4.2: Tipos de Energía

Podemos reconocer fácilmente diferentes tipos de energía a nuestro alrededor como el calor, la luz, la eléctrica, la química, la nuclear, el sonido, etc., y probablemente sepa que la energía es medible (calorías, julios, voltios, decibelios, cuanta, fotones...). Incluso la masa es una forma de energía, como recordarás de la famosa ecuación e=mc2 de Albert Einstein (la ley de la relatividad).

El problema al pensar en la termodinámica es que el universo es grande y ¡hay demasiadas clases de energía para contemplar a la vez! Para simplificar, imagina solo dos tipos de energía en el universo: la energía potencial y la energía cinética. Un ejemplo útil es una presa. El agua por encima de la presa tiene energía potencial. A medida que el agua fluye sobre (o a través de) la presa, su energía potencial se libera como energía cinética. En los viejos tiempos la energía cinética del agua que fluye podría usarse para alimentar (es decir, convertir) una piedra de molino para moler trigo u otros granos en harina. En estos días, es más probable que el agua fluya a través de una presa hidroeléctrica donde la energía cinética se convierte (transduce) en electricidad. En esta visión simple, el calor (movimiento molecular), la electricidad (una corriente de electrones), el sonido (ondas) y la luz (ondas O moviendo 'partículas') son diferentes formas de energía cinética. La energía de la masa o su posición en el universo es energía potencial. Así, la energía química, por ejemplo la energía en un mol de ATP, es energía potencial. Los físicos hablan mucho sobre la energía potencial y sobre el flujo y la conversión de energía cinética.

Una manera igualmente sencilla de conceptualizar la energía es tan útil vs inútil. Este concepto condujo directamente a la formulación aritmética de las leyes termodinámicas. En esta forma utilitaria de pensar sobre la energía, la energía inútil es la entropía, mientras que la energía útil puede ser cualquiera de las otras formas de energía (potencial o cinética).

Una clave para entender la bioenergética es reconocer la diferencia entre sistemas cerrados y abiertos en el universo. Sistemas como las reacciones bioquímicas en un tubo de ensayo, alcanzan el equilibrio. Dichos sistemas se consideran cerrados. Los sistemas cerrados son artificiales, solo es posible en el laboratorio, donde se puede restringir y medir la cantidad de energía y masa que entra o se escapa del sistema. Las células por otro lado (de hecho cada reacción o evento en el resto del universo) son sistemas abiertos. Los sistemas abiertos intercambian fácilmente energía y masa con su entorno.

Video\(\PageIndex{1}\): Diferentes Tipos de Energía; Equilibrio Químico. (Gerry Bergtrom)

Con esta breve introducción, podemos imaginarnos a nosotros mismos como primeros científicos tratando de entender el flujo de energía en el universo, preguntándonos cómo se aplican las Leyes de la Termodinámica a los sistemas vivos (bioenergéticos). Veremos que las Leyes se pueden demostrar porque se puede medir todo tipo de energía (como calor en calorías o julios, electricidad en voltios, luz en cuantos, materia en unidades de masa, etc.).