La energía. ENERGIA Tecnología industrial

Transcripción

1 La energía La energía se define como la capacidad para realizar trabajo. En la vida cotidiana, en todo lo que realizamos o ejecutamos, tenemos presente la energía. Es imprescindible para que exista vida. El ser humano necesita energía para realizar cualquier actividad, para mantener sus constantes vitales, mandar órdenes al cerebro a través de los nervios, renovar sus células, etc. Además de la energía necesaria para el funcionamiento de su cuerpo, tiene que aplicarla también para poder ver cubiertas sus necesidades de alimentación, bienestar, etc. Esto lo realiza a través de los músculos, de los cuales se puede obtener una energía muy limitada cuando se aplica a la realización de muchas tareas. Para los hombres primitivos, el disponer solamente de esta energía tan escasa, limitaba I.E.S. Cristóbal de Monroy.Dpto. De Tecnología Página 1 de 8

2 sus posibilidades de desarrollo y subsistencia. Con el paso del tiempo, fue aprendiendo de la naturaleza y aplicando algunos recursos de ella y pudo así conseguir un mejor bienestar. Creó diversos utensilios y herramientas como palancas, planos inclinados, etc., que le hicieron más fácil la realización de los trabajos. También utilizó los animales domésticos, para ayudarle a realizar distintas labores, máquinas de pequeña potencia (poco trabajo en un determinado tiempo) y rendimiento bajo e incluso se utilizó al propio hombre para cubrir las necesidades energéticas. En las sociedades antiguas, la mayoría de los hombres eran esclavos o siervos de una minoría. Con el desarrollo industrial se empezaron a aplicar nuevas fuentes de energía, tales como los combustibles fósiles, y otras fuentes ya conocidas desde la antigüedad, como el viento, la madera, el agua, etc. La transformación de energía en otra más adecuada se realiza por medio de mecanismos y útiles. Al conjunto de estas piezas y mecanismos, que transforma una energía en otra, se denomina máquina. En el mundo actual, y debido al alto bienestar de las sociedades desarrolladas, el consumo de energía es grandísimo; nos desplazamos en vehículos que aprovechan la energía térmica o eléctrica; la cocción de alimentos necesita calor que procede de algún gas o de la energía eléctrica y, como éstas, existen innumerables aplicaciones donde la energía está presente. Debido a todos los conceptos físicos relacionados con la energía que aparecen en el tema, seguidamente, y de manera breve, repasaremos los mismos. Las unidades que se nombran son las pertenecientes al Sistema Internacional (Sí). Unidades La unidad de energía en el Sistema Internacional es el julio, que se define como el trabajo que hay que realizar con una fuerza de un newton para recorrer un metro en la misma dirección que se aplica ésta. Existen, sin embargo, otras muchas unidades, las más utilizadas las enumeramos a continuación. - Caloría. Es el calor necesario para elevar; en un grado centígrado, de 14,5 ºC a 15,5 ºC, la temperatura de un gramo de agua a presión atmosférica normal. Equivale a 4,18 julios. Esta unidad se utiliza cuando se estudia el calor o alimentos. - Watio-hora. Equivale a la energía eléctrica que desarrolla, durante una hora, un vatio de potencia. Se utiliza para medir la producción o el consumo eléctrico, aunque se utiliza con más frecuencia uno de los múltiplos del watio: el kilowatio hora (kwh). Formas o manifestaciones de ia energía La energía se manifiesta de formas muy diversas. Éstas son: Energía mecánica. Es la energía relacionada con el movimiento y con las fuerzas que pueden producirlo. Comprende dos formas: la energía cinética (E c y la potencial (E p ), y es igual a la suma de las mismas, es decir: I.E.S. Cristóbal de Monroy.Dpto. De Tecnología Página 2 de 8

