Frente de Trabajadores de
2005, 100 años de
E=mc2
- La masa y la energía son equivalentes, están relacionadas por la
velocidad de la luz.
- La energía es una forma del movimiento, el movimiento es una propiedad
de la materia.
- En el proceso de trabajo energético, la materia se transforma en
distintas formas de energía.
- Las materias primas son los energéticos, su transformación
produce energía eléctrica.
- La energía se conserva, no existe movimiento sin materia.
En septiembre de
1905, Einstein reportó una de las más importantes
consecuencias de su Teoría Especial de
En uno de los tres manuscritos que se conservan, está la famosa ecuación que
describe la relación entre la energía (E), la masa (m) y la velocidad de la luz
(c), derivada de la teoría especial de la relatividad. La ecuación fue
publicada en el artículo de 1905 con una notación distinta. En 1907, Einstein generalizó el concepto de equivalencia de masa y
energía.
Consecuencias de la teoría de
La teoría de Einstein es distinta de la de Newton pero, la primera,
contiene a la segunda. Cuando esto ocurre, la teoría de Einstein
se reduce al límite Newtoniano. La diferencia más importante es respecto al
tiempo y el espacio. Para Newton se trata de conceptos absolutos, para Einstein son conceptos relativos que dependen de la
velocidad de los objetos y el límite es la velocidad de la luz.
Para Newton, un segundo de tiempo es el mismo en cualquier parte del universo;
un segundo en
Respecto a la distancia, para Newton un metro tiene la misma longitud en
cualquier parte del universo. Para Einstein, un metro
se hace más corto mientras más rápido se mueve un objeto. Esto es, la distancia
absoluta NO existe.
Si el espacio y el tiempo se distorsionan, entonces todo lo que puede medir con
metros y relojes también se distorsiona, incluyendo todas las formas de Masa y
Energía.
El segundo postulado de
Pero es imposible acelerar una partícula a la velocidad e la luz. Einstein predijo que, a la velocidad de la luz, la masa de
una partícula podría volverse infinita. Esto es, se requeriría una cantidad
infinita de energía para acelerar una partícula a la velocidad de la luz, lo
cual no es posible.
Pero, ¿cómo es que un fotón, un rayo de luz, puede viajar a la velocidad de la
luz? La respuesta es porque los fotones tienen una masa en reposo igual
a cero lo que significa que toda la energía de un fotón es cinética.
En el reposo también existe cierta cantidad de energía correspondiente a la
masa (en reposo). De manera que, la energía cinética de los cuerpos es la
diferencia entre la energía contenida en el cuerpo menos la energía del reposo
y, la energía relativista es función de la energía en reposo más la cantidad de
movimiento del cuerpo. Los fotones poseen energía y momento, es decir, cantidad
de movimiento.
La diferencia de la teoría de Einstein con las leyes
del movimiento de Newton está determinada por la velocidad. La masa de un
cuerpo es relativa pues es función de la velocidad. Cuando la velocidad de los
cuerpos se aproxima a la velocidad de la luz, la masa (relativista) y la
energía (cinética) se vuelven cantidades muy grandes,
tienden a infinito, mientras que la masa (en reposo) es pequeña, tiende a cero.
Equivalencia de masa y energía
Estas ideas llevaron a Einstein a proponer una ecuación, la más famosa de todas en
la ciencia:
E=mc2
Esto quiere decir
que la energía (E) es igual a la masa (m) multiplicada por la velocidad
de la luz (c) al cuadrado. La ecuación significa que la energía y la masa son
cantidades equivalentes: la masa se transforma en energía, y viceversa, son
cantidades directamente proporcionales.
La ecuación está relacionada por la velocidad de la luz (c), la cual representa
un número muy grande, casi 300 mil kilómetros por segundo. Eso hace que al
multiplicar la masa (m) por la velocidad de la luz (c) elevada al cuadrado, se
obtenga como energía una cantidad (E) muy grande.
Por eso es que, una cantidad muy pequeña de masa puede ser convertida en una
cantidad enorme de energía. Por ejemplo,
Conversión de materia en energía y
viceversa
En 1933, en Paris, Irene y Frédérick Joliot-Curie
fotografiaron la conversión de materia en energía. Ambos observaron que un quanto de luz, que transporta energía, cambiaba
transformándose en dos partículas que curvaban su trayectoria alejándose una de
otra. Este efecto ocurre en la naturaleza en ciertas condiciones.
