CAPÍTULO 4 / TEMA 3

Formas de energía

La energía es la capacidad que posee un cuerpo de realizar distintos tipos de trabajo, como el movimiento, el calor o la luz. Esta energía puede manifestarse de muchas maneras, ya sea transferida o transformada de un tipo a otro.

ENERGÍA MECÁNICA

Es la energía almacenada y relacionada con la posición y el movimiento de los cuerpos. Asimismo, es producto de la suma de otras dos formar de energía: la cinética y la potencial.

¿Sabías qué?
En física, el trabajo es un principio de la mecánica que comprende una fuerza y un desplazamiento; el trabajo (W) lo usamos para describir cuantitativamente lo que se obtiene cuando una fuerza hace mover a un cuerpo a lo largo de una distancia.

Energía potencial

Es cualquier forma de energía con un potencial almacenado que puede ser usado en el futuro y que solamente se manifiesta al convertirse en energía cinética.

La energía potencial se puede presentar como:

Energía potencial gravitatoria

Es la que poseen los cuerpos debido a la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra.

Energía potencial elástica

Es la energía acumulada en un cuerpo elástico, es decir, aquellos que tienen la capacidad de deformarse y luego recuperar su forma original.

Energía potencial química

Es aquella que se transforma en energía cinética a partir de un proceso de combustión interna.

Energía cinética

Significa “movimiento”, cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es su energía cinética. Ésta se puede convertir en energía mecánica mediante molinos de agua, molinos de viento o bombas conectadas a turbinas o a electricidad.

El valor de esta forma de energía depende de la masa (m) y de la velocidad (v) del cuerpo.

Cuando se lanza una pelota, gana energía cinética progresivamente.
Justo en el punto más elevado de la montaña rusa, toda la energía del vagón sería energía potencial, y al comenzar a descender, la energía potencial se transforma en energía cinética.

ENERGÍA QUÍMICA

La energía química es aquella que posee la materia debido a su estructura interna, este tipo de energía se puede aprovechar de las reacciones químicas, ya que se origina en las uniones entre átomos y moléculas. Esta energía puede ser liberada o absorbida durante la reacción, por lo tanto también puede liberar o absorber calor.

Las reacciones químicas pueden ser:
Exotérmicas si liberan calor Endotérmicas si absorben calor

Respiración de los seres vivos.

 

Combustión de compuestos orgánicos.

Fotosíntesis.

 

Descomposición de proteínas.

¿Qué es la biomasa?

Es material orgánico que proviene de plantas y animales, y es una fuente de energía renovable. Cuando se quema el material se libera calor que puede ser aprovechado, es decir, se transforma la energía química contenida en energía térmica.

 

La combustión es una de las reacciones más comunes. En estas reacciones el oxígeno del aire reacciona con un combustible y libera energía en forma de calor. Esta transformación se puede representar de la siguiente forma:

 

Donde:

Pc = poder calorífico de un cuerpo al arder, es decir, la energía que puede obtenerse de un kilogramo de combustible.

m = masa del cuerpo que se quema (en kg).

V = volumen del cuerpo que se quema (en m3).

ENERGÍA TÉRMICA

La energía térmica es la manifestación de la energía en forma de calor, por lo tanto es una energía en “paso o de tránsito”, que se transfiere de un cuerpo a otro. Se debe al movimiento de las partículas que forman la materia. Cuando ese movimiento se acelera, aumenta la temperatura y por consiguiente hay más energía térmica.

Así, cuando un cuerpo esté a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura. De este modo, el calor no es más que una forma de denominar a los aumentos y pérdidas de energía térmica.

El calor puede transferirse de distintas formas:

Conducción

Es la transferencia de energía térmica que se produce a través de un medio material sin que se manifieste transporte de materia.

Convección

Es la transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida, como aire o agua. En esta forma de propagación sí hay transporte de materia.

Radiación

Es la transmisión del calor por ondas electromagnéticas, a diferencia de la conducción y convección, no necesita de un medio material para propagarse.

Se debe saber que a causa del intercambio de calor, un cuerpo puede variar su temperatura o cambiar su estado (por ejemplo, de líquido a sólido). Si se quiere calcular la cantidad de energía intercambiada es posible utilizar la siguiente ecuación:

Donde:

Q = cantidad de energía en forma de calor intercambiada entre los sistemas.

m = masa del sistema.

c = propiedad que depende del material que constituye el cuerpo y se denomina calor específico.

