Bloque 7 Necesitamos energía. Cuidado con los recursos!

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1 Bloque 7 Necesitamos energía. Cuidado con los recursos! Qué es la energía? Al mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales se trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más variadas tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan del concurso de la energía. La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo. La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición de agua mediante la corriente eléctrica. La energía es una propiedad de los cuerpos o sistemas que se relaciona (o tiene que ver) con su capacidad para producir cambios en otros cuerpos o sistemas o en ellos mismos. La energía es la propiedad de los cuerpos que les permite hacer cosas. Pero esa capacidad para producir cambios puede tener diferentes orígenes y para tener eso en cuenta, se le pone a la energía un apellido que nos informa con qué está asociado cada tipo de energía. Por ejemplo: energía cinética, energía potencial, energía radiante, energía térmica, energía eléctrica, energía interna, etc... Energía cinética: asociada con el movimiento de los cuerpos. Todo cuerpo en movimiento tiene energía cinética. Por ejemplo, el aire en movimiento puede mover las palas de un molino. Energía potencial: asociada a la posición de los cuerpos y la atracción entre la Tierra y el cuerpo. El agua cuando está en los depósitos o en un embalse, tiene más energía que cuando está al nivel del suelo. Energía radiante: todo cuerpo que está a una determinada temperatura emite energía. Por ejemplo, el Sol. Energía eléctrica: asociada con la intensidad de corriente, el voltaje y el tiempo que está pasando la corriente por un determinado aparato. Una estufa eléctrica, un ventilador, un frigorífico utilizan la energía eléctrica para su funcionamiento. Energía interna: asociada con la temperatura y con la naturaleza de las sustancias. Si quemamos gasolina, pólvora, carbón o los alimentos que comemos podemos obtener una gran cantidad de energía. Energía atómica o nuclear: está relacionada con los procesos que tienen lugar en el interior de los átomos. 1

2 Módulo IV bloque Haz un resumen de la siguiente lectura: NUEVA YORK, UNA CIUDAD EN TINIEBLAS Nada hacía pensar que el 9 de Noviembre de 1965 fuera a convertirse en un día muy especial para la ciudad de Nueva York. La vida se desarrollaba con toda normalidad, o, al menos, con la normalidad con que transcurre en una ciudad de más de diez millones de habitantes. Sin embargo, a las 5,15 de la tarde iba a suceder algo que haría que los neoyorquinos recordasen dicha fecha durante muchos años. A esa hora, y debido a una serie de causas todavía no bien conocidas, todas las centrales que suministran energía eléctrica a Nueva York experimentaban una avería simultánea que dejaba a la ciudad en tinieblas. Al instante, las luces de los edificios se apagaron; los ascensores, que en los rascacielos transportaban a miles de personas de unos pisos a otros, interrumpían la marcha y dejaban aprisionados en su interior a los asustados pasajeros; los semáforos que regulaban el tráfico en la ciudad dejaron de funcionar, provocando un caos circulatorio como nunca se había conocido; las calefacciones que funcionaban gracias a la electricidad dejaron de hacerlo, convirtiendo el interior de los edificios en gélidas neveras; los quirófanos quedaron a oscuras, teniendo que recurrir a sus propios equipos electrógenos para situaciones de emergencia; los aeropuertos de la ciudad hubieron de interrumpir el servicio, quedando aislados del exterior millares de personas que, por otra parte, se hallaban desconcertadas al no poder saber que ocurría, ya que todas las emisoras de radio y televisión habían enmudecido. Esta situación duró hasta las diez de la mañana del día siguiente, tras una noche de miedo, frío, pánico, incomunicación y pillaje. El caos padecido sirvió como ejemplo a la humanidad, que pudo observar en lo que se transformaba una gran ciudad cuando se veía privada de algo tan cotidiano, y a lo que se concede tan poca importancia, como es la electricidad. En realidad, lo que sucedió en Nueva York el día de su famoso apagón fue, simplemente, que le faltó parte de la energía que toda la ciudad necesita hoy. Pero, qué es la energía? Por qué es tan importante? Cómo puede su carencia imprevista llegar a producir tal situación? Durante el célebre apagón de Nueva York, muchas personas se refugiaron en las iglesias pensando que aquello significaba el principio de una hecatombe, que algunos relacionaban con una invasión de origen extraterrestre. Pero la mayoría se encerró en sus hogares. Millones de personas, carentes de alicientes externos y faltos esa noche del recurso de la televisión se refugiaron mucho más temprano que de costumbre en sus dormitorios. ( LA CRISIS DE LA ENERGÍA, Temas Clave Ed. Salvat) 2. Comenta soluciones alternativas que puedan paliar la falta de energía eléctrica en un apagón. Qué beneficios y perjuicios conlleva la dependencia de una sola fuente energética? 3. Analiza las siguientes situaciones, indicando en cada caso qué sistemas se transforman, qué transformaciones se producen y a qué son debidas: a) un ascensor que sube a una persona hasta un noveno piso. b) una chimenea encendida en una casa. c) un atleta corriendo. d) el crecimiento de un niño. 4. Escribe una frase que indique la relación entre la energía y cada una de las siguientes palabras: alimentos, electrodomésticos, explosivos, movimiento, atleta, pila eléctrica.