Cuando dos quantos, p.e.,
dos radiaciones gamma de suficiente energía chocan dan lugar a un par de
partículas cargadas, es decir, dos electrones uno con carga negativa (electrón)
y otro con carga positiva (positrón). De la misma manera, la interacción de dos
pares de partículas electrón-positrón produce un rayo gamma. El electrón es la
más fundamental de las llamadas partículas elementales y, el positrón, es su
antipartícula. Esta forma de antimateria existe en la naturaleza pero en
pequeñas cantidades. Se dice que existe una antisimetría
entre materia y antimateria.
El universo actual es un universo dominado por materia, antes estuvo dominado
por radiación y hubo un tiempo en que hubo igualdad de materia y radiación. La
materia que existe en el universo en mayor proporción se conoce como materia
oscura, cuya naturaleza se desconoce, y solamente una mínima parte, apenas
el 0.5% del total, es materia visible en forma de galaxias o estrellas.
Sin embargo, la creación de positrones existe en la naturaleza mediante medios
artificiales; uno de sus usos es en la medicina nuclear, por ejemplo, la tomografía
por emisión de positrones para tratar algunos problemas del cerebro. El
fenómeno de creación de pares positrón-electrón se puede apreciar a gran escala
en los chorros (jets) energéticos producidos por
grandes estructuras y en las explosiones de supernova.
En Cambridge, Inglaterra, fue observado el proceso
inverso, la conversión de masa en energía. J. Cockcroft
y E.T.S. Walton observaron
que un átomo podía fisionarse y la suma de las masas de los fragmentos era
menor que la masa total del átomo inicial, la diferencia de masa se había
convertido en energía. El descubrimiento de la fisión del uranio mostró
con toda claridad cómo la materia se transforma en energía.
Originalmente los núcleos de los átomos pesados, como el uranio, están unidos a
través de la llamada fuerza nuclear fuerte. Cuando uno de estos átomos
se rompe, vía una reacción nuclear, se producen los fragmentos de fisión,
mismos que transportan energía cinética. Al ocurrir la reacción nuclear se
libera una gran cantidad de energía correspondiente a la diferencia (o defecto)
de masa. Esto se debe a que, originalmente, las partículas nucleares están
unidas por una energía de amarre que se libera cuando se rompe al átomo.
El descubrimiento de la fisión del uranio, en los 1930s, condujo al desarrollo
de la bomba atómica y su posterior explosión. Cuando 1 átomo de Uranio-325,
solo un átomo, se fracciona (fisiona) pierde casi un 0.1 por ciento de su masa.
Esa pequeñísima cantidad de masa, sin embargo, es suficiente para producir la
enorme cantidad de energía de una bomba atómica.
La fisión es, también, el principio para la utilización del Uranio-235,
Uranio-238 y Plutonio-329 como combustible en los reactores nucleares de
potencia para producir energía eléctrica. Es decir, este principio se utilizó
inicialmente con propósitos político-militares pero también tiene aplicaciones
pacíficas importantes. Tal es el caso de la generación de energía en centrales nucleoeléctricas.
Proceso de trabajo energético
Los procesos de trabajo están
determinados por las materias primas. En el sector energético, las materias
primas son los llamados energéticos primarios. Estas materias son la fuente
primaria de la energía e incluyen a los energéticos conocidos como
convencionales, es decir, al petróleo (en sus formas de combustóleo
y diesel), el gas natural y el carbón; y a los energéticos alternos, entre los
que están el uranio y el plutonio.
En el caso de la fusión termonuclear, el energético primario es el hidrógeno
(pesado) en forma de deuterio contenido en el agua del mar. Además, se
tiene a otros materiales energéticos como el agua, el vapor terrestre, el
viento, el hidrógeno y la radiación solar. Se dice que estas materias tienen
densidad energética, el uranio es de alta densidad pero el gas es de baja, esto
es, producen mucha o poca energía por unidad de masa o volumen.
El proceso de trabajo energético se caracteriza por la sucesiva transformación
de la materia en energía y de ésta en diversas formas de energía. La industria
petrolera es esencialmente extractiva y de transformación, la industria
eléctrica es de transformación. Las que se transforman son las materias primas,
primarias y auxiliares. Varios de los nuevos productos son, a su vez, nuevas
materias primas para diversos procesos industriales.