ΔT = variación de temperatura.

ENERGÍA RADIANTE

Este tipo de energía es producida por las ondas electromagnéticas, como las ondas de radio. Se caracteriza principalmente por la capacidad que tiene de propagarse en todas las direcciones en el vacío sin soporte material.

La energía solar es un ejemplo de energía radiante.

La energía radiante está en constante movimiento y a velocidades altísimas, lo que forma ondas que poseen distintas longitudes y frecuencias. La mayoría de estas ondas puede propagarse por el vacío, por eso, los rayos del Sol o las ondas de los satélites pueden llegar hasta la superficie de la Tierra.

Ejemplos de energía radiante

 

Rayos X.

 

 

Rayos infrarrojos.

 

 

Rayos ultravioletas.

¿Qué son las ondas electromagnéticas?

Son aquellas que se pueden propagar en el vacío sin necesidad de un medio material. La luz, los rayos x, los rayos láser y otros, son ejemplos de ondas electromagnéticas.

ENERGÍA ELÉCTRICA

Este tipo de energía es causada por el movimiento de las cargas eléctricas o de los electrones que poseen los materiales conductores. Puede generarse a partir de otras energías y, a su vez, puede ser transformada y producir varios efectos: luminosos, térmicos y magnéticos.

Un relámpago es la emisión de luz seguida de la descarga eléctrica del rayo.

La energía eléctrica es aquella que se usa al encender la luz, calentar la comida con el horno de microondas o cargar el teléfono celular. Una forma de obtener energía eléctrica a partir del Sol es mediante la utilización de paneles solares.

La energía eléctrica puede representarse de la siguiente manera:

Donde:

P = potencia expresada en vatio (W).

t = tiempo en segundos.

V = voltaje en voltios (V).

R = resistencia eléctrica en ohmios (Ω).

I = intensidad d corriente en amperios (A).

¿Qué es la electricidad?

El término “electricidad” deriva del griego electron, que significa “ámbar”, y con este nombre se denominan todos los fenómenos físicos relacionados con la atracción de cargas negativas o positivas, y resultantes de la presencia y flujo de una corriente eléctrica.

 

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ENERGÍA MAGNÉTICA

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Es la capacidad de atraer o repeler que poseen algunos materiales sobre otros y que originan campos magnéticos permanentes que producen energía magnética. Existen diversos materiales con propiedades magnéticas, entre ellos se encuentran el níquel, el cobalto, el hierro y sus aleaciones. Sin embargo, la presencia de campos magnéticos influye, en mayor o menor medida, en todos los materiales.

¿Sabías qué?
En año 1819, el danés Hans Christian Orested fue el primero en relacionar los imanes con las corrientes eléctricas para definir lo que hoy se conoce como electromagnetismo.

Teorías del magnetismo

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Para poder comprender el fenómeno del magnetismo se han desarrollado distintas teorías.

Teoría de Weber

Un imán puede dividirse indefinidamente y aun así conservar sus propiedades magnéticas. Los materiales están compuestos de pequeñas moléculas imantadas.

Teoría de Ewing

Los materiales están compuestos por grupos de átomos con momentos magnéticos diferentes que son capaces de reordenarse cuando se les aproxima un material imantado y volverse magnéticos.

Teoría de Ampere

Cuando las corrientes elementales de un material ferromagnético son ordenadas, éste adquiere propiedades magnéticas.

¿Qué es un campo magnético?

Es la región en la cual el imán ejerce sus efectos. Esta zona muchas veces no puede ser observada a simple vista. Para representar el campo magnético se utilizan líneas denominadas líneas de fuerza.

Las brújulas y los imanes representan los ejemplos más comunes de magnetismo.

ENERGÍA NUCLEAR

Es la energía contenida en el núcleo de un átomo. Se puede obtener a través de reacciones de fisión y fusión de un núcleo atómico. Dentro de los núcleos atómicos, las fuerzas entre los protones y neutrones son muy intensas, por lo que los procesos de transformación nuclear generan gran cantidad de energía.

Tipos reacciones nucleares

Reacción de fusión

Es un proceso en el que dos núcleos ligeros se unen para formar un núcleo más pesado. En el proceso se desprende gran cantidad de energía.

Reacción de fisión

Es un proceso en el que un núcleo de gran tamaño se divide en núcleos más pequeños mientras libera neutrones y gran cantidad de energía.

