2. 1. A ENERXÍA E OS CAMBIOS
A enerxía podemos definila como “a capacidade que teñen os corpos de experimentaren
cambios ou de provocalos noutros corpos”. Todos os cambios nos corpos (de posición, de
velocidade, de estado de agregación, de forma, químicos…) precisan da utilización de enerxía.
Imos ver uns exemplos:
Debido á enerxía prodúcense cambios na natureza:
A calor do sol transfórmase en enerxía mecánica cando quenta o aire e orixina os ventos.
A calor do sol transfórmase en enerxía mecánica ao quentar a auga e iniciar o seu ciclo.
A luz do sol transfórmase en enerxía química na fotosíntese, para así poder medrar as plantas.
Outros cambios prodúcense pola enerxía que se transforma nas máquinas:
Nun coche a enerxía producida polo combustible permítelle mover as rodas.
Nunha estufa a enerxía eléctrica permite quentar a estancia.
Un alternador é unha máquina que transforma a enerxía mecánica en enerxía eléctrica.
Nun muíño a enerxía do vento transfórmase en enerxía mecánica.
3. 2. TIPOS DE ENERXÍA
A enerxía pode presentarse de moitos xeitos
diferentes, e un tipo pode transformarse
noutro baixo determinadas circunstancias.
Algo así como Mortadelo e os seus disfraces,
sempre é Mortadelo, pero a súa vez
transformarse noutros.
Así a enerxía pode “disfrazarse” de:
Enerxía mecánica: a suma da enerxía
cinética e da enerxía potencial
Enerxía química
Enerxía eléctrica
Enerxía nuclear
Enerxía térmica
Enerxía luminosa
Enerxía sonora
4. Enerxía cinética
A enerxía que teñen os corpos por estaren en movemento é a enerxía cinética. Canto
maiores son a velocidade do corpo e a súa masa, maior é a enerxía cinética que se asocia
a este corpo en movemento.
Para calcular a enerxía cinética dun corpo hai unha fórmula física, que é a que segue
(onde "m" é a masa do corpo e "v" a súa velocidade): Ec= ½ ·m · v2
Como podemos observar, a enerxía cinética dun corpo calcúlase en función da masa dese
corpo e da súa velocidade. Canto maior sexan a masa e a velocidade do corpo, maior será
a súa enerxía cinética.
Nota: Para calcular a enerxía cinética segundo esta fórmula debemos ter como unidade
de masa Kg e como unidade de velocidade os m/s. Senón é así debemos pásalas a estas
unidades.
Cuestión 1: indica cal dos dous corpos ten máis enerxía cinética e di porque
Un tren e un coche a mesma velocidade.
Un camión de 2000 Kg a 25 m/s ou un coche de 750 Kg a 30 m/s
5. Enerxía potencial gravitacional
Os corpos que están a unha certa altura do chan teñen enerxía potencial gravitacional.
Canto maior sexa a altura á que estean maior será a súa enerxía potencial, que é a
enerxía acumulada. Por exemplo, a enerxía potencial (acumulada) que teña un saltador
no alto onde se sitúe fará que poida deslizarse cara á parte inferior; así ocorre nos saltos
dun esquiador ou do que practica skateboard. Cando o saltador se desliza cara á parte
inferior de onde estea situado, a súa enerxía potencial (acumulada) vaise transformando
en enerxía cinética, xa que vai adquirindo maior velocidade.
Para calcular a enerxía potencial dun corpo utilízase a seguinte expresión (onde "m" é a
masa do corpo, "g" o valor da aceleración da gravidade e "h" a altura á que se atopa o
corpo respecto ao chan): Ep = m · g · h
6. Así, a enerxía potencial dun corpo depende da súa masa (en Kg) e da altura (en m) á
que esté situado do chan. Canta maior altura e maior masa, maior enerxía potencial.
Cuestión 2: Contesta se é verdadeiro ou falso e razoa a resposta:
- Dous corpos que caen dende a mesma altura teñen a mesma enerxía potencial.
- A enerxía potencial dun corpo depende só da altura á que estea ese corpo.
- Cando un corpo cae desde unha altura a súa enerxía potencial vai converténdose en
enerxía cinética.
- A enerxía potencial dun corpo é a enerxía acumulada.
7. Enerxía química
É a enerxía dos compostos químicos que se pon de manifesto en calquera reacción
química. Por exemplo cando prendemos lume nunha candea ou nun misto prodúcese
unha reacción de combustión, na que o combustible (fósforo ou mecha, por exemplo)
se combina co osíxeno do aire e se desprende enerxía en forma de luz e calor. Outro
exemplo é o da combustión da gasolina no motor dun coche (enerxía química), que fai
que o coche se mova e teña enerxía cinética.
