento magnético).

A partir de aquí existe todo un conjunto de partículas subatómicas que finalmente acaban en los constituyentes últimos de la materia. De este modo por ejemplo virtualmente los bariones del núcleo (los protones y los neutrones) se mantienen unidos por un campo escalar conformado por piones (son bosones de espín cero). E igualmente sabemos que los neutrones y los protones, no son partículas elementales, sino que estos tienen constituyentes de menor nivel los cuales llamamos quarks (que se mantienen a su vez unidos por medio del intercambio de gluones virtuales).

La materia a nivel macroscópico.

Se presenta macroscópicamente, la materia másica en las condiciones imperantes en el sistema solar, en uno de los cuatro estados de agregación molecular: líquido, sólido, gaseoso y plasma. Referente con la teoría cinética molecular se encuentra formada la materia por moléculas y se encuentran éstas animadas de movimiento, el cual constantemente cambia de dirección y velocidad cuando chocan o bajo la influencia de otras interacciones físicas. Gracias a este movimiento presentan energía cinética que tiende pues a separarlas, aunque también tienen una energía potencial que tiende a juntarlas. Por lo tanto puede ser el estado físico de una sustancia:

• Líquido: son aproximadamente iguales la energía cinética y la potencial.
• Sólido: es menor la energía cinética que la potencial.
• Gaseoso: es mayor la energía cinética que la potencial.
• Plasma: la energía cinética es tal que tienen los electrones una energía total positiva.

Bajo algunas condiciones puede hallarse materia másica en otros estados físicos, como el condensado fermiónico o el condensado de Bose-Einstein.

La forma más adecuada de definir materia másica es detallando sus cualidades:

• Presenta inercia: se define la inercia como la resistencia que opone la materia a modificar su estado de reposo o de movimiento.
• Presenta dimensiones, eso quiere decir, que ocupa un lugar determinado en un espacio-tiempo.
• Es la materia la causa de la gravedad o de la gravitación, la cual consiste en la atracción que actúa siempre entre los objetos materiales aunque estos estén separados por distancias grandes.

La materia no-másica.

Corresponde una gran parte de la energía del universo a formas de materia conformada por partículas o por campos que no presentan masa, como lo son la luz y la radiación electromagnética, las dos conformada por fotones. En conjunto con estas partículas no másicas, se insta la existencia de otras partículas como el fotino, el gravitón y el gravitino, que serían todas ellas partículas sin masa no obstante contribuyen a la energía total del universo.

La energía según la Física cuántica

En física cuántica, es la energía una magnitud ligada al operador hamiltoniano. Puede de hecho no estar definida la energía total de un sistema no aislado: puede en un dado instante la medida de la energía arrojar diferentes valores con probabilidades definidas. Aunque, para los sistemas aislados en los que el hamiltoniano explícitamente no depende del tiempo, sí tienen una energía bien definida los estados estacionarios. Además de la energía que se asocia a la materia ordinaria o campos de materia, aparece en física cuántica la:

• Energía del vacío: es un tipo de energía existente en el espacio, inclusive en ausencia de materia.

La energía según la química.

En química surgen algunas formas específicas anteriormente no mencionadas:

• Energía de enlace: es la energía potencial que está almacenada en los enlaces químicos de un compuesto. Liberan o absorben las reacciones químicas esta clase de energía, en función de la entalpía y de la energía calórica.
• Energía de ionización: es una forma de energía potencial, es la energía que hace falta para poder ionizar una molécula o un átomo.

Si estas formas de energía son resultado de interacciones biológicas, es bioquímica la energía resultante, ya que necesita de las mismas leyes físicas que se aplican en la química, aunque son biológicos los procesos por los cuales se obtienen, como norma general que resulta del metabolismo celular.

Podemos hallar ejemplos de energía química en la vida de todos los seres vivos, es decir, en la vida biológica como tal. Dos de los procesos más importantes que requieren de este tipo de energía es el proceso de respiración en los animales y el proceso de fotosíntesis en vegetales. Los vegetales en la fotosíntesis, utilizan clorofila para separar el agua y así convertirla luego en hidrógeno y en oxígeno: el hidrógeno, ligado con el carbono del ambiente, originará carbohidratos. Sucede lo contrario en la respiración: el oxígeno es usado con el fin de quemar moléculas de carbohidratos.

Importante que sepas sobre: Como Fue La formación De La Luna – La Teoría Del Gran Impacto!

La distribución de la materia en el Universo.

Según los modelos físicos de la actualidad, tan sólo aproximadamente el 5% de nuestro universo se encuentra formado por materia másica ordinaria. Se presume que una sería parte importante de esta masa materia bariónica conformada por electrones y bariones, que creerían sólo alrededor de 1/1850 de la masa de la materia bariónica. Se compondría el resto de nuestro universo de energía oscura (72%) y materia oscura (23%).