3 Módulo IV bloque Al cochecito de juguete de un niño se le da cuerda. Entonces, se mueve, y después se para. Cuándo tiene el cochecito más energía? a) Antes de que se le dé cuerda b) Justo cuando se le dé cuerda c) Cuando está en movimiento d) Cuando se ha parado e) Siempre la misma 6. Crees que para que un sistema tenga energía es necesario que esté en movimiento? Tiene energía un libro colocado encima de una mesa? Justifica tu respuesta y escribe algún ejemplo que la aclare. 7. La energía, que de acuerdo con nuestra definición interviene en todo tipo de fenómenos, puede deberse a causas muy distintas y por tanto presentarse en formas muy diferentes. Escribe algunas de las formas de energía que conozcas. 8. Fuentes de la energía Dónde vamos a buscar la energía? Algunas de sus fuentes son minas situadas en países lejanos, mientras que otras brillan directamente sobre el tejado de nuestra casa, o soplan en los montes cercanos. Identifica las fuentes y formas de energía que podemos encontrar en el siguiente dibujo: 9. Subraya lo que creas más importante del siguiente texto: Los cuerpos pueden tener energía, es decir capacidad para producir transformaciones, por motivos muy diferentes. Dependiendo del motivo por el que un cuerpo tenga energía o capacidad para producir transformaciones, se suele decir que tiene energía en diferentes formas. En el lenguaje cotidiano se habla a veces de energía luminosa, energía eólica, energía térmica, energía eléctrica, etc, pero eso no quiere decir que sean formas distintas de energía, sino que con esas expresiones identificamos la energía de acuerdo con la fuente utilizada para obtenerla. En realidad, si nos expresamos con rigor, sólo se debe hablar de energía cinética y de energía potencial. No obstante, para facilitar las cosas en la primera página se hace referencia a otras formas de energía (eléctrica, interna, nuclear), que en realidad se podían explicar en términos de energía cinética y potencial. 10. Un jugador de golf golpea una bola. Describe los cambios de energía que va experimentando la bola desde que se pone en movimiento hasta que se detiene.

4 Módulo IV bloque 7 4 Unidades de energía La unidad de energía en el Sistema Internacional (S.I.) es el Julio(J). Otra unidad es la caloría (cal) que equivale a 4 18 julios. Otra unidad es el kwh (kilovatiohora) que equivale a julios. El julio es una unidad muy pequeña. Para hacernos una idea, la energía que se puede obtener al quemar 1 kg de gasolina es aproximadamente igual a de julios. Energía cinética Los cuerpos por el hecho de moverse tienen la capacidad de transformar su entorno. Pensemos que al movernos somos capaces de transportar objetos, de chocar, de romper, etc. Llamamos energía cinética a la energía que posee un cuerpo por el hecho de moverse. La energía cinética de un cuerpo depende de su masa y de su velocidad según la relación: E c = mv2 2 E c energia cinética en julios (J) m masa del cuerpo en kilogramos (kg) v velocidad del cuerpo en metros/segundo (m/s) El valor de la energía cinética E c es la mitad del producto de la masa del cuerpo por el cuadrado de la velocidad. 1. Pon ejemplos de situaciones en las que la energía cinética sea importante. 2. Calcula la energía cinética de un coche de 1000 kg cuando tiene una velocidad de 72 km/h. 3. Cuánta energía se necesita para que el coche, al que se refiere el apartado anterior, cambie su velocidad de 20 m/s a 30 m/s? De dónde procede dicha energía? 4. Sabemos que la energía cinética de un cuerpo que se mueve a 1 m/s es de 1 J. Cuánto vale su masa? 5. Calcula la energía cinética de un automóvil cuya masa es 1000 kg y que se mueve con velocidad de 90 km/h. 6. Qué tiene más efecto sobre la energía cinética: aumentar (al doble) la masa o aumentar (al doble) la velocidad? 7. Actividad de investigación. Haz una estimación aproximada de la energía cinética que tienen: a) un coche circulando por una autopista b) una pelota de tenis en un saque c) un balón en una falta lanzada por Figo (o el jugador que más te guste) 8. Un automóvil de 1000 kg de masa se mueve a una velocidad de 25 m/s a) Cuál es su energía cinética? b) A qué velocidad se debe mover un objeto de 80 kg de masa para tener la misma energía cinética que la del auto? 9. Un coche de 1200 kg de masa circula por una carretera horizontal. Cuando va a una velocidad de 108 km/h se le para el motor y recorre 180 m hasta pararse. Qué energía cinética tiene en ese momento? Qué ha podido pasar con la energía cinética?