En estas reacciones nucleares la energía se expresa en relación a la masa:

Donde:

E = energía, se mide en julios (J).

m = masa que desaparece (en kg).

c = velocidad de la luz (3 x 108 m/s).

Bomba atómica

La bomba atómica adquiere su nombre debido a su funcionamiento, ya que no depende de la combustión de algún material o de la reacción de algunos materiales o elementos químicos, sino que se basan en reacciones nucleares.

 

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RECURSOS PARA DOCENTES

Video “energía de un oscilador mecánico”

Recurso audiovisual que le permitirá resolver problemas sobre energía de un oscilador mecánico.

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Video “Física nuclear: desintegración radiactiva”

Este video explica en detalle en qué consiste el proceso de desintegración de núcleos radiactivos.

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Video “Energía y las reacciones químicas”

Este recurso describe cómo se manifiesta la energía en las reacciones químicas.

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Fecundación In Vitro

La fecundación en el ser humano ocurre internamente mediante la unión de un óvulo y un espermatozoide, si esto no se puede dar de manera natural por problemas de fertilidad o genéticos, se realiza una serie de procedimientos, entre los que se encuentra la fecundación in vitro.

La fecundación in vitro implica la combinación de óvulos y espermatozoides fuera del cuerpo de la mujer, en un laboratorio. Una vez que un embrión o embriones se forman, se colocan en el útero.

La FIV es una forma eficaz de tecnología de reproducción asistida.

Procedimiento

Durante la fertilización in vitro (FIV), los huevos y los espermatozoides se reúnen en un plato de vidrio de laboratorio para permitir que el esperma fertilice un óvulo.

Pasos para la fertilización in vitro

Ovulación y recuperación de óvulos

Los medicamentos de fertilidad se prescriben para estimular la producción de óvulos. Lo ideal es contar con varios óvulos porque algunos de ellos no se desarrollan o fertilizan después de la recuperación. Se utiliza un ultrasonido transvaginal para examinar los ovarios y se toman muestras de sangre para verificar los niveles hormonales.

Los óvulos se extraen a través de un procedimiento quirúrgico menor que utiliza imágenes de ultrasonido para guiar una aguja hueca a través de la cavidad pélvica.

Colecta de esperma

Los espermatozoides se recogen mediante la masturbación o la obtención de semen de un testículo a través de una pequeña incisión; este último se realiza si un bloqueo impide que se expulse el esperma o si hay un problema con el desarrollo del mismo.

Fertilización y transferencia de embriones

Los óvulos y los espermatozoides se colocan en un plato de vidrio y se incuban a una temperatura adecuada, como medida de control atmosférico y control de infección durante 48 a 120 horas.

Los óvulos son monitoreados para confirmar que la fertilización y la división celular ocurran. Una vez que esto sucede, los huevos fertilizados se consideran embriones.

Embriones congelados vs embriones frescos

Los embriones congelados por donante de un ciclo de FIV anterior, tienen menos probabilidades de resultar en un nacimiento vivo que los embriones de FIV recién fecundados; sin embargo, los congelados son menos costosos y menos invasivos, porque la superovulación y la recuperación de óvulos no son necesarios.

Aproximadamente 2 a 5 días después de la fertilización, se seleccionan los mejores óvulos fertilizados. Uno a tres de estos se colocan en el útero mediante el uso de un tubo flexible delgado, llamado catéter, que se inserta a través del cuello uterino. Los restantes pueden ser congelados para futuros intentos.

Embarazo y nacimiento

Cualquier embrión que se implante en el útero puede resultar en el embarazo y el nacimiento de uno o más infantes.

La FIV es un procedimiento complejo y costoso, sólo alrededor del 5 % de las parejas con infertilidad lo buscan.

¿Por qué se hace la FIV?

La fertilización in vitro puede ser una opción de tratamiento si:

  • Las trompas de Falopio de una mujer faltan o están bloqueadas.
  • Una mujer tiene endometriosis severa.
  • Un hombre tiene un bajo recuento de espermatozoides.
  • La inseminación artificial o intrauterina no ha tenido éxito.
  • La infertilidad inexplicada ha continuado durante mucho tiempo.

