La Energía el motor de la vida

Transcripción

1 UNIDAD 1. TEMA 1 La : el motor de la vida 1. Concepto de energía La el motor de la vida La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc. La energía tiene las siguientes características: Permite producir cambios en los cuerpos (como el aumento de temperatura de la comida cuando se calienta en el microondas). Puede ser almacenada (por ejemplo la energía que almacena la batería de un móvil). Puede ser transformada de una a otra forma (por ejemplo, la energía solar que se transforma en energía calorífica en una placa solar térmica). Puede ser transferida de un cuerpo a otro (como en un termo eléctrico se transfiere energía desde la resistencia eléctrica al agua). En un sistema aislado la energía total permanece constante (como en el Universo). 2. Unidades para medir la energía La energía se mide en la mismas unidades que el trabajo. Por tanto, en el Sistema internacional de unidades (SI) la unidad de energía es el julio (J) que se define como el trabajo realizado por una fuerza de 1 newton (N) cuando desplaza su punto de aplicación 1 metro (m). julio (J )=newton( N ) metro(m) En el caso de la energía eléctrica consumida en una vivienda se utiliza como unidad de medida el kilovatio-hora (kwh), que se define como la energía consumida por un aparato de 1 kw de potencia funcionando durante 1 hora. Su equivalencia con el julio es la siguiente: 1kWh = 3, J De la misma forma, cuando se trabaja con energía térmica, o con el contenido energético de los alimentos, suele utilizarse como unidad de medida la caloría (cal), o la kilocaloría (kcal), que equivale a calorías. La caloría se define como la cantidad de energía térmica necesaria para aumentar la temperatura de 1 gramo de agua desde 14.5 ºC hasta 15,5 ºC. Su equivalencia con el julio es la siguiente: 1cal = 4,186 J 1 kcal = 10 3 cal = 4, J Sin embargo, es posible que encuentres otras equivalencias entre la caloría (cal) y el julio (J). así, por ejemplo: En termoquímica se utiliza 1 cal = 4,184 J. Si el calentamiento de 1 gramo de agua se produce a 20 ºC en lugar de a 15 ºC, la equivalencia sería 1 cal = 4,182 J De forma simplificada, a veces se considera 1 cal = 4,18 J. Pero no te preocupes, porque en cada problema te diremos qué equivalencia debes utilizar. IES Mateo Alemán Página 1 de 5

2 UNIDAD 1. TEMA 1 La : el motor de la vida 2.1. Cambio de unidades Para cambiar de unidades siempre tenemos que multiplicar o dividir por un número, que se llama factor de conversión. Por ejemplo, 4,186 es el factor de conversión para pasar de calorías a julios. El factor de conversión indica cuántas veces cabe la unidad más pequeña en la más grande. Para pasar de una unidad grande a otra más pequeña debemos multiplicar por el factor de conversión. Por ejemplo: 20 cal = 20 x 4,186 J = 83,72 J. Para pasar de una unidad pequeña a otra más grande debemos dividir entre el factor de conversión. Por ejemplo: 100 J = 100/4,186 cal = 23,89 cal. 3. Tipos de energía La energía se presenta de formas muy diversas y variadas, todas las cuales son igualmente importantes. Para no dar más importancia a unas que a otras las vamos a estudiar por orden alfabético. Tipo de energía eólica geotérmica hidráulica luminosa mareomotriz nuclear potencial elástica Descripción Es la energía asociada al movimiento. La poseen los cuerpos por tener masa y velocidad. Es la asociada a la corriente eléctrica, que no es más que un movimiento ordenado de electrones. Es la energía del viento. Se trata de una energía cinética, puesto que es la energía de un cuerpo, el aire, en movimiento. Se trata de una energía térmica, asociada al calor que se produce en el interior de la Tierra. Llamamos así a la energía que posee el agua que discurre por los ríos, cae por cascadas naturales o saltos de agua artificiales, como los que el ser humano construye en los embalses. Es la energía asociada a la luz. Es tan solo una clase de energía electromagnética, que está asociada a las ondas electromagnéticas (ondas de radio, de televisión, microondas, etc). Es la asociada al movimiento de las olas y, sobre todo, de las mareas. Es una energía cinética: energía cinética del mar. Es la energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y de fusión. Es la energía asociada a la deformación de los cuerpos elásticos, los que recuperan su forma original cuando la fuerza que los ha deformado deja de actuar. IES Mateo Alemán Página 2 de 5