5 Módulo IV bloque 7 5 Energía potencial gravitatoria La energía potencial gravitatoria es la que tienen los cuerpos según su posición con respecto a la Tierra. E p = m g h E p energia potencial en julios (J) m masa del cuerpo en kilogramos (kg) g gravedad del planeta en la Tierra (9 8 N kg ) h altura en metros (m) El valor de la energía potencial E p depende de la masa del cuerpo, de la gravedad del planeta y de la altura respecto del nivel que hayamos tomado como referencia. 1. Pon ejemplos de situaciones en los que la energía potencial sea importante. 2. Cómo podríamos comprobar experimentalmente que la energía potencial gravitatoria depende de la masa y la altura? Si no salimos del planeta Tierra la gravedad, prácticamente, será siempre la misma. 3. Se quiere colocar una viga metálica de 500 kg sobre dos pilares que tienen una altura de 6 metros sobre el suelo. La viga esta inicialmente, a 2 metros del suelo. Con ayuda de una grúa levantamos la viga hasta los 6 metros. a) Cuánta energía potencial gravitatoria tendrá la viga cuando esté sobre los pilares? b) Cuánta energía habrá sido necesaria para subir la viga? c) De dónde ha salido dicha energía? 4. Cuál es la energía potencial gravitatoria de un avión, que vacío tiene una masa de 20 Tm y que transporta una carga de 4000 kg, cuando vuela a una altura de 3000 metros. Sería correcto decir que es la energía total del avión? 5. Actividad de investigación. Haz una estimación aproximada de la energía potencial de: a) una bombona de butano en un 8 o piso b) un halcón iniciando la caza c) un avión airbus A380 en vuelo regular 6. Fíjate en la siguiente gráfica: Dibújala en tu cuaderno. Esta gráfica corresponde al vuelo de un halcón durante cierto tiempo. El tiempo está tomando como unidad el minuto. En el eje vertical está la altura de 10 m en 10 m. a) Calcular la energía potencial del halcón en el nido. Es la máxima que puede alcanzar? Figura 1: El vuelo del halcón b) Calcular la energía potencial en el momento de cazar una paloma y cuando el halcón caza un roedor.