A pesar que representa un porcentaje tan pequeño la materia bariónica, todavía no se ha encontrado la mitad de ella. Todas las estrellas, las galaxias y el gas observable forman menos de la mitad de los bariones que debería existir. La principal hipótesis sobre el resto de materia bariónica no encontrada es que, a consecuencia del proceso de formación de estructuras posteriormente al big bang, se encuentra distribuida en filamentos gaseosos de baja densidad que por todo el universo forman una red y en cuyos nodos se hallan los distintos cúmulos de galaxias. Recientemente (en mayo del 2008) el telescopio XMM-Newton que pertenece a la agencia espacial europea ha podido hallar pruebas de la existencia de tal red de filamentos.

Transformación de la energía.

Para la optimización de los recursos y la para la adaptación a nuestros usos, necesitamos transformar unas formas de energía en otras. Se pueden todas ellas transformar en otra cumpliendo los principios termodinámicos siguientes:

• “La energía no se crea ni tampoco se destruye; esta solo se transforma”. Entonces de este modo, la cantidad de energía inicial es siempre igual a la final.
• “Se degrada la energía de forma continua hacia una forma de energía de menor calidad (la energía térmica)”. Dicho esto de otro modo, ninguna transformación se ejecuta con un 100 % de rendimiento, ya que siempre se generan unas pérdidas de energía térmica que no es recuperable. El rendimiento de un sistema energético viene siendo la relación que hay entre la energía obtenida y la que proveemos al sistema.

Ley de la conservación de la materia.

La idea de que la masa se conserva se le acredita al químico Lavoisier, mejor conocido como el científico francés considerado como el padre de la Química moderna que cuidadosamente midió la masa de las sustancias antes y después de realizar una reacción química, y posteriormente a la conclusión de que la materia, medida por la masa, ni se crea ni tampoco se destruye, sino que sólo en el curso de las reacciones se transforma. Se resumen sus conclusiones en el siguiente enunciado: La materia en una reacción química, no se crea ni tampoco se destruye, solo se transforma.

Fue el mismo principio descubierto antes por Mijaíl Lomonosov, de manera que en ocasiones es  citado como ley de Lomonosov-Lavoisier, más o menos lo dedujo en los siguientes términos: Es constante la masa de un sistema de sustancias, con independencia de todos los procesos internos que puedan afectarle, es decir, "Es la suma de los productos, igual a la suma de los reactivos, manteniéndose la masa constante". Aunque, tanto las técnicas modernas como también el mejoramiento de la precisión de las medidas han dejado establecer que la ley de Lomonosov-Lavoisier, se cumple solamente en un aproximado.

La equivalencia entre masa y energía que fue descubierta por Einstein obliga pues  a rechazar la afirmación de que se conserva la masa convencional, ya que masa y energía son convertibles mutuamente. Se puede afirmar de esta manera que la masa relativista equivalente (que es el total de masa material y de energía) se conserva, pero puede cambiar la masa en reposo, como sucede en aquellos procesos relativísticos en que una porción de la materia se ransforma en fotones. La conversión en reacciones nucleares de una porción de la materia en energía radiante, con rebaja de la masa en reposo; por ejemplo se observa en procesos de fisión como lo es la explosión de una bomba atómica, o en los procesos de fusión al igual que la emisión constante de energía que las estrellas realizan.

Energía como recurso natural.

En tecnología y en economía, una fuente de energía viene siendo un recurso natural, así como la tecnología asociada para explotarla y hacer un uso económico e industrial del mismo. En sí misma la energía nunca es un bien para el consumo final sino que es un bien intermedio para poder satisfacer otras necesidades como es el caso de la producción de bienes y servicios. La energía al ser un bien escaso, ha sido históricamente fuente de conflictos por el control de los recursos energéticos.

Actualmente es común clasificar las fuentes de energía ya sea que incluyan el uso irreversible o no ciertas materias primas, como minerales radioactivos o combustibles. Según tal criterio se habla de dos grupos de fuentes de energía que pueden ser explotables tecnológicamente:

Fuentes de energía renovables:

• Energía geotérmica.
• Energía eólica.
• Energía solar.
• Energía mareomotriz.
• Biomasa.
• Energía azul.
• Energía termoeléctrica.
• Energía maremotérmica.
• Energía nuclear de fusión.
• Energía hidráulica.

Fuentes de energía no renovables:

• Petróleo.
• Gas natural.
• Carbón.
• Energía nuclear o energía atómica, que requiere de uranio o de plutonio.

No dejes de saber sobre: Que Es El Fuego De San Telmo  ¡Descubre Que Es Este Fenómeno Natural!

Si quieres conocer otros artículos parecidos a La Materia Y La Energía Según La Física – Conoce Como Funcionan! puedes visitar la categoría Ciencia Y Cultura.