La energía ha construido una pieza clave para el desarrollo de la raza humana. El ser humano, a partir de el inicio de su vida, ha necesitado la energía para sobrevivir y continuar. Sin embargo ¿Qué es la energía y por qué tiene tanta importancia?
La energía es la función de los cuerpos para hacer un trabajo y generar cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. O sea, el término de energía se define como la función de hacer funcionar las cosas.
La unidad de medida que usamos para cuantificar la energía es el joule (J), en honor al físico inglés James Prescott Joule.
Tipos de energía
La energía se expone de diferentes posibilidades, recibiendo de esta forma diferentes denominaciones según las ocupaciones y los cambios que puede ocasionar.
Energía mecánica
La energía mecánica es aquella relacionada tanto con la postura como con el desplazamiento de los cuerpos y, por consiguiente, implica a las diferentes energías que tiene un objetivo en desplazamiento, como son la energía cinética y la potencial. Su fórmula es:
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Em = Ep + Ec |
Donde Em es la energía mecánica (J), Ep la energía potencial (J) y Ec la energía cinética (J). |
Energía potencial
Se refiere a la postura que ocupa una masa en el espacio. Su fórmula es:
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Ep = m · g · h
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Donde m es la masa (kg), g la gravedad de la Tierra (9,81 m/s2 ), h es la altura (m) y Ep la energía potencial (J = Kg · m2/s2 ). |
Energía cinética
Por su lado se afirma una vez que los cuerpos se mueven y está vinculada a la rapidez. Se calcula con la fórmula:
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Ec = ½ m · v2 |
Donde m es la masa (Kg), v la velocidad (m/s) y Ec la energía cinética (J=Kg·m2/s2). |
Energía interna
La energía interna se plantea desde la temperatura. Cuanto más caliente se encuentre un cuerpo, más energía interna va a tener.
Energía eléctrica
Una vez que 2 aspectos poseen una diferencia de potencial y se conectan por medio de un conductor eléctrico se crea lo cual conocemos como energía eléctrica, relacionada con la corriente eléctrica.
Energía térmica
Se asocia con la proporción de energía que pasa de un cuerpo caliente a otro más gélido manifestándose por medio de el calor.
Energía electromagnética
Esta energía se atribuye a la existencia de un campo electromagnético, creado desde el desplazamiento de partículas eléctricas y magnéticas moviéndose y oscilando a la vez. Son lo cual conocemos como ondas electromagnéticas, que se propagan por medio del espacio y se trasladan a la rapidez de la luz.
El Sol es un caso muestra de ondas electromagnéticas que tienen la posibilidad de expresar como luz, radiación infrarroja y además ondas de radio.
Energía química
La energía química se afirma en determinadas actitudes químicas en las que están compuestos o rompen enlaces químicos. El carbón, el gas natural o el desempeño de las baterías son ciertos ejemplos del uso de esta energía.
Energía nuclear
La energía nuclear es la que se produce al interactuar los átomos entre sí. Puede liberarse por medio de su rotura, lo cual se sabe como fisión, o de su alianza, lo cual se llama fusión.
Propiedades de la energía
La energía tiene 4 características primordiales:
• Se transforma. La energía no se crea, sino que se transforma y es a lo largo de esta transformación una vez que se expresan las distintas maneras de energía.
• Se preserva. Finalmente de cualquier proceso de transformación energética jamás puede haber más o menos energía que la que había al inicio, continuamente se preserva. La energía no se deshace.
• Se transfiere. La energía pasa de un cuerpo a otro a modo de calor, ondas o trabajo.
• Se degrada. Solo una sección de la energía transformada es capaz de generar trabajo y la otra se pierde a modo de calor o sonido (vibraciones mecánicas no deseadas).
Transferencia de energía
Hay 3 maneras primordiales de transferir energía de un cuerpo humano a otro:
Trabajo
Una vez que se hace un trabajo se pasa energía a un cuerpo que cambia de una postura a otra. Como pasa, ejemplificando, si empujamos una caja para desplazarla: estamos llevando a cabo un trabajo para que su postura varíe.
Ondas
Las ondas son la propagación de perturbaciones de ciertas propiedades, como el campo eléctrico, el magnetismo o la presión. Al desplazarse por medio del espacio transmiten energía.
Calor
Es un tipo de energía que se afirma una vez que se transfiere energía de un cuerpo caliente a otro cuerpo más gélido. Esta energía puede viajar de 3 posibilidades primordiales:
• Conducción: una vez que se calienta un extremo de un material, sus partículas vibran y chocan con las partículas vecinas, transmitiéndoles parte de su energía.
• Radiación: el calor se propaga por medio de ondas de radiación infrarroja (ondas que se propagan por medio del vacío y a la rapidez de la luz).
• Convección: que es propia de fluidos (líquidos o gaseosos) en desplazamiento.
Los fenómenos electromagnéticos poseen aplicaciones bastante relevantes en disciplinas como la ingeniería, la electrónica, la salud, la aeronáutica o la obra civil, entre otros. Se muestran en la vida cotidiana, casi sin darnos cuenta, en las brújulas, los parlantes, los timbres, las tarjetas magnéticas, los discos sólidos.
Las primordiales aplicaciones del electromagnetismo se emplean en:
• La electricidad.
• El magnetismo.
• La conductividad eléctrica y superconductividad.
• Los relámpagos gamma y los relámpagos X.
• Las ondas electromagnéticas.
• La radiación infrarroja, visible y ultravioleta.
• Las radioondas y microondas.