6 Módulo IV bloque 7 6 Ley de conservación y transformación de la energía. Degradación de la energía La energía, que es la propiedad de los cuerpos de producir transformaciones, se presenta de diferentes formas: cinética, potencial, interna, etc. Cuando se producen cambios en los sistemas o cuerpos, la energía de una determinada clase puede disminuir, mientras que aumenta la energía de otra clase. Por ejemplo: el halcón del ejercicio último alcanza una gran velocidad, es decir, aumenta su energía cinética, al caer en picado a costa de disminuir su energía potencial. Los seres vivos utilizan la energía para poder transformar el sistema exterior que los rodea y para el mantenimiento de sus funciones vitales, para subir una escalera, para correr o para empujar un cuerpo los seres vivos necesitan energía. Pero tambien la necesitan para crecer o simplemente para el mantenimiento de sus organismos. En todas estas transformaciones o cambios hay una ley fundamental de la Física que siempre se verifica, y es la ley de la conservación de la energía: La ley de conservación de la energía expresa que: la energía no puede ser creada ni destruida. Puede transformarse de una forma a otra, pero la cantidad total de energía siempre permanece constante, es decir, siempre es la misma. 1. Qué tipo de energía tiene un cuerpo que cae desde una torre y que en un momento determinado está a 5 metros del suelo: potencial, cinética o ambas. 2. Se deja caer un objeto desde cierta altura. Completa la tabla siguiente: Puntos E p (J) E c (J) Energía Total: E m Desde un tejado que está a 15 metros del suelo cae una teja de 2 kg. Indica todas las formas energías que tiene la teja: a) En el momento que inicia la caída. b) Cuando va cayendo y pasa por un punto situado a 10 metros del suelo. c) Calcula la velocidad de la teja en ese momento. d) Indica las energías que tendrá la teja justo un momento antes de llegar al suelo. Qué velocidad tendrá en ese momento? 4. Un saltador de pértiga llega al momento del salto con una velocidad de 8 m/s. Cálcula la altura teórica que podrá superar en ese salto. 5. Desde una altura de 40 metros lanzamos hacia arriba, con velocidad de 20 m/s, un balón de 0 5 kg. Calcula que velocidad llevará el balón cuando pase por una ventana que se encuentra a 10 metros del suelo. 6. La energía de un cuerpo en un momento dado es de 255 J, cuál será su masa si lleva una velocidad de 5 m/s y está a una altura de 12 m?

7 Módulo IV bloque 7 7 Degradación de la energía. Rendimiento de las transformaciones Hasta ahora hemos trabajado sobre la idea de que la energía se conserva. Sin embargo, sabemos que hoy en día existe un problema con la energía, un problema tan importante como para provocar guerras, noticias alarmantes, etc. Es frecuente leer o escuchar en los medios de comunicación expresiones como: sólo queda energía para unos 50 años, o bien, el consumo de energía en los paises desarrollados es mucho mayor que en los paises en vía de desarrollo.y otras que dicen, para evitar las pérdidas de energía se utiliza en estas máquinas un dispositivo que permite aislarla. Todo esto nos hace plantearnos la siguiente pregunta: si la energía se conserva, cómo podemos decir que la energía se gasta o se acaba? La respuesta está si consideramos que, aunque la energía se conserva, no todas las formas de energía son igualmente útiles para el hombre y podemos hablar de tipos de energía, unas con más calidad que otras, en función del aprovechamiento que podamos obtener de ellas, es decir, de la cantidad de transformaciones que se puedan obtener. Generalmente, cuando usamos la energía para algún proceso que nos proporciona bienestar, utilizamos la energía de una determinada calidad y al final del proceso tenemos la misma cantidad de energía, pero de peor calidad, de forma que decimos que la energía se ha degradado. 1. Describe algunos procesos cotidianos donde se produce degradación de la energía. 2. Qué tipo de energía tiene más utilidad o calidad, la eléctrica o la cinética de un coche en movimiento? 3. Tenemos un trompo que se encuentra girando y acaba por pararse. Ha desaparecido la energía del trompo? 4. Un coche a 100 km/h, frena y se detiene. Ha desaparecido la energía del coche o se ha degradado? Rendimiento de las transformaciones Desde tiempos remotos el hombre ha intentando mejorar sus condiciones de vida, desde este punto de vista fabrica máquinas. Las máquinas para funcionar consumen energía, en el sentido de realizar transformaciones en las que siempre se produce degradación de la energía. Muchas de estas máquinas utilizan la energía procedente de los combustibles: los combustibles son sustancias que tienen gran cantidad de energía interna, que cuando se queman, es decir, reaccionan con el oxígeno del aire, desprenden grandes cantidades de energía. No todos los combustibles liberan la misma cantidad de energía, para diferenciarlos se define el poder calorífico de un combustible como la cantidad de energía que se libera al quemar, es decir, en la combustión, 1 kg de combustible. Se expresa en J kg Al utilizar las máquinas no toda la energía se emplea en provocar las transformaciones que se pretende, sino que hay parte de la energía del combustible, que generalmente como consecuencia de rozamientos, se emplea en calentar el motor de la máquina o el aire que la rodea. Por eso se suele emplear el concepto de rendimiento o eficacia de la máquina: El rendimiento es la fracción de energía que aprovechamos en una transferencia energética. El rendimiento se suele expresar en % (tanto por ciento), y se calcula: rendimiento = Eútil E suministrada 100 Energia suministrada = Energia útil + Energia disipada