3 UNIDAD 1. TEMA 1 La : el motor de la vida potencial gravitatoria química sonora solar térmica Es la energía asociada a la altura a la que se encuentra un cuerpo respecto a la superficie de la Tierra u otro cuerpo celeste. Es la energía que está almacenada en los enlaces que unen los átomos en las moléculas. Es la energía asociada a las ondas sonoras que se transmiten a través del aire u otros materiales. Es la energía radiante del sol. Es un tipo de energía electromagnética. Tiene su origen en reacciones nucleares de fusión que tienen lugar en el interior del Sol. Es la energía asociada a la temperatura y se traduce en una agitación de las partículas que forman un cuerpo. La trasmisión de energía térmica desde un cuerpo que está a más temperatura a otro que está a menos, se denomina calor. A pesar de todos los tipos de energías que hemos visto, en el fondo del asunto resulta que todas las formas de energía están asociadas a una de estas dos cosas: el movimiento o la posición. Es decir, todas las energías podrían agruparse en dos tipos: cinéticas y potenciales. Por ejemplo: Si me fijo en la posición de un cuerpo respecto a un planeta, le llamo energía potencial gravitatoria. Si me fijo en la posición de un cuerpo elástico respecto a su posición de equilibrio, le llamo energía potencial elástica. Si me fijo en la posición de unos átomos respecto a otros, en cómo se unen dentro de una molécula, le llamo energía química. Si me fijo en el movimiento de las partículas que forman un cuerpo, le llamo energía calorífica. Si me fijo en el movimiento de los electrones a través de un material conductor, le llamo energía eléctrica. 4. Conservación y degradación de la energía Puede gastarse la energía? Una de las leyes más importantes de la Física nos dice que la cantidad de energía que existe en el Universo, en todo el Universo, es fija, es decir, no puede aumentar ni disminuir. Pero, cuando usamos la energía, no la estamos gastando? Pues no, tan solo la estamos transformando en otro tipo de energía. O sea, que La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Cuando sucede cualquier transformación de la energía, hay siempre una parte de la misma que se transforma en calor. La energía térmica es la única que aumenta y aumenta, mientras que todas las demás disminuyen. IES Mateo Alemán Página 3 de 5

4 UNIDAD 1. TEMA 1 La : el motor de la vida La energía térmica es la forma menos útil de energía. Eso quiere decir algo terrible. Todas y cada una de las transformaciones de energía que existen en el universo, todas y cada una, reducen la utilidad de la energía. Cada vez que enciendes la radio, cada vez que llamas por móvil, la energía del Universo pierde utilidad. A este proceso los científicos suelen denominarlo degradación de la energía. Así que la energía no se gasta,... pero se degrada. 5. Transformaciones de energía Hemos visto que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma y se degrada. A continuación se van a exponer algunas de las transformaciones de energía más importantes y que debes conocer. En cualquier transformación de energía tenemos una energía inicial, una energía final y un elemento transformador, en el que se produce la transformación. inicial Elemento transformador final A continuación se incluye una tabla con diferentes ejemplos de transformaciones energéticas, siguiendo el esquema anterior. Entre paréntesis se indican aclaraciones o ejemplos para una mejor comprensión. De todas formas en otros temas se estudiarán con más profundidad algunos de los elementos de transformación aquí expuestos. inicial Elemento transformador final química química química (electrodos y electrolito) potencial gravitatoria (hidráulica) Motor de combustión Caldera de calefacción o Termo de gas Pila o batería Motor eléctrico Bombilla Resistencia eléctrica (calefator, termo, horno, etc) Altavoz / auriculares Salto de agua (natural o artificial) Turbina hidráulica (eje de giro del motor) térmica (agua) (aparato) (eje de giro del motor) luminosa térmica (aire, agua, alimentos, etc) sonora (hidráulica) (eje de giro de la turbina) IES Mateo Alemán Página 4 de 5

5 UNIDAD 1. TEMA 1 La : el motor de la vida inicial Elemento transformador final (eólica) Hélice (aerogenerador) (eje de giro de la hélice) (eje de giro de la hélice) (eje de giro del alternador) (eje de giro de la dinamo) nuclear (uranio enriquecido) solar (radiación solar concentrada por multitud de espejos) solar (radiación solar concentrada por un espejo parabólico) solar (radiación solar) solar (radiación solar) térmica (agua u otro fluido) química Hélice (ventilador) Turbina de vapor Alternador Dinamo Reactor nuclear Caldera solar Colector solar parabólico Colector solar plano Placa fotovoltaica Generador de vapor (intercambiador de calor) Caldera de central térmica (eólica) (eje de giro de la turbina) (corriente alterna) (corriente contínua) termica (agua u otro fluído) termica (fluído) termica (fluído) termica (agua) (corriente contínua) Ejemplo: Transformaciones energéticas en una central nuclear. nuclear Reactor nuclear térmica Generador de vapor cinética (vapor) eléctrica Alternador cinética (eje) Turbina de vapor IES Mateo Alemán Página 5 de 5