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15: Energía

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    Se necesita energía para lanzar una nave espacial al espacio. Si se necesita 1 unidad de energía para calentar 0.25 g de agua en 1°C, entonces toma más de 15,100 unidades de energía para poner esos 0.25 g de agua en órbita terrestre. Los motores más potentes diseñados para levantar cohetes al espacio formaban parte del cohete Saturno V, que fue construido por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA). El cohete tenía tres etapas, teniendo la primera etapa la capacidad de lanzar alrededor de 3.5 millones de kg de masa. Alrededor de 2.3 millones de kg fue el combustible real para la primera etapa; los cohetes en el espacio tienen la desagradable tarea de tener que llevar consigo sus propios químicos para proporcionar empuje.

    Fig. 7.1.1: Saturno V SA-513 se levanta para impulsar el Taller Orbital Skylab a la órbita terrestre. Se necesita mucha energía para lanzar un cohete al espacio. El cohete Saturno V utilizó cinco de los motores más potentes jamás construidos para dar su primer paso en órbita. (Dominio Público; NASA)

    Tener que llevar su propio combustible pone mucha carga de masa a un motor en el espacio. Es por ello que la NASA está desarrollando otros tipos de motores para minimizar la masa de combustible. Un propulsor iónico utiliza átomos de xenón a los que se les ha quitado al menos un electrón de sus átomos. Los iones resultantes pueden ser acelerados por campos eléctricos, provocando un empuje. Debido a que los átomos de xenón son muy grandes para los átomos, la eficiencia de empuje es alta a pesar de que el empuje real es bajo. Debido a esto, los motores de iones son útiles solo en el espacio.

    Fig. 7.1.2: Un Propulsor de Iones. Las unidades de iones tienen un empuje bajo pero una alta eficiencia. Ya se han utilizado en varias misiones espaciales, entre ellas la nave espacial Deep Space 1 de la NASA y la sonda de muestreo de asteroides Hayabusa de Japón. Fuente: Foto cortesía de NASA, Commons.wikimedia.org/wiki/Archivo:ion_engine_test_firing_-_gpn-2000-000482.jpg.

    La energía es una cantidad muy importante en la ciencia y en el mundo que nos rodea. Aunque la mayor parte de nuestra energía en última instancia proviene del sol, gran parte de la energía que usamos a diario tiene sus raíces en reacciones químicas. La gasolina en tu auto, la electricidad en tu casa, los alimentos en tu dieta, todos proporcionan sustancias para que las reacciones químicas proporcionen energía (gasolina, comida) o se producen a partir de reacciones químicas (electricidad, alrededor del 50% de la cual se genera al quemar carbón). Como tal, es natural que el estudio de la química involucre energía.


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