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  • 1. 1UNIDAD 3 ENERGÍA1- CONCEPTO DE ENERGÍA.....................................................................................................12- PRINCIPALES FORMAS EN QUE SE PUEDE ENCONTRAR LA ENERGIA............. 43- ¿DE DONDE SE OBTIENE LA ENERGIA? ....................................................................... 6 1º FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES.......................................................................... 7 ∗ Hidráulica .......................................................................................................................... 7 ∗ Solar ................................................................................................................................... 7 ∗ Eólica ................................................................................................................................. 7 ∗ Biomasa.............................................................................................................................. 8 ∗ Maremotriz......................................................................................................................... 8 2º FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES ................................................................... 8 ∗ Carbón , Petróleo y Gas Natural ....................................................................................... 8 ∗ Geotérmica......................................................................................................................... 9 ∗ Nuclear............................................................................................................................... 9 1- CONCEPTO DE ENERGÍA El concepto de energía es una de las nociones fundamentales de la física y, a la vez, una de las más misteriosas. Los físicos no saben muy bien lo que es la energía en el sentido de conocer su constitución, no saben por qué está formada o cuál es su auténtica naturaleza.La Energía es un concepto abstracto, pero se le puede describir ya que presenta una serie de rasgosbásicos : 1º Siempre está relacionada con procesos de transformación. La Naturaleza siempre está cambiando: cambios de posición, de velocidad, de estado físico ....Todo cambio va acompañado de algo, que nosotros llamamos energía. La energía es una propiedad de los cuerpos que permite que estos se transformen o que produzcan transformaciones en otros cuerpos. La energía es la capacidad de producir trabajo. Así, damos distintos nombres a la energía dependiendo de la transformación a la que está asociada. Por ejemplo: -Energía Química : Relacionada con la transformación en la naturaleza de la materia. -Energía Térmica: Relacionada con los fenómenos caloríficos. -Energía Nuclear: Relacionada con los cambios en los núcleos de los átomos. 2º En un sistema aislado siempre se conserva; es decir, la energía que existe en el universo es siempre la misma. Esto constituye lo que se denomina Principio de Conservación de la Energía .Los cambios que sufren los sistemas materiales llevan asociados, precisamente, transformaciones de una forma de energía en otra. Pero en todas estas transformaciones la energía se conserva, es decir, ni se crea ni se destruye en el proceso de transformación. La energía ni se crea ni se destruye sólo se transforma
  • 2. 23º Su carácter degradable ; no se conserva su calidad.La experiencia demuestra que conforme la energía va siendo utilizada para promover cambios enel materia va perdiendo capacidad para ser empleada nuevamente.El principio de conservación de la energía hace referencia a la cantidad, pero no a la calidad de laenergía, la cual está relacionada con la posibilidad de ser utilizada. Así, una cantidad de energíaconcentrada en un cuerpo es de mayor calidad que otra cantidad de energía igual pero que estedispersa.La energía térmica está asociada con el movimiento de agitación de las moléculas, es decir es unaenergía muy dispersa, y debido a ello su calidad es inferior a la de otras ( es imposible transformarlapor completo en trabajo).Todas las transformaciones energéticas asociadas a los cambios en los cuerpos terminan antes odespués en energía térmica. Este proceso de pérdida progresiva de calidad se conoce comodegradación de la energía. En el Sistema Internacional de Unidades la unidad de energía es el Julio Existen dos tipos de energía : la cinética (debida al movimiento) y la potencial (energía que se acumula en un cuerpo al alejarlo de su posición de equilibrio). La suma de ambas se denomina energía mecánica. La Energía MecánicaDe todas las transformaciones que sufre la materia, las que interesan a la mecánica son las asociadasa la posición o a la velocidad. Ambas magnitudes definen el estado mecánico de un cuerpo, demodo que este puede variar porque cambie su posición, porque cambie su velocidad o porque cambienambos. La forma de energía asociada a los cambios del estado mecánico de un cuerpo o de unapartícula material recibe el nombre de energía mecánica.Esta se divide en: - Energía PotencialLa forma de energía asociada a los cambios de posición o de configuración recibe el nombre deenergía potencial.El estado mecánico de una piedra que subimos hasta una determinada altura no es el mismo quecuándo estaba en el suelo, ha cambiado su posición. Cuándo estiramos un muelle, las distancias entrelas espiras aumentan, ha cambiado su configuración. Si se les deja en libertad tanto la piedra cómo elmuelle pueden mover a otros cuerpos, es decir, han adquirido en el proceso ( subir, estirarse ) ciertacantidad de energía.La energía potencial de un cuerpo a cierta altura es Ep=m.g.h donde m = masa del cuerpo en kilos,g = aceleración de la gravedad que en la Tierra vale 9,8 m/s2 y h = altura en metrosEjercicio: Calcula la energía potencial de un objeto de 2 Kg situado a 10 m de altura.