As pilas que utilizamos acotío en moitos aparellos funcionan debido a unha reacción
química que produce enerxía eléctrica; o mesmo ocorre coa batería dos coches (que
funciona de xeito similar).
8. Enerxía eléctrica
É a enerxía debida ao movemento dos electróns. Os aparellos que fan moverse as
cargas polos condutores chámanse xeradores eléctricos. Unha pila, a batería dun
coche, unha dínamo e un alternador son exemplos de xeradores eléctricos.
A enerxía eléctrica é a forma de enerxía máis estendida e indispensable para a vida
nas sociedades desenvolvidas, pois grazas a ela poden iluminarse as vivendas,
funcionan todos os electrodomésticos, os teléfonos móbiles, os computadores, os
motores eléctricos, etc.
Cuestión 3: Explica en que tipo de enerxía se transforma a enerxía eléctrica nos
seguintes tipos de aparellos: un secador de pelo, unha lavadora, unha lámpada, un
motor eléctrico.
9. Enerxía nuclear
A materia está formada por elementos moi pequenos chamados átomos. O átomo
componse dunha parte central chamada núcleo atómico, onde están os protóns e os
neutróns, e a cortiza, onde xiran os electróns.
A enerxía nuclear é a que se libera cando se rompe un núcleo atómico noutros máis
pequenos (fisión nuclear) ou cando se unen dous ou máis núcleos atómicos para formaren
outro maior (fusión nuclear).
A fusión e a fisión nuclear son dous tipos de reaccións nas que se libera moita enerxía. A
fusión nuclear é a máis enerxética do universo: nela libérase unha enorme cantidade
de enerxía en forma de luz e calor. É característica das estrelas como o noso sol.
10. Pola contra, nas centrais nucleares obtense enerxía por reaccións de fisión nuclear e
utilízase como combustible o uranio. Ademais a fisión xera residuos radiactivos que
supoñen un importante problema medioambiental e de saúde.
Cuestión 4: De onde procede a enerxía do sol?
Cuestión 5: Que vantaxes e inconvintes cres que ten a enerxía das centrais nucleares?
Enerxía térmica ou calorífica
É a enerxía que se intercambia entre dous corpos que están a diferentes temperaturas.
Este paso de enerxía é o que chamamos calor. A calor considérase por isto unha
enerxía de tránsito e sempre pasa espontáneamente do corpo quente (o de máis
temperatura) ao frío.
Enerxía interna
É a enerxía que posúen os corpos debido ao movemento das súas partículas
(moléculas ou átomos). É esencial para explicar os cambios de estado.
A enerxía interna dun corpo aumenta ao pasar de estado sólido a líquido.
11. A temperatura dun corpo mide a enerxía interna que posúe; é a medida do grao de
axitación das moléculas ou átomos que o constitúen, a maior axitación maior
temperatura.
Cuestión 6: serías quen de establecer a diferenza entre os conceptos calor e
temperatura?
Cuestión 7: Por que se derrete o xeo cando o metemos nunha bebida?
Cuestión 8: cando ferves auga nunha pota a medida que o líquido aumenta a súa
temperatura a súa superficie comeza a moverse, porque sucede esto?
12. Os cambios de estado
As substancias poden existir en tres estados: sólido, líquido e gasoso.
O cambio de estado é a modificación na forma en que se dispoñen as partículas
dunha substancia.
Os cambios de estado poden ser:
Progresivos: prodúcense suministrando calor.
Regresivos: prodúcense desprendendo calor.
13. Temperatura de fusión: é a temperatura á que unha substancia sólida pasa a
líquida.
Temperatura de ebulición: é a temperatura á que unha substancia líquida pasa a
gas.
Mentres que unha substancia estea cambiando de estado, aínda que se lle aporte
calor, a súa temperatura non cambia, xa que esta enerxía emprégase para romper as
unións entre as partículas.
Os cambios de estado
15. Para pasar dunha escala a outra:
Pasar da escala Celsius a Kelvin:
K = ⁰C + 273
Pasar da escala Celsius a Fahrenheit:
⁰F = ⁰C x
9
5
+32
Pasar da escala Kelvin a Celsius:
⁰C = K - 273
Pasar da escala Fahrenheit a Celsius:
⁰C = (⁰F – 32) x
5
9
Exercicios 14 e 15 do libro (páxina 216)
16. Enerxía radiante (luminosa)
A enerxía radiante é aquela que se transmite en forma de ondas electromagnéticas; parte
podémola ver en forma de luz, pero ademais da luz visible existen outras formas de enerxía
radiante invisibles para o ollo humano, como son: as ondas de radio e televisión, as
microondas, os raios ultravioleta, os raios infravermellos ou os raios X.
