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¿Cómo es el panorama mundial respecto a la generación de energía? ¿Cuál ha sido el impacto que han tenido en ello la pandemia de Covid-19 y las medidas adoptadas por los países en torno al calentamiento global? ¿Cuáles son los principios físicos que sirven como base a la generación de energía eléctrica? ¿Qué es el efecto fotoeléctrico y qué relación tiene con el funcionamiento de los paneles solares?
En el año 2020, según Ember Global Electricity Review 2021, la generación mediante energía eólica y solar subió un 15 por ciento; esto representó el 9.4 por ciento de la energía total generada en el mundo; mientras tanto, el uso de carbón para dichos fines decreció en un cuatro por ciento. A pesar de lo anterior, estos hechos “no van al ritmo de los objetivos climáticos”: el mundo generó más electricidad a partir de combustibles fósiles en 2020 que en 2015, año en que 190 países firmaron el Acuerdo de París y se comprometieron a reducir la emisión de gases de efecto invernadero. Si bien a raíz de la pandemia la demanda de energía eléctrica decreció en 0.1 por ciento, la tendencia se ha revertido de 2021 a la fecha.
¿Cómo es que se genera la energía eléctrica? En las centrales eléctricas convencionales (termoeléctricas, nucleoeléctricas, hidroeléctricas, etc.) el procedimiento de generación de energía consiste en hacer girar una turbina mediante la acción de un fluido y transferir dicho movimiento al imán del generador. Al moverse este imán al interior de una bobina se está haciendo variar el campo magnético y esto induce una corriente eléctrica. Se trata de una aplicación directa del Principio de Inducción de Faraday.
Pero para el funcionamiento de los paneles solares, el principio físico que opera es el efecto fotovoltaico, un caso particular del efecto fotoeléctrico. ¿En qué consisten ambos?
El efecto fotoeléctrico (también llamado fotoemisión) es un fenómeno que consiste en que, al hacer incidir luz sobre una placa metálica, los electrones pueden ser expulsados de la superficie del metal (con ese movimiento de electrones se genera electricidad). A los electrones expulsados por la acción de la luz se les llama fotoelectrones.
En el Siglo XIX se realizaron numerosos experimentos para tratar de explicarlo, pero los resultados obtenidos parecían contradecir la concepción clásica de la luz como onda. En 1905, Albert Einstein propuso un modelo nuevo en el que la luz puede comportarse como partículas (denominadas fotones) y su energía depende de la frecuencia del rayo incidente (ecuación de Planck). Las ideas de Einstein y de Planck sirvieron como base para el desarrollo de una nueva teoría de la física: la mecánica cuántica.
En el efecto fotovoltaico ocurre un paso adicional: se produce una diferencia de potencial o voltaje entre dos puntos del material que funciona como una “bomba” que empuja electrones a través de un circuito cerrado.
Las células fotovoltaicas están formadas por dos placas hechas a base de silicio, que es un semiconductor. A estas redes cristalinas de silicio se les agregan impurezas (átomos de otros elementos) para conseguir que a la placa de arriba le “sobren” electrones (adquiera carga negativa) mientras que a la de abajo le “falten” (adquiera carga positiva). Debido a estas diferencias en la región de unión se forma un equilibrio de cargas (parte neutra) y es aquí donde entra el efecto fotovoltaico: los rayos (fotones) inciden en la región neutra y el movimiento de electrones que se produce rompe el equilibrio de cargas: al aumentar el número de electrones libres en la placa de arriba se genera entre ambas placas la diferencia de potencial buscada, la que empuja a los electrones a través del circuito: ¡se ha generado la corriente eléctrica!
Los avances de la física y sus aplicaciones en la industria de la energía son innegables, como también lo son los gravísimos problemas de carácter ambiental que amenazan a la humanidad. Estos últimos tienen sus raíces (a veces ocultas, como los fotones) en el injusto sistema económico mundial.
El comportamiento migratorio de los tiburones de Groenlandia aún es un misterio para la comunidad científica.
Este fenómeno se denomina tormenta geomagnética y sus efectos se manifiestan a manera de interrupciones en las comunicaciones por radio y satélite, además de cortes de energía en los casos más extremos.
“No creo que quienes nunca lo escucharon puedan darse cuenta de lo magnífica que fue la enseñanza de Hermite; desbordante de entusiasmo por la ciencia, que parecía cobrar vida en su voz y cuya belleza nunca dejaba de comunicarnos".
La humanidad debe ser capaz de evitar cualquier desastre que extinga la vida en la Tierra.
Heine logró demostrar que si una serie trigonométrica converge a una función continua en un intervalo dado, entonces la serie es única.
Desde el inicio de la cuarta revolución matemática, en las primeras décadas del Siglo XX, el formalismo hilbertiano ha caracterizado el trabajo matemático hasta el día de hoy. Este paradigma histórico del formalismo se caracteriza por...
El matemático que opera y crea los objetos que la matemática estudia, si puede tener compromiso con la realidad, éste lo conduce a un proceso de establecer isovalencias entre los problemas reales y los objetos matemáticos.
Toda la matemática clásica, desde la época de los griegos, se construyó evitando considerar un infinito actual, aunque de manera subliminal siempre se ha usado. Aquí te explico.
Leonard Euler aún de avanzada edad y ciego, continuó su producción a un ritmo acelerado; en 1770 publica otra de sus obras más sobresalientes Introducción al álgebra, pedagógicamente impecable.
La ciencia no es buena ni mala en sí misma, es una herramienta que puede utilizarse de distintas maneras y con distintos propósitos; puede resolver problemas, pero también puede crearlos.
La luminiscencia se encuentra, entre otro organismos, en estrellas de mar, tiburones y los dinoflagelados que, al emitir luz, hacen que el mar se llene de vida con olas brillantes, proyectando luz a lo largo de las costas.
Lejos de eliminar los productos “exóticos”, el Presidente debería impulsar y asegurar el acceso a ellos para todos los mexicanos.
El hombre antiguo estuvo “muy cerca” de hallar el área del círculo. Sin embargo, como nos enseñaron en “las buenas escuelas”, el área del círculo con radio uno es un número irracional con un número infinito de dígitos que no son periódicos.
Sostener que el arte es un reflejo de la sociedad, así a secas, distorsiona y mutila el papel de la actividad artística y de los artistas. La práctica artística es, en realidad...
Blade Runner no es una cinta más de ciencia ficción: es un filme que mueve a la reflexión.
Escrito por Daniel Lara Jáuregui
COLUMNISTA