  • 3. 3 - Energía CinéticaLa forma de energía asociada a los cambios de velocidad recibe el nombre de Energía Cinética. Un cuerpo enmovimiento es capaz de producir transformaciones, es decir, de cambiar la velocidad de otros, chocar, empujar,romper objetos etc...La Energía Cinética, es por tanto, la energía mecánica que posee un cuerpo en virtud de su movimiento o de su 1 2velocidad. Ec = mv donde m vuelve a ser la masa en kilos y v es la velocidad en m/s 2Ejercicio: Un coche va a una velocidad de 100Km/h si su masa es de200 kg calcula su energíaSe llama energía mecánica de un cuerpo a la suma de su energía cinética ypotencial E = Ec + EpEjercicio: Un pájaro de 0,5 kg vuela a una velocidad de 20 m/s y a una altura de 30 m determina su energíamecánica La energía se suele definir como la capacidad de producir trabajo. Una persona tiene energía ya que es capaz de andar transportar cosas. Es decir, de realizar trabajo. La electricidad es energía ya que es capaz de hacer que giren las aspas de una batidora. A medida que se va produciendo trabajo la energía va siendo menor; las personas comen para renovar su energía y poder seguir moviéndose. Pero la energía muchas veces no se transforma en trabajo sino en otra energía distinta. Es decir, la energía se puede encontrar en diversas formas, transformables unas en otras. Por ejemplo la electricidad se transforma en calor en un radiador. La electricidad y el calor son formas de energía, el radiador es el aparato capaz de transformar una energía en otra.
  • 4. 4 2- PRINCIPALES FORMAS EN QUE SE PUEDE ENCONTRAR LA ENERGIA Energía internaEs la que poseen los cuerpos debido al movimiento de sus moléculas. Energía caloríficaEs la energía que se transfiere entre dos cuerpos que están a distinta temperatura o entre un objeto y suentorno. La energía calorífica se puede poner de manifiesto en dos situaciones: -Cuando un cuerpo cede calor a otro que presenta menor temperatura, sería el caso de un radiadorque cede calor para que aumente la temperatura de la habitación en que se encuentra. -Cuándo un cuerpo cambia de estado, cede o absorbe calor del medio que lo rodea. Por ejemplo,cuando el agua del mar se evapora lo consigue absorbiendo calor del entorno. Energía sonora Es la transmisión, a través del aire, de las vibraciones producidas por un objeto. Energía Luminosa La luz, sea la que sea es una forma de energía. Una piedra a la que le da el sol aumenta su temperatura, la luz se está transformando en energíacalorífica. Existen coches prototipo que se mueven por energía solar. Las denominadas célulasfotovoltaicas transforman la energía solar (Luz del Sol) en electricidad. Energía Eléctrica La energía eléctrica es el movimiento de cargas eléctricas en un conductor. Normalmente estascargas son electrones. Los electrones son partículas muy pequeñas que forman parte de los átomos yque están cargadas negativamente. La electricidad es una forma de energía muy usada en nuestra sociedad, de hecho el resto de lasformas de energía se transforman en esta muchas veces para su utilización. Energía Química La materia está constituida por átomos, estos se unen entre sí formando moléculas que caracterizana la sustancia. Por ejemplo el agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, ygracias a estas uniones el agua posee las propiedades que todos conocemos. Cuando una molécula setransforma en otra distinta se desprende o se absorbe calor. Esta es una forma de energía que sedenomina energía química. Ejemplo: obtenemos energía calorífica quemando un tronco en la chimenea. La madera se estátransformando en cenizas y CO2 y se desprende calor. Todas las combustiones son reacciones en las que se desprende CO2 y calor al trasformarse unassustancias en otras por su reacción con oxígeno.