Cuestión 9: Podemos ver toda a enerxía que nos chega do sol?
Enerxía sonora
A enerxía sonora ou acústica é a enerxía transportada polas ondas sonoras, estas ondas
necesitan un medio para se propagar, a diferenza das da luz e demais ondas
electromagnéticas, que poden viaxar no baleiro. Vexamos uns exemplos:
Ao falarmos ou cantarmos, as nosas cordas vocais vibran e emiten sons en forma de ondas
sonoras. As ondas sonoras producidas nun estoupido grande teñen enerxía suficientes
para romper vidros e obxectos. Os altofalantes transforman a enerxía eléctrica en enerxía
sonora.
17. 3. UNIDADES DE ENERXÍA
A enerxía pódese medir, e a unidade de enerxía no Sistema Internacional (SI) é o joule,
símbolo J (en honra a James P. Joule). Un joule é unha cantidade de enerxía máis ben
pequena; un libro de 1 kg a unha altura de 1 m ten unha enerxía potencial aproximada
de 10 J; unha pedra de 2 kg movéndose a 36 km/h ten unha enerxía de 100 J. Hai máis
unidades para medir a enerxía; unhas son múltiplos e divisores do joule, como o
quilojoule (kJ= 1.000 J) ou o megajoule (MJ= 1.000.000 J), e outras non son do SI, como
a caloría (cal) e a quilocaloría (kcal = 1.000 cal); as equivalencias son as seguintes:
1 cal = 4.18 J/ 1 kcal = 4 180 J/ 1 kcal = 1000 cal
Cuestión 10: Cando queimamos 1 litro de gasolina libéranse 32.000 Kcal de calor. Canta
enerxía é? Expresaá en Joules e en megajoules.
18. 4. PROPIEDADES XERAIS DA ENERXÍA
A enerxía pódese almacenar
O combustible que temos no depósito do coche ten enerxía química almacenada, e así seguirá ata que
non o queimemos. A auga embalsada nun encoro ten enerxía potencial gravitacional almacenada, que
non se usará ata que a auga caia e mova as turbinas. Daquela, a enerxía pódese gardar ou almacenar
para ser usada posteriormente.
A enerxía transfórmase
Unhas formas da enerxía pódense transformar noutras. Por exemplo: A enerxía potencial da auga nun
encoro transfórmase en enerxía cinética cando cae pola canle en dirección ás turbinas. Nas turbinas a
enerxía cinética transfórmase en enerxía eléctrica.
A enerxía consérvase
Os cambios que experimentan débense ás transformacións da enerxía. Pero a enerxía nin se crea nin se
destrúe no proceso de transformación, xa que o seu valor total permanece constante. É o chamado
principio da conservación da enerxía, que di o seguinte: ”A enerxía nin se crea nin se destrúe; tan só
se transforma “ Por exemplo, cando a pila dunha lanterna se esgota, a enerxía química proporcionada
pola pila transformouse en luz e calor. Logo, a enerxía non se perde, transfórmase noutras formas de
enerxía
19. Cuestión 11: pon exemplos de obxectos con enerxía almacenada.
Cuestión 12: Nun texto lemos que un meteorito, cando entra na atmosfera terrestre,
ten, entre enerxía cinética e potencial gravitacional, 3 MJ (megajoules) de enerxía
total. Porén, cando bate contra a terra, só ten unha enerxía cinética de 1,2 MJ.
Resulta que os datos están ben. Non se cumpre aquí o principio de conservación da
enerxía?
20. 5. FONTES DE ENERXÍA
As fontes de enerxía poden ser de dous tipos:
Non renovables: as que proceden de recursos que se esgotan co tempo ao seguilos
consumindo.
Renovables: as que non se esgotan; o que delas se consome rexenérase ou é
prácticamente inesgotable.
Cuestión 13: Que son as fontes de enerxía renovables? E as non renovables? Pon dous
exemplos de cada tipo.
As fontes de enerxía que usamos actualmente de xeito masivo son, na súa maioría, non
renovables. Exemplos destas fontes de enerxía son o carbón, o petróleo, o gas natural e
as substancias radioactivas, como o uranio.
21. O carbón
Orixe: o carbón é un mineral de cor negra que procede de grandes masas fósiles
vexetais que quedaron soterradas hai millóns de anos.