8 Módulo IV bloque Cuál de los cambios de energía A, B, C o D, no podrá ocurrir nunca? Justifícalo. A En una bombilla: 100 julios de energía eléctrica en 40 julios de energía luminosa. B En un rifle: 200 julios de energía explosiva en 250 julios de energía cinética. C En una central térmica: julios de energía interna del combustible en julios de energía eléctrica. D En un altavoz: 3 julios de energía eléctrica en 0,5 julios de energía sonora. 2. El poder calorífico de una gasolina es de kj/kg y su densidad de 0 72 g/cm 3. Calcula la energía liberada cuando se queman 2 litros de sea gasolina. Expresa el rsultado en julios y en calorias. 3. Con la energía obtenida en la actividad anterior, suponiendo que se pudiera aprovechar toda ella, a qué altura podríamos subir un coche de masa 1400 kg? 4. Actividad de investigación: explica el funcionamiento de las viejas locomotoras de vapor. Se aprovecha toda la energía de las máquinas de vapor en producir los efectos que se pretenden, es decir, en mover el tren o el barco de que se trate? 5. Qué queremos decir al indicar que el rendimiento del motor de un ascensor es del 60 %? 6. Cuál es el rendimiento de una transformación energética si de J, solo se aprovechan J? 7. El rendimiento de una máquina es del 30 %. Qué energía útil se obtiene si la energía que se aporta a la máquina es de J? 8. Un montacargas eleva una carga de 200 kg desde el suelo hasta una altura de 8 metros. La energía consumida por el motor durante el proceso es de 20 kj. a) Cuál ha sido el rendimiento del motor? b) Podemos decir que esa energía ha sido gastada o consumida por el motor? Explicar. 9. Un cuerpo de masa 50 kg cae desde una altura de 500 metros llegando al suelo con una velocidad de 80 m/s. a) Se verfica el principio de conservación de la energía? Cómo explicas el resultado? b) Obtener el rendimiento del proceso de transformación de energía potencial a cinética. 10. Según el principio de conservación de la energía, esta ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Cómo se explica entonces el posible agotamiento de las fuentes de energía? Características de la energía Se transforma: Cuando los sistemas cambian, la energía puede manifestarse de formas diferentes, cambiando de una forma a otra. Se transfiere: La propiedad que llamamos energía puede disminuir en un sistema al mismo tiempo que aumenta en otro. Eso se interpreta diciendo que el primer sistema transfiere energía al segundo. Se conserva: La cantidad total de energía es siempre la misma. Nunca se crea o se destruye energía. Se degrada: Algunas formas de energía son más útiles que otras, pues permiten realizar más transformaciones. Cuando usamos la energía, pasa de una forma más útil a otra menos útil, que es menos aprovechable. Decimos que la energía se ha degradado.

9 Módulo IV bloque 7 9 Potencia Al estudiar diferentes transformaciones no siempre nos basta saber la energía intercambiada en el proceso, sino que tambien es necesario conocer el tiempo que tarda en producirse ese intercambio energético. Para considerar ambos factores se introduce una nueva magnitud, la potencia. La potencia se define como la energía transferida por unidad de tiempo en una transformación. Potencia = Energia transf erida tiempo que dura la transf ormación Unidades de potencia La unidad de potencia en el Sistema Internacional (S.I.) es el Vatio(W). Otra unidad es la kilovatio (kw) que equivale a 1000 vatios. Otra unidad es el Caballo de vapor (C.V.) que equivale a 735 vatios. 1. Qué significa que la potencia de una máquina es de 60 W? 2. La máquina anterior, podrá realizar una transformación en la que se intercambien 180 julios? 3. Si la potencia de una estufa es de 2000 W, Qué energía nos puede dar en 1 minuto? 4. El kwh, de qué magnitud es unidad? Cuál es su equivalencia en unidades del S.I? 5. Actividad de investigación. Completa la siguiente tabla con la potencia de los electrodomésticos de una casa: Potencia de los electrodomésticos televisor frigorífico plancha lavadora bombilla fluorescente 6. Haz una estimación del gasto energético de tu casa en el periodo de un mes. Expresa el resultado en kwh y compáralo con lo que dice el recibo de la compañia eléctrica. 7. Quieres calentar medio litro de agua (500 g) hasta una cierta temperatura y lo puedes hacer usando el fuego grande o el pequeño de la cocina. En qué caso aumenta más la energía del agua? En qué caso se tardará menos en calentar el agua? 8. Queremos subir 3000 kg de cemento desde el suelo hasta un cuarto piso, y podemos hacerlo de dos maneras: 1) subiendo a cuestas los sacos y 2) mediante una grúa. En qué caso aumenta más la energía del cemento? Mediante qué procedimiento se tardará menos tiempo? en qué método se empleará más potencia? 9. Pon ejemplos en los que se utilicen máquinas para realizar una misma transformación en menos tiempo. 10. un motor eléctrico A, al funcionar durante 5 minutos, nos suministra una energía de J. Otro motor B, nos proporciona una energía de 0 04 kwh cuando está funcionando durante 20 minutos. a) Cuál de estos motores nos proporciona más energía? b) Cuál de ellos tiene más potencia?