La FIV puede realizarse incluso si:

  • La mujer ha tenido una cirugía de reversión de ligadura de trompas que no tuvo éxito.
  • La mujer no tiene trompas de Falopio.
  • La FIV se puede hacer mediante el uso de óvulos donados para las mujeres que no pueden producir sus propios óvulos debido a la edad avanzada u otras causas.

¿Qué esperar después del tratamiento?

En general, la fertilización in vitro es emocional y físicamente exigente para la pareja. La superovulación con hormonas requiere análisis de sangre regulares, inyecciones diarias, control frecuente por parte de su médico y recolección de óvulos.

Estos procedimientos se realizan de forma ambulatoria y requieren sólo un corto tiempo de recuperación.

Riesgos

  • La fertilización in vitro (FIV) aumenta los riesgos del síndrome de hiperestimulación ovárica y del embarazo múltiple.
¿Sabías qué...?
Louise Brown fue el primer bebé de FIV en el mundo, nació en julio de 1978 en Inglaterra; a los 28 años ella tuvo su propio bebé sin FIV.
  • La superovulación con tratamiento hormonal puede causar síndrome de hiperestimulación ovárica severa. El médico puede minimizar este riesgo mediante la supervisión de cerca los ovarios y los niveles hormonales durante el tratamiento.
  • El riesgo de concebir un embarazo múltiple está directamente relacionado con el número de embriones transferidos al útero de una mujer.

 

Los embarazos múltiples son de alto riesgo tanto para la madre como para los fetos.
  • Puede haber un mayor riesgo de defectos de nacimiento para los bebés concebidos por ciertas técnicas de reproducción asistida, como la fecundación in vitro.

¿Qué tan exitosa es la fertilización in vitro?

La tasa de éxito de las clínicas de FIV depende de una serie de factores, que incluyen la historia reproductiva, la edad materna, la causa de la infertilidad y los factores de estilo de vida. También es importante entender que las tasas de embarazo no son las mismas que las tasas de nacidos vivos.

Diferencias entre inseminación artificial y fertilización in vitro

INSEMINACIÓN ARTIFICIAL FERTILIZACIÓN EN VITRO
Introduce el semen previamente seleccionado en el útero de la mujer que ha sido preparado por la estimulación de la ovulación. Consiste en recuperar los óvulos de una mujer para ser fertilizados en el laboratorio y posteriormente introducir los embriones obtenidos dentro del útero.
La fecundación ocurre dentro de la mujer, específicamente en la trompa de Falopio. La fecundación ocurre fuera de la mujer, en el laboratorio.
Es una técnica más simple ya que no requiere la recuperación de óvulos. Es una técnica compleja que requiere un procedimiento quirúrgico para obtener los óvulos y ser fertilizados en el laboratorio.
La estimulación ovárica debe ser mínima para evitar el riesgo de embarazos múltiples. La estimulación ovárica tiene como objetivo obtener un número adecuado de óvulos, que oscila entre 6 y 15.
Es más asequible si se tiene en cuenta el costo por tratamiento. La carga financiera es más alta, aunque es más asequible si se tiene en cuenta el costo por nacimiento vivo.
Las posibilidades de éxito son menores, alrededor del 15 % por intento. Es el tratamiento con las mayores tasas de éxito por intento. En ciertos casos, las posibilidades de lograr el embarazo son hasta el 60%.
No proporciona ninguna posibilidad de éxito en casos de bloqueo de las trompas de Falopio o factor masculino severo. Las posibilidades de éxito, excepto en casos extremos, no están necesariamente afectadas por el bloqueo de las trompas de Falopio o por el factor masculino severo.
Ofrece resultados muy pobres cuando el tiempo de esterilidad es de más de 3 años, se debe a un factor masculino moderado o la mujer tiene endometriosis. Esta podría ser la primera opción para parejas con un tiempo prolongado de esterilidad, factores masculinos moderados o mujeres con endometriosis.
Ofrece información limitada durante el tratamiento. Se obtiene información valiosa durante el tratamiento, ya que se evalúan factores importantes como la respuesta ovárica a la estimulación, la calidad de los óvulos, la fertilización y el desarrollo del embrión.
Es una buena opción para parejas jóvenes que no han tratado de concebir durante mucho tiempo sin alteraciones significativas del semen, bloqueo de las trompas de Falopio o endometriosis. Es el tratamiento con las mayores posibilidades de éxito en la reproducción asistida y es la primera opción en muchos casos.

 

La inseminación artificial es una técnica simple realizada en parejas con problemas específicos de fertilidad.