  • 5. 5 • Por ejemplo los coches se mueven gracias a la combustión de la gasolina, es decir, gracias a la energía química. Energía Atómica o Nuclear Los átomos de que está constituida la materia presentan una zona central que se denomina núcleo.Este núcleo es muy estable y difícil de romper. Si se consigue romper o transformar, este núcleo sedesprende gran cantidad de energía. Esta energía se denomina atómica o nuclear. La cantidad de energía que se desprende en un proceso nuclear es muy grande, y además muydifícil de controlar ya que una vez comenzado el proceso este continúa por si solo implicando cada veza mas átomos. A este tipo de reacción se le denomina reacción en cadena. De ahí la peligrosidad de lasaverías en las centrales nucleares. Energía Magnética La energía magnética es muy compleja. Una manifestación sencilla de ella son los imanes. Losimanes son capaces de atraer a cuerpos metálicos, por lo tanto son capaces de realizar trabajo.1,. De los cuerpos y situaciones que se citan a continuación, indica en quÉ casoshay energía e indica de que tipo es:a) Una pila:b) Una planta:c) Un automovil que se desplaza por una carretera:d) Un bloque de piedra situado en reposo en el suelo:e) Una batidora desconectada:f) El agua hirviendo contenida en un vaso:g) El gas butano contenido en una bombona:h) La gasolina contenida en un bidóni) Una chocolatina2.- Explica las transformaciones de energía que tienen lugar en:a) Una central térmica:b) Una central hidráulica:c)Una central nuclear:d)Las funciones de nutrición del hombree) La función clorofílica de las plantas:f) La producción de luz en una bicicleta:g) El disparo de un fusil:
  • 6. 63.- Completa el siguiente cuadro de transformaciones de energía. Energía Origen Maquina u organismo Energía Final Transformador Batería Calorífica Mecánica Célula Fotovoltaica Eólica Mecánica Turbina Eléctrica Luminosa Automóvil Maremotríz Planta Eléctrica Calorífica Persona Mecánica Calorífica Radio Estufa Calorífica Tren Eléctrico 3- ¿DE DONDE SE OBTIENE LA ENERGIA? Se denomina fuente de energía a todo aquello capaz de producir energía. Las fuentes de energía se clasifican en renovables y no renovables. Son fuentes de energía renovables aquellas Son fuentes de energía no renovables aquellas que llegan de forma continua a la Tierra y que se encuentran de forma fija en el planeta, por lo tanto son inagotables; por ejemplo la agotándose al consumirlas; por ejemplo el energía solar. carbón.
  • 7. 7 1º FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES ∗ Hidráulica La energía se obtiene a partir de corrientes de agua de los ríos. Una gran masa de agua situada a unacierta altura sobre un nivel dado, posee una gran cantidad de energía potencial que se transforma enenergía cinética al dejarla caer. Esta energía cinética se transforma en energía eléctrica por medio deturbinas. − Ventajas: Este tipo de energía tiene como aspectos positivos: es limpia, es decir no produce residuos o gases contaminante. − Inconvenientes: Los grandes embalses y pantanos separan los hábitat naturales de la fauna, además de inundar gran cantidad de terreno. Otro inconveniente es que su producción depende de la disponibilidad de agua. Por último que el centro productor de la energía esta alejado del centro de consumo lo que supone una gran red de distribución. ∗ Solar La energía solar es la energía que llega del Sol en forma de luz (tanto visible como no visible). − Ventajas: Es inagotable, gratuita, limpia. − Inconvenientes: Es difícil de almacenar, ha de ser transformada inmediatamente en calor o electricidad, no esta desarrollada la tecnología necesaria para que su captación sea suficientemente económica. El aprovechamiento de esta energía se puede hacer a tres niveles: Arquitectura Solar.(muros de inercia térmica, efecto invernadero, cubiertas de inercia térmica). Conversión Térmica: Es la transformación de energía solar en energía calorífica almacenándola enun fluido. Conversión fotovoltaica: Es la transformación de la energía luminosa en eléctrica en unas célulasllamadas células solares o fotovoltaicas. ∗ Eólica Es la energía producida por el viento. Se ha utilizado a lo largo de toda la historia de la humanidad. − Ventajas: es limpia, inagotable, gratuita. − Inconvenientes: Es intermitente y aleatoria, depende de que haya o no suficiente viento.