10 Módulo IV bloque 7 10 Transferencias de energía: calor y trabajo Si nos planteamos la manera de calentar, elevar la temperatura, de un clavo de hierro llegaremos a la conclusión de que existen dos formas distintas: o metiéndolo en un fuego o golpeándolo con un martillo. En un caso el clavo es calentado por algo más caliente que él y en el otro por los golpes o por fricción entre las partes. En el lenguaje común se habla de calor suministrado en ambos casos; sin embargo, en el lenguaje de la Física la descripción se hace con el concepto de energía. Según esta visión, todos los cuerpos tienen una energía, llamada energía interna, que puede ser alterada interactuando con su entorno; cuando la interacción ocurre por contacto con un cuerpo más caliente o más frío se habla de energía calórica, y cuando ocurre por fricción o por golpes con otro objeto material, como el caso del martillo y el clavo, se habla de energía mecánica o trabajo. Antes de seguir, contestemos a la pregunta: qué es la energía interna? La energía interna es la energía total de un cuerpo. La energía total de un objeto material depende del número de partículas que tenga, de la energía cinética de cada una de ellas y de la energía proveniente de las interacciones entre ellas. Esto quiere decir que un objeto material tiene mucha energía interna por tres razones: o porque tiene muchas partículas o átomos componentes, o porque sus átomos o partículas componentes tienen una energía muy alta, o ambas cosas a la vez, como ocurre en el caso de una estrella. La energía interna es la energía que tiene una sustancia esta relacionada con su temperatura, a mayor temperatura mayor será su energía interna. Desde este punto de vista cuando calentamos (aumentamos la temperatura) de un clavo ya sea con una vela o martillándolo, lo que se hace es incrementar la energía de sus partículas componentes, aumentando de esta manera su energía interna. Calor Cuando se transfiere energía de un cuerpo a otro porque las temperaturas de los cuerpos son diferentes se dice que se ha transferido energía calórica o calor. La energía calórica o calor fluye de los cuerpos más calientes hacia los más fríos, de manera que al final se igualan las temperaturas de ambos cuerpos, decimos entonces que los dos cuerpos están en equilibrio térmico.

11 Módulo IV bloque 7 11 El calor es energía en tránsito, es decir, energía que siempre fluye de una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera. Por tanto, podemos afirmar que los cuerpos NO tienen CALOR, los cuerpos tienen ENERGÍA INTERNA. El calor intercambiado por un sistema (cuerpo) cuando pasa de una temperatura inicial a una final podemos calcularlo mediante la siguiente expresión: Q calor, energia calorifica en julios (J) m masa del cuerpo en kilogramos (kg) Q = m c e (t f t i ) c e calor especifico t f temperatura final del cuerpo t i temperatura inicial del cuerpo El calor específico de una sustancia es una magnitud que depende del tipo de sustancia, y es la energía necesaria para cambiar (aumentar o disminuir) en 1 o C la temperatura de 1 kg de dicha sustancia. Su unidad es julios/kg o C 1. Quieres calentar 1 kg de agua y 1 kg de alcohol, ambos desde la misma temperatura inicial hasta la misma temperatura final. En qué caso necesitarás más energía? Por qué? 2. Suministrando la misma cantidad de energía, qué aumentará más de temperatura: 1 kg de agua o 1 kg de hierro? Por qué? 3. Cuando calentamos dos líquidos diferentes, ambos a misma temperatura inicial de 200 C, cuál de ellos llega primero a la temperatura de 500C? Qué pregunta hay que hacer para contestar a esa pregunta? Y si los líquidos fuesen los mismos. 4. Qué supones que tarda menos en elevar su temperatura, al calentarlos con un mechero, el aceite o el agua? Por qué? 5. Por qué en verano al pisar la arena de la playa puedes quemarte el pie, pero, si pisas el agua, no ocurre nada? a) porque la arena tiene más calor y está, por tanto, más caliente b) porque el agua al recibir el mismo calor del sol aumenta menos su temperatura c) porque el agua está húmeda y quita parte de calor al sol d) porque la temperatura que alcanzan los líquidos es siempre menor que la alcanzan los sólidos 6. Cuánta energía es necesaria para calentar 400 gramos de agua de grifo desde una temperatura de 18 o C hasta una temperatura de 40 o C. 7. Cuánta energía es necesaria para calentar 400 g de cobre desde 18 o C hasta 40 o C? Compáralo con el resultado anterior. 8. Queremos freir pescado. Qué cantidad de calor necesitaremos para calentar 250 gramos de aceite desde la temperatura ambiente 25 o C hasta la de 190 o C? 9. Cuánta energía pierde 1 kg de hierro cuando se enfría desde 800 o C hasta una temperatura de 20 o C? 10. Con un hornillo eléctrico cuya potencia es de 500 W queremos calentar 400 gramos de leche (c e = 0 9 cal g C ) desde 10 hasta 50 o C. a) Qué energía será necesaria para calentar la leche? b) Qué tiempo deberá funcionar, como mínimo, la hornilla?