En el caso de la industria petrolera, además de los hidrocarburos se obtienen
múltiples productos petrolíferos y petroquímicos obtenidos en sucesivas
transformaciones de las materias primas. En el caso de la industria eléctrica,
la electricidad producida se convierte asimismo en materia prima auxiliar de
numerosos procesos de trabajo industriales, tecnológicos y de servicios. Cuando
se utiliza para alumbrar, la energía eléctrica se transforma en luz o energía
radiante.
La principal fase del proceso de trabajo eléctrico es la generación de energía
eléctrica, conocida también como energía secundaria porque se obtiene a partir
de energéticos primarios. En una central eléctrica de potencia, existen sistemas
de suministro de vapor,
convencionales o nucleares. En el primer caso, se conocen
como calderas, en el segundo, como reactores nucleares. Pero ambos dispositivos
y/o sistemas tienen el mismo propósito: producir vapor de cierta calidad en
presión, temperatura y humedad, a partir de procesos químicos o nucleares. El aspecto
clave es la extracción del calor y su eficiencia.
En breve descripción, la energía (térmica) de los hidrocarburos o el carbón, o
la energía (nuclear) producida a partir del uranio, se transforman en la
energía (calorífica) del vapor. Este vapor se utiliza para mover las turbinas
de potencia, de manera que la energía calorífica se transforma en energía
(mecánica). Las turbinas accionan a un generador de potencia y, la energía
mecánica se transforma en energía (eléctrica). La energía eléctrica se produce
como consecuencia del movimiento de los electrones en un intenso campo
electromagnético. Los electrones son onda-partícula que se mueven a velocidades
relativistas.
La fase de generación es similar en el caso de centrales térmicas (a base de
hidrocarburos, geotermia, carbón) y en el caso de centrales nucleares (a base
de uranio y/o plutonio). En el caso de centrales hidroeléctricas y eoloeléctricas la situación es ligeramente diferente porque
la materia primaria es el agua y el viento que se aprovechan a través de
procesos mecánicos. Sin embargo, tales materias se utilizan para la generación
de sucesivas formas de energía que conducen a la producción de energía
eléctrica.
El proceso de trabajo No es nadamás la generación de
energía. Esta es la principal pero se trata de un conjunto de fases integradas.
La energía eléctrica producida requiere ser transformada en condiciones
apropiadas de continuidad, frecuencia y voltaje para ser aprovechada en sus
múltiples usos. Después de producida la energía eléctrica, se siguen las demás
fases del proceso de trabajo que incluyen la transmisión, control, distribución
y comercialización. El conjunto del proceso de trabajo incluye a la planeación,
organización y métodos, realización de investigación científica y desarrollo
tecnológico, gestión de la calidad y administración en las actividades de
operación, mantenimiento, transporte y servicios.
La energía y los trabajadores
El descubrimiento de Einstein, propuesto en 1905 y desarrollado en 1907, sobre
la equivalencia de la masa y la energía derivado como una de las consecuencias
de
El principio de la transformación de materia en energía y viceversa no se
reduce al ámbito nuclear, sea militar o pacífico, es más amplio. El concepto
forma parte del principio de conservación de la materia y del principio de
conservación de la energía. Estas no se crean ni se destruyen solo se
transforman.
Hay también connotaciones filosóficas importantes, como las desarrolladas por Lenin, respecto a la energía como una forma del movimiento,
el movimiento como una propiedad de la materia, y el postulado de que NO existe
movimiento SIN materia.
La observancia práctica de la equivalencia de materia y energía, y su
transformación, está en el proceso de trabajo energético del cual somos
partícipes. Es por ello, que el principio de equivalencia de materia y energía,
propuesto por Einstein, es del mayor interés de los
electricistas, petroleros y nucleares que marchamos bajo las banderas del
Frente de Trabajadores de
Referencias
Bahen D. 2003, Special
Theory of Relativity, UK.
Einstein A. 1905, On the Electrodynamics of Moving Bodies,
Annalen der Physik 17, 140.
Einstein A. 1905, Does the Inertia of
a Body Depend upon its Energy
Content?
Annalen der Physik
18, 172.
Lenin V.I. 1908, Materialismo
y Empiriocriticismo, Obras Completas, V.14, Eds. Allende.
Marx C. 1980, El Capital, V.1., T.1., Siglo
XXI eds.
Fuente:
http://www.fte-energia.org