  • 8. 8 ∗ Biomasa Es la energía que se obtiene o se puede obtener por los procesos naturales que se producen en laTierra sobre los compuestos orgánicos . − Ventajas: inagotable. - Inconvenientes: No está suficientemente desarrollada, necesita fábricas y centrales apenas hay, resulta costosa La biomasa se puede obtener a través de dos vías: -Estableciendo determinados cultivos transformables en combustibles. -Por aprovechamiento de residuos. La energía se obtiene: por combustión ,por obtención de gases. ∗ Maremotriz Otra fuente de energía apenas utilizada es el mar. Esta fuente puede ser aprovechada de tres formas:mareas, olas y diferencias térmicas entre sus capas. − Ventajas: es limpia, inagotable, gratuita . - Inconvenientes: Necesita que sea un sitio de costa. Luego precisa una red de distribución 2º FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES ∗ Carbón , Petróleo y Gas Natural Estas tres fuentes de energía se utilizan obteniendo energía de su combustión. − Ventajas: la tecnología para su utilización está muy desarrollada, son las que están actualmente en funcionamiento, su suministro no en variable ya que la extracción viene dada por la demanda. − Inconvenientes: Terminaran por agotarse, su combustión da lugar a CO2 y óxidos de azufre y de nitrógeno entre otros por lo que son contaminantes y sucios. La acumulación de CO2 en la atmósfera provoca el denominado efecto invernadero, lo que estádando lugar a un progresivo calentamiento de la Tierra. Los óxidos de azufre quedan en la atmósfera yal llover dan lugar junto con las gotas de agua a ácido sulfúrico que al caer sobre la vegetación la mata(del mismo modo los óxidos de nitrógeno con las gotas de agua dan lugar a ácido nítrico). A esto se dedenomina lluvia ácida. El Gas Natural es menos contaminante que el carbón y el petróleo, pero sigue presentando losinconvenientes de no ser fuente inagotable y de producir CO2.
  • 9. 9 ∗ Geotérmica Es la contenida en el interior de la Tierra. Esta energía sale al exterior: En forma de gases a altas temperatura. En forma de vapor y agua hirviendo. En forma de agua caliente. − Ventajas: Es una energía limpia. − Inconvenientes: No es inagotable, es difícil porque su explotación ha de estar junto al lugar de extracción y luego necesita una red de distribución. ∗ Nuclear La energía nuclear es la energía proveniente de reacciones nucleares o de la desintegración de losnúcleos de algunos átonos. Procede de la liberación de la energía almacenada en el núcleo de losmismos. Existen dos tipos de reacción nuclear la Fusión y la Fisión. La fusión es la reacción que tiene lugaren el Sol y da lugar a su luz. La energía nuclear se trasforma en energía eléctrica para su utilización. − Ventajas Produce gran cantidad de energía. − Desventajas: Los residuos obtenidos son radiactivos y su radiactividad dura muchísimos años. Por tanto hay de almacenarlos en lugar seguro, pero no siempre se hace así, en muchas ocasiones son lanzados al mar o almacenados en países del tercer mundo a cambio de divisas. Los fallos técnicos son muy peligrosos ya que es fácil que escape radiactividad. El traslado del uranio y los residuos radiactivos es altamente peligroso. Una reacción en cadena no controlada no se sabe lo que podría producir. EJERCICIOS1.- Indica si es verdadero o falso:- La energía sólo se pone de manifiesto cuando pasa de unos cuerpos a otros.- Los alimentos poseen energía química.- Los focos luminosos emiten energía radiante.- Un muelle contraído posee energía potencial.- El carbón es una fuente de energía renovable.-La energía geotérmica procede de las mareas.
  • 10. 102.-- ¿Qué diferencia existe entre las fuentes de energía renovables y las no renovables?3.- Clasifica las siguientes fuentes de energía:- Petróleo - Carbón - Mareas- Viento - Butano - Uranio- Sol - Calor terrestre4.- Completa esta tabla:Energía inicial Aparato que realiza la Energía final transformación bombilla Motor del coche ventilador Panel solar estufa pila Tira-chinas
  • 11. 115.- Completa esta tabla:Fuente de energía Renovable o no ventajas inconvenientes
  • 12. 12