magnitud

energía

Una medida de la capacidad para realizar trabajo, expresada en electronvoltios para energías de partículas.
6 fórmulas

Descripción

La energía es una magnitud escalar que representa la capacidad de un sistema físico para realizar trabajo o producir cambios. Existe en muchas formas — cinética, potencial, térmica, electromagnética, química, nuclear — y puede convertirse de una forma a otra, pero nunca se crea ni se destruye. En física de partículas, las energías se expresan comúnmente en electronvoltios (eV), donde 1 eV es la energía que gana un electrón acelerado a través de una diferencia de potencial de un voltio.

Historia

El concepto moderno de energía se formalizó en el siglo XIX, con la ley de conservación de la energía establecida por Hermann von Helmholtz en 1847, basándose en trabajos anteriores de Joule, Mayer y otros.

Cómo funciona

La energía se conserva en sistemas aislados, lo que significa que la energía total antes y después de cualquier proceso permanece constante. En mecánica, la energía cinética depende de la masa y de la velocidad al cuadrado; la energía potencial depende de la posición en un campo de fuerzas. En relatividad, la masa y la energía son equivalentes mediante E=mc², por lo que incluso un objeto en reposo tiene energía en reposo. En mecánica cuántica, la energía se presenta en cuantos discretos para sistemas ligados, como los orbitales electrónicos en los átomos.

En la práctica

La energía es la magnitud central en toda la física y la ingeniería — desde la generación de energía y la propulsión hasta los aceleradores de partículas y los reactores nucleares, donde la liberación y transferencia de energía se calculan con precisión.

Dato curioso

Un solo gramo de materia, si se convierte completamente en energía, liberaría alrededor de 90 terajulios — aproximadamente la energía de una pequeña bomba nuclear.

Concept graph →

Fórmulas

$$E_n = \hbar\omega (n + \tfrac{1}{2})$$
Energy levels of a quantum harmonic oscillator.
Qué hay en la fórmula
E_nvariableEnergy of the nth level — energía joule
nvariableQuantum number (non-negative integer) — número cuántico
\hbarconstanteReduced Planck constant — constante de Planck reducida = 1.054571817e-34 joule second
\omegaconstanteAngular frequency of the oscillator — frecuencia angular radian per second
$$T \approx \exp\left(-2\int_{z_1}^{z_2} \sqrt{\frac{2m}{\hbar^2}(V(z)-E)}\, dz\right)$$
Approximate quantum tunneling probability through a barrier.
Qué hay en la fórmula
Tvariabletunneling probability — transmission probability
z1variableleft turning point of the barrier — posición metre
z2variableright turning point of the barrier — posición metre
mvariablemass of the tunneling particle — masa kilogram
Vvariablepotential energy as a function of position — energía potencial joule
Evariableenergy of the particle — energía joule
ħconstantefundamental quantum of action divided by 2π — constante de Planck reducida = 1.054571817e-34 joule second
∫operadorsums the integrand over the interval — integral
√operadortakes the non-negative root — raíz cuadrada
expoperadorraises e to the given power — exponential
$$E \propto t^2$$
Energy increases proportionally to time squared.
Qué hay en la fórmula
Evariableenergy — energía joule
tvariabletime — tiempo second
$$E = h f$$
Photon energy equals Planck constant times frequency.
Qué hay en la fórmula
EvariableEnergy of a photon — energía joule
fvariableFrequency of the electromagnetic wave — frecuencia hertz
hconstanteFundamental constant relating energy to frequency in quantum mechanics — constante de Planck = 6.62607015e-34 joule second
$$Q = \frac{E_{\text{fusion}}}{E_{\text{loss}}}$$
Ratio of fusion energy produced to energy input.
Qué hay en la fórmula
E_fusionvariableenergy produced by fusion reactions — energía joule
E_lossvariableenergy lost from the system — energía joule
$$\langle h\nu \rangle = c \cdot k_B T$$
The average energy of photons in blackbody radiation is proportional to temperature.
Qué hay en la fórmula
⟨hν⟩variableAverage photon energy — energía joule
TvariableTemperature of the blackbody — temperatura kelvin
cconstanteA numerical factor that depends on the frequency integration limits and the specific definition of 'average' (e.g., over the full spectrum). — proportionality constant = 2.701
k_BconstanteFundamental constant converting temperature to energy scale — constante de Boltzmann = 1.380649e-23 joule per kelvin
⟨ ⟩operadorStatistical average over the photon distribution — promedio de conjunto

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