El electromagnetismo resulta bastante eficaz para el hombre debido a que hay infinidad de aplicaciones que permiten saciar sus necesidades. Varios aparatos que se usan a diario funcionan gracias a los efectos electromagnéticos. La corriente eléctrica que circula por todos los conectores de una vivienda, ejemplificando, ofrece diversas usos (el horno microondas, el ventilador, la licuadora, la televisión, la computadora) que funcionan debido al electromagnetismo.
Magnetismo y electromagnetismo
El magnetismo es el fenómeno que explica la fuerza de atracción o de repulsión entre materiales magnéticos y cargas en desplazamiento.
El electromagnetismo implica a fenómenos físicos hechos por cargas eléctricas en reposo o en desplazamiento, que ofrecen sitio a campos eléctricos, magnéticos o electromagnéticos, y que están afectando a materia que puede estar en estado gaseoso, líquido y sólido.
Ejemplos de electromagnetismo
El timbre funciona por medio de un electroimán que obtiene una carga eléctrica.
Hay varios ejemplos de electromagnetismo y entre los más frecuentes se hallan:
• El timbre. Es un dispositivo capaz de crear una señal sonora al pulsar un interruptor. Funciona por medio de un electroimán que obtiene una carga eléctrica, lo cual produce un campo magnético (un impacto imán) que interesa a un diminuto martillo que impacta contra el área metálica y emite un ruido.
• El ferrocarril de levitación magnética. A diferencia del ferrocarril impulsado por una locomotora eléctrica que avanza sobre rieles, éste es un medio de transporte que se sostiene y se propulsa por la fuerza del magnetismo y por los poderosos electroimanes localizados en su parte inferior.
• El transformador eléctrico. Es un dispositivo eléctrico que posibilita incrementar o reducir el voltaje (o la tensión) de una corriente alterna.
• El motor eléctrico. Es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica, produciendo desplazamiento por acción de los campos magnéticos que se crean en su interior.
• La dinamo. Es un generador eléctrico que usa la energía mecánica de un desplazamiento giratorio y la transforma en energía eléctrica.
• El horno microondas. Es un horno eléctrico que crea radiaciones electromagnéticas en la frecuencia de las microondas. Estas radiaciones realizan vibrar las moléculas de agua que tienen los alimentos, lo cual genera calor de forma instantánea, guisando los alimentos.
• La resonancia magnética. Es un examen por medio del cual se obtienen imágenes de la composición y estructura de un organismo. Se basa en la relación de un campo magnético desarrollado por una máquina, el resonador magnético, (que funciona como un imán), y los átomos de hidrógeno contenidos en el organismo de el individuo. Aquellos átomos son atraídos por el “efecto imán” del artefacto y producen un campo electromagnético que es captado y representado en imágenes.
• El micrófono. Es un dispositivo que detecta la energía acústica (el sonido) y la transforma en energía eléctrica. Lo hace por medio de una membrana (o diafragma) que es atraída por un imán en un campo magnético y que crea una corriente eléctrica que es proporcional al ruido recibido.
• La Tierra. Nuestro mundo funciona como un imán grande debido al campo magnético que se produce en su núcleo (formado por metales como el hierro, el níquel). El desplazamiento de rotación de la Tierra produce una corriente de partículas cargadas (los electrones de los átomos del núcleo terrestre). Esta corriente genera un campo magnético que se prolonga diversos kilómetros por arriba de el área del mundo y que repele las radiaciones solares nocivos.
La mecatrónica
Es una área multidisciplinar, debido a que añade recursos de la electrónica, la mecánica, la robótica, sistemas de computación y construcción. Además se estudian los diversos sensores y el desempeño de aparatos industriales, procesos de construcción, etc. La unión de estas diferentes zonas hace viable pensar en un producto de forma distinto a partir de su diseño hasta su reciclaje y mantenimiento. Tal, hablamos de un proceso de incorporación de tecnologías en sinergia con la tarea de mejorar la funcionalidad de un producto.
Por medio de la mecatrónica, vemos que la ingeniería electrónica comparte la zona de electromecánica con la ingeniería mecánica, la ingeniería mecánica comparte el sector de CAD/CAM con la ingeniería informática, la ingeniería informática comparte el control digital con la ingeniería de control y cerramos el círculo con la ingeniería de control que comparte el control electrónico con la ingeniería electrónica. Estas sinergias son lo cual llamamos ingeniería mecatrónica.
APLICACIONES
Entendemos que la mecatrónica engloba disciplinas bastante amplias y complicadas, tenemos la posibilidad de mencionar que tiene varios campos de aplicación. Por cierto, la mecatrónica pretende ser dicha disciplina o ingeniería en la que los productos que se fabriquen tomen en cuenta cada una de las ingenierías y no se traten como independientes.
El punto intenso de la mecatrónica es la versatilidad para producir superiores productos, procesos o sistemas. A partir de la síntesis de diferentes zonas de ingeniería, su primordial objetivo es cubrir necesidades como:
• Automatizar la maquinaria: productividad y confiabilidad.
• Construcción de productos que respondan a las necesidades y solicitudes recientes.
• Armonía entre elementos mecánicos y eléctricos: facilitar los procesos de construcción o compostura de diferentes grupos.
Las primordiales industrias que usan la mecatrónica son:
• Organizaciones de la industria de la automatización: sistemas o recursos computarizados y electromecánicos para el control de maquinaria y/o procesos industriales.
• Organizaciones de la industria de manufactura: formar sistemas o elementos eléctricos o electrónicos de manera automática.
La mecatrónica puede aplicarse a varios campos, a partir de la medicina hasta la minería, pasando por la industria farmacéutica, la mecánica, la automovilística, la textil, comunicaciones, ingesta de alimentos, comercio….
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