¿Qué son materia y energía?

Uno de los aspectos más importantes a la hora de estudiar el universo es comprender correctamente los conceptos de materia y energía. Pese a que pueden parecer conceptos sencillos de abordar y a que estamos familiarizados con ellos, hay mucho por conocer.

A grandes rasgos, se puede decir que todo lo que existe en el espacio - tiempo es materia y energía.

1. ¿Qué es la materia?

2. ¿Qué es la energía?

3. Materia y energía

¿Qué es la materia?

La materia es la sustancia que forma los cuerpos físicos. En otras palabras, se trata de todo aquello que tiene masa y que ocupa un lugar en el espacio. Al hablar de masa nos estamos refiriendo a la materia que tiene un cuerpo, por lo que se trata de una magnitud fundamental a la hora de entender y trabajar con la materia.

Otro aspecto importante que tenemos que tener en cuenta a la hora de estudiar la materia es el volumen, que se puede definir como el espacio que ocupa un cuerpo en relación a la masa que tiene. De este modo, según lo densa que sea la masa de un cuerpo, es decir, lo junta que esté su materia entre sí, estaremos anta materia en un estado u otro. Aunque existen diversos estados de la materia definidos que van más allá de los estados clásicos, los más conocidos son el estado sólido, el líquido y el gaseoso.

Estados de la materia

Aunque existen diversos estados de la materia definidos que van más allá de los estados clásicos, los más conocidos son el estado sólido, el líquido y el gaseoso.

• Sólido: Volumen y forma definida. Compresión baja.
• Líquido: Volumen definido. Forma indefinida (adquiere la forma del recipiente que lo contiene). Compresión limitada.
• Gaseoso: Forma y volumen variable (adquiere la forma del recipiente que lo contiene). Compresión alta.

​​​​​​Estos estados de la materia no definen la materia en cuanto a su esencia, ya que, lo único que varía entre una materia y otra, es lo cerca que están sus átomos los unos de los otros. En consecuencia, al hablar de materia en estado sólido, se tratará de un cuerpo que tenderá a mantener su forma, mientras que en el caso de los líquidos la forma del cuerpo será menos estable, y se adaptará a los cuerpos con los que esté en contacto.

Del mismo modo, en el caso de los cuerpos cuya materia esté es estado gaseoso, se tratará de cuerpos cuyos átomos se moverán mucho más en relación de unos y otros, por lo que su adaptación a los cuerpos periféricos será todavía mayor que en el caso de los cuerpos líquidos.

Estos tres estados dependen de factores medioambientales, ante los cuáles reacciona la materia. Estos factores pueden ser la temperatura o la presión.

Cambios físicos y químicos de la materia:

La materia es susceptible de sufrir cambios, tanto físicos como químicos.

• Cambios físicos: Crea nuevas sustancias sin cambiar la composición de la materia.
• Cambios químicos: Crea nuevas sustancias cambiando la composición de la materia.

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¿Qué es la energía?

Al hablar de energía estamos haciendo referencia a una magnitud física, ya que puede medir. Sin embargo, se trata de algo mucho más difícil de imaginar que la materia, ya que se trata de una realidad intangible, aunque no por ello menos real.

La definición clásica de la energía es la capacidad para realizar un trabajo. En este sentido, la energía deberá ser entendida como la capacidad de los cuerpos a la hora de realizar un trabajo, que podrá implicar un cambio de posición de cuerpos (pasando de estado estático a uno móvil, al revés, o cambiando su velocidad de desplazamiento), o un cambio de estado de los cuerpos, por ejemplo, pasar de líquido a gaseoso.

De este modo, la energía se entiende como la capacidad intrínseca para realizar estos cambios o trabajos. Esta energía puede ser de muchas formas, y vendrá definida únicamente por el origen de la misma. Se puede hablar de energía electromagnética, de energía térmica, de energía química, etc.