Extracción: extráese de minas a ceo aberto ou escavadas a diferentes profundidades. As
reservas de carbón poden durar uns 300 anos.
Uso: úsase como combustible para quentar auga ou obter vapor en centrais térmicas
para producir electricidade.
O carbón é unha fonte relativamente barata, pero contamina bastante; a súa extracción
nas minas é difícil e perigosa e o transporte é caro. A combustión do carbón emite á
atmosfera CO2 (que aumenta o efecto invernadoiro e o cambio climático), e óxidos de
nitróxeno e xofre (que provocan chuvias ácidas perigosas para os seres vivos).
NON RENOVABLES
22. O petróleo
Orixe: é un líquido escuro e viscoso que foi producido hai millóns de anos a partir de
restos de organismos mariños enterrados.
Extracción: obtense perforando pozos en terra firme ou con plataformas petrolíferas
no mar. Ao ritmo actual de consumo calcúlanse reservas de petróleo para uns 100
anos.
Uso: é a fonte de enerxía máis utilizada na actualidade, como combustible para
locomoción en forma de gasolina, gasóleo e fuel; como materia prima para plásticos,
disolventes, cauchos, ceras, asfalto, fibras sintéticas e medicinas. Ten un poder
calorífico maior que o do carbón.
O seu transporte en grandes petroleiros pode xerar mareas negras como a do Prestige, e a
súa combustión produce dióxido de carbono e óxidos de nitróxeno e xofre, dependendo
do tipo de petróleo. Por outra banda, aínda que tamén é relativamente barato, factores
xeopolíticos fan que o seu prezo poida variar con rapidez, producindo desequilibrios
económicos en moitos países, como o noso.
23. O gas natural
Orixe: o gas natural é unha mestura de gases que se formou xunto co petróleo.
Atópase nas mesmas bolsas subterráneas de onde se extrae o petróleo.
Extracción: extráese de pozos subterráneos ou submariños mediante un proceso
similar ao do petróleo. Polo xeral os depósitos de gas natural están lonxe de zonas
urbanas, e transpórtase por medio dun tubo subterráneo chamado gasoduto.
Uso: úsase nas centrais térmicas para producir electricidade e nas vivendas para
cociñar, calefacción, auga quente, etc. As súas reservas son similares ás do petróleo
aínda que o seu ritmo de consumo é inferior.
Nota: O carbón, o petróleo e o gas natural chámanse en conxunto combustibles fósiles.
24. Substancias radioactivas: uranio
Orixe: o uranio é un elemento radioactivo que se usa nas centrais nucleares, para obter unha
grande cantidade de enerxía debido ás reaccións nucleares. O mineral uranio áchase na natureza
en cantidades limitadas, polo que é un recurso non renovable.
Extracción: o uranio que se extrae das minas.
Uso: a ruptura dos núcleos de uranio libera unha grande cantidade de calor, que se utiliza para
producir a electricidade nas centrais nucleares. A desintegración dun gramo de uranio xera a
mesma cantidade de enerxía que 1.700 kg de petróleo ou 2.700 kg de carbón.
Os inconvenientes deste tipo de enerxía nuclear son a súa perigosidade en caso de accidente
(central de Chernobil, central de Fukushima), o seu uso con non pacíficos e que produce residuos
altamente radioactivos e perigosos que duran milleiros de anos e son difíciles de almacenar.
Cuestión 14: Sinala as vantaxes e inconvintes de cada tipo de fonte de enerxía non renovable.
Cuestión 15: Indica catro produtos derivados do petróleo.
Cuestión 16: Cales son os combustibles fósiles? Por que se chaman así?
25. RENOVABLES
Enerxía hidráulica
A auga nos encoros está a grande altura, polo que ten enerxía potencial gravitacional.
Cando se deixa caer, a velocidade da auga move turbinas que producen electricidade nas
centrais hidroeléctricas. Esta é a fonte de enerxía renovable máis empregada actualmente.
Vantaxes: é limpa e non xera residuos, aínda que sí un impacto na zona do encoro (visual,
caudal ecolóxico...). Os seus inconvenientes son a pouca dispoñibilidade en épocas de seca
e o asolagamento de vales fértiles ou de importancia ecolóxica. En Galicia hai grandes
centrais hidráulicas e minicentrais.
Enerxía eólica
O aire en movemento ten enerxía cinética. Produce electricidade en aeroxeradores. O xiro
das pás fai que un xerador incorporado produza corrente eléctrica. Un conxunto de
aeroxeradores é unha central eólica. En Galicia hai parques eólicos sobre todo en zonas
costeiras, e prevese a instalación de moitos máis. Como inconvintes podemos citar o
impacto visual, as mortes de aves, que baten contra as pás, e que só xeran electricidade
cando hai vento adecuado. Vantaxes: é limpa e non xera residuos e o alto rendemento.