12 Módulo IV bloque 7 12 Trabajo En el lenguaje cotidiano se utiliza con frecuencia la palabra trabajo, así decimos, que nos cuesta trabajo ponernos a trabajar, que resulta muy trabajoso estar mucho rato de pié, etc. En Física se utiliza el término trabajo de manera muy precisa, que en ocasiones no tiene nada que ver con el significado que le damos a diario. En Física el trabajo está relacionado con el intercambio de energía. El concepto de trabajo se introdujo en la física a finales del siglo XVIII para comparar las capacidades de las máquinas, como la máquina de vapor. De está manera, si queremos conocer que es capaz de hacer una máquina debemos conocer la fuerza que es capaz realizar y la distancia que ha arrastrado el cuerpo. De manera que: un sistema realiza trabajo si ejerce una fuerza y se produce un desplazamiento. Trabajo = fuerza distancia W = F d El trabajo es otra forma de medir la energía intercambiada entre dos sistemas. Su unidad, por tanto, es la misma que la de energía, el julio (J) Al actuar sobre un sistema, podemos darle o quitarle energía realizando trabajo. Cuando la fuerza lleve el mismo sentido que el desplazamiento el cuerpo aumentará su energía (energía cinética), en cambio, si la fuerza va en sentido contrario al desplazamiento se produce una disminución de la energía cinética del cuerpo. 1. Explica las transferencias de energía que ocurren cuando un hombre sube un saco de patatas de 50 kg desde el suelo hasta una altura de 2 m. 2. Qué fuerza mínima es necesaria para subir el saco? Calcula el trabajo realizado. 3. Aumenta o disminuye la energía del saco? De dónde procede dicha energía? 4. Un jamón de 50 kg está colgado del techo, siendo la longitud de la cuerda de 1 metro. Qué fuerza hay que hacer para sostener el jamón? Qué trabajo realiza dicha fuerza? 5. Imagina que intentas mover un vagón de tren solitario en la vía; no lo consigues. Cuánta energía has transferido al vagón? Cuánto trabajo mecánico has realizado? 6. En el cuadro siguiente se citan tres procesos en los que suponemos que no ha existido rozamiento. Señala con una cruz, en la casilla correspondiente, si en el proceso se realiza fuerza, trabajo o ambos. Proceso Fuerza Trabajo Una grúa sube un bloque de cemento de 100 kg desde el suelo de la calle hasta una altura de 20 metros La grúa sostiene el bloque de 100 kg a una altura de 20 metros sobre el suelo de la calle La grúa mueve el bloque en horizontal con velocidad uniforme 7. Calcula el trabajo mecánico realizado en los siguientes casos: a) Desplazamos un cuerpo 10 metros mediante una fuerza horizontal de 20 N por una superficie, también horizontal, b) Levantamos un saco de patatas de 50 kg desde el suelo a un estante que se encuentra a un metro de altura, c) Soportamos el mismo saco, en los brazos, durante 30 segundos.

13 Módulo IV bloque 7 13

14 Módulo IV bloque 7 14

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