¿Cómo se manifiesta la energía dentro del espacio?

La energía puede manifestarse de varias formas, éstas son:

• Energía química: Cuándo quemamos petróleo, obtenemos energía. Son los conocidos “hidrocarburos”.
• Energía eléctrica: El movimiento de los electrones libres produce energía eléctrica. Así funcionan los trenes o los electrodomésticos.
• Energía mecánica: El movimiento de las hélices de un molino, producido por el viento, se trasfiere hacia un sistema mecánico de piñones. Generando energía para impulsar la ascensión de agua desde el interior un pozo.
• Energía Calórica: Las plantas aprovechan el calor del sol para crecer y desarrollarse. Así producen energía química en forma de carbohidratos.

¿Cómo se conserva la energía?

La necesidad de ahorrar y de conservar la energía es vital. Un sistema aislado que no interacciona con ningún otro sistema, puede permanecer invariable desde el punto de vista energético. Sin embargo, esa energía se puede trasformar en otra forma de energía. Este es el primer principio de la termodinámica y una de las leyes fundamentales de la física. Por tanto, la energía no se crea, ni se destruye, se trasforma. Así, la masa, en ciertas condiciones, también es considerada una forma de energía. Ahora que ya sabes algo más sobre el lugar que ocupan la materia y la energía, en el espacio. Cuéntanos… ¿Qué sabes sobre Las leyes del Universo? ¿Conoces su estructura? Visita nuestros artículos o solicita información sobre nuestro máster de astronomía y sabrás todo sobre el universo y la astronomía.

Materia y energía

La materia y energía interactúa entre sí de forma continua. De hecho, la materia estaría en un estado estático de forma estable si no fuera por la energía. En esta peculiar relación entre ambas, la materia sería el sujeto pasivo que padece la acción de la energía, mientras que la energía sería el sujeto activo que modificaría el estado de reposo o movimiento de la materia.

Relación entre materia y energía en el Universo

La materia y la energía no solo coexisten, sino que forman un entramado fundamental en el tejido del universo. 

Esta equivalencia ha sido clave para entender fenómenos como las reacciones nucleares, tanto en el interior de las estrellas como en las explosiones de supernovas, donde pequeñas cantidades de materia son convertidas en enormes cantidades de energía. Este proceso es esencial no solo para la formación de los elementos que componen nuestro universo, sino también para el suministro de la energía que permite la vida en la Tierra.

Así, la relación entre materia y energía es uno de los pilares de la física moderna y de nuestra comprensión del cosmos.

Ley de conservación:  materia y energía

La ley de conservación es un principio fundamental en la ciencia que establece que, en un sistema cerrado, la cantidad total de materia y energía permanece constante a lo largo del tiempo. Esto significa que ni la materia ni la energía pueden ser creadas ni destruidas, solo pueden transformarse de una forma a otra.

Aspectos clave de la Ley de conservación:

Conservación de la Materia:

• La materia no puede ser creada ni destruida en una reacción química o física. En cambio, los átomos se reordenan para formar nuevas sustancias, pero la cantidad total de materia sigue siendo la misma.
• Por ejemplo, en una reacción química, la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos.

Conservación de la Energía:

• La energía tampoco puede ser creada ni destruida, solo puede transformarse de una forma a otra. Por ejemplo, la energía química en los combustibles puede transformarse en energía térmica y mecánica durante la combustión.
• Un ejemplo clásico es un péndulo, donde la energía potencial se convierte en energía cinética y viceversa, pero la energía total del sistema se mantiene constante.

Implicaciones en la ciencia:

• Estas leyes son fundamentales en disciplinas como la química, la física y la biología, ya que permiten entender cómo funcionan las reacciones químicas, los procesos biológicos y los sistemas físicos.
• Por ejemplo, en la termodinámica, la conservación de la energía es un principio clave para entender cómo se realizan los trabajos y se transfieren calor en sistemas cerrados.

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