26. Enerxía solar
Aquela que procede directamente do sol. Aproveitamola de dous xeitos:
Enerxía solar térmica. Obtense calor utilizando quentadores solares, que son grandes
paneis de vidro baixo os que se instalan tubaxes polas que circula auga, que quece
aproveitando a radiación solar. Prodúcese así auga quente para uso doméstico e de
calefacción. Estas placas solares colócanse sobre os tellados dos edificios para que poidan
recibira luz do sol.
Enerxía solar fotovoltaica. Prodúcese directamente electricidade cando a radiación solar
incide nas placas fotovoltaicas (feitas dun material semicondutor apropiado). Na
actualidade constrúense grandes concentracións de placas fotovoltaicas conectadas entre
si, que forman unha central solar.
Dentro da Unión Europea, España é dos países que ten máis produción deste tipo de
enerxía. Vantaxes: é limpa, non produce ruidos e non xera residuos.
Os inconvintes son que segue a ser unha fonte de electricidade cara comparada coas non
renovables. Ten ademais o inconveniente de ser intermitente, xa que ás noites e nos días
anubrados non se pode obter (non se pode almacenar).
27. Enerxía xeotérmica
O interior da Terra está a elevada temperatura. A auga quente que sae espontáneamente
nalgúns lugares pode aproveitarse para calefacción, uso sanitario e doméstico, e para
producir electricidade. Vantaxes: é limpa e non xera residuos . Inconvenientes: as centrais só
resultan rendibles nalgunhas zonas da terra.
Enerxía mareomotriz
Existen centrais que aproveitan a enerxía das mareas para producir electricidade. As centrais
mareomotrices funcionan como un encoro de río, o depósito énchese coa marea (preamar)
e a auga retense ata a baixamar para se liberar despois a través duns condutos estreitos que
aumentan a presión, ata as turbinas que xeran a electricidade. Vantaxes: é limpa e non xera
residuos. Inconvenientes: baixo rendemento, cara e limitada a costa.
Biomasa
É a que procede de materia orgánica non fosilizada. Pódese usar ben por combustión para
producir directamente calor ou electricidade, ou por transformación en combustibles como
o bioetanol (alcohol de biomasa: millo, solla…), o biodiesel (aceites, graxas animais) e o
biogás (fermentación de refugallos orgánicos).
28. Inconvintes: existen os chamados cultivos enerxéticos, que son plantacións de
crecemento rápido destinados á produción de biomasa, polo tanto diminúe a cantidade
de terras dispoñibles para o cultivo de consumo humano e a gandería. Existe tamén o
perigo do aumento do custo dos alimentos, así como o aumento de produción de
monocultivos. Vantaxes: poucos residuos que son ademais biodegradables, os
biocombustibles contaminan menos que os combustibles fósiles e xestionamos residuos.
Cuestión 17: Que vantaxes supón utilizar as enerxías renovables fronte ás non
renovables?
Cuestión 18: Que tipo de enerxía se produce cando usamos como fonte a enerxía
hidráulica?
Cuestión 19: Que inconvenientes teñen as centrais eólicas?
Cuestión 20: Como se aproveita na actualidade a enerxía solar?
Cuestión 21: Como se aproveita a calor interna da terra para xerar enerxía?
Cuestión 22: Que é a enerxía mareomtriz?
Cuestión 23: Que é a biomasa e que utilidades ten?
29. 7. O FUTURO DA ENERXÍA
A maioría das enerxías empregadas actualmente proceden de fontes non renovables.
A crecente demanda mundial de enerxía (China, A India, etc.) fai encarecer os seus
prezos. Algunhas medidas para combater estes efectos negativos son:
Mellorar o rendemento dos motores para que consuman menos.
Mellorar os sistemas que evitan a contaminación nas centrais térmicas (tratamento
dos gases, filtros que reteñan partículas, uso de combustibles menos
contaminantes, etc.).
Usar cada vez máis enerxías renovables limpas.
Investigar novas fontes ou desenvolver tecnolóxicamente as xa coñecidas pero pouco
empregadas aínda, como a solar, a eólica, as pilas de hidróxeno, a nuclear de fusión...
Para coidar a vida no planeta débense usar recursos enerxéticos limpos e renovables.
É por iso que as enerxías renovables poden ser o futuro da enerxía no planeta.