3 E m = E c + E p Energía cinética. Es la energía que posee un cuerpo debido a su movimiento; la expresión general es la siguiente: Ec = 1/2 m v 2 (v = velocidad) Energía potencial. Es la energía que posee un cuerpo debido a su potencial, es decir; a la posición que ocupa dentro de un campo vectorial, tales como el gravitatorio, el eléctrico y el magnético. A continuación se define la energía potencial dentro del campo gravitatorio. Todo cuerpo que está inmerso en este campo es atraído por él, hacia el centro de la Tierra. El trabajo que se realiza, cuando el cuerpo varía una distancia h con respecto al centro terrestre, es la variación de energía potencial que sufre. Si se aleja del mismo hay que aplicarle un trabajo, aumentando su energía potencial. Si se acerca, el cuerpo es el que realiza el trabajo, por lo que pierde energía potencial. - Energía eléctrica. Es la energía que proporciona la corriente eléctrica. Se define como el paso de electrones a través de un conductor eléctrico. Se trata de una energía de transmisión, es decir; no es primaria ni final. Sus grandes cualidades son que permite una fácil transformación en otro tipo de energía y una gran comodidad, al poder disponer de energía en innumerables lugares. Generalmente proviene de centrales eléctricas, en las que gracias a potentes alternadores obtenemos esta energía. La cantidad de energía que transforma un aparato es igual a: Fórmula: E = P t= V I t ; P = Potencia eléctrica (Watio [W]) I.E.S. Cristóbal de Monroy.Dpto. De Tecnología Página 3 de 8

4 Unidades: V= Voltaje (voltios) t = tiempo (segundos) I = intensidad de corriente (amperios) julios (j) = Watios (W) segundo (s) = Voltios (V) amperios (A) segundo (s) Energía térmica. Las moléculas de un cuerpo están en movimiento continuo; cuanto más grande sea el movimiento, mayor energía térmica posee. Por tanto, esta energía depende de la energía mecánica de las moléculas. La energía térmica puede pasar de un cuerpo a otro. Por ejemplo, cuando colocamos la mano sobre un radiador de calefacción de agua caliente, el calor llega a la mano por conducción. Si la mano se sitúa por encima del radiador; el calor alcanza la mano gracias a las corrientes de aire (corrientes de convección) originadas por la diferencia de peso del aire frío y del caliente (éste pesa menos que el anterior). Pero si se coloca en un lateral a cierta distancia del radiador; el calor llega por radiación, pues la conducción a través del aire es despreciable y la mano está fuera de las corrientes de convección. Por tanto, el calor se intercambia de un cuerpo a otro de tres formas: a) Conducción. Paso del calor del cuerpo con mayor temperatura al de menor; por simple contacto entre ellos. b) Convección. En este caso un fluido actúa de intermediario. Al calentarse, disminuye su densidad y pasa a ocupar la parte más alta, quedando el fluido frío en la parte baja. Esta circulación recibe el nombre de corrientes de convección. c) Radiación. Se denomina con esta palabra a la que emiten los cuerpos desde su superficie a expensas de su energía térmica en forma de ondas electromagnéticas. Si colocamos varios cuerpos separados en un recinto cerrado y con diferentes temperaturas, se produce un intercambio de radiaciones hasta adquirir el equilibrio térmico. La equivalencia entre la energía mecánica y la energía calorífica o térmica, se debe al físico inglés Joule, quien demostró experimentalmente, que una caloría equivale a 4,18 julios. Esta energía, junto con la química, son las primeras que utilizó el ser humano. Por ejemplo, el fuego le sirvió para calentarse, defenderse y :cocinar sus alimentos. Proviene directamente del Sol o indirectamente de combustibles y energía química almacenada. Por medio de máquinas térmicas se pueden obtener otras energías. Energía química. Se origina cuando reaccionan varios productos químicos para formar otro u otros. La base de esta energía son alimentos, vegetales y combustibles fósiles formados gracias a la energía del Sol. Energía radiante o electromagnética. Es la propia de las ondas electromagnéticas, como por ejemplo las ondas infrarrojas, luminosas, ultravioletas, microondas, etc. El Sol es el principal proveedor de este tipo de energía. Además de este tipo de energía, existe otra, denominada energía sonora, que permite la transmisión por el aire de vibraciones o sonidos que hacen posible la comunicación. Energía nuclear. Es la energía propia de la materia, ya que se obtiene de ésta y, en concreto, de los núcleos atómicos. Se produce por reacciones de fisión o fusión y procede de la transformación de la masa en energía. Uno de los ejemplos más comunes de este tipo de energía es la que se origina en el Sol. En él se están produciendo, constantemente, reacciones I.E.S. Cristóbal de Monroy.Dpto. De Tecnología Página 4 de 8

5 nucleares de fusión. Otro ejemplo son las centrales nucleares, en las que al final de un proceso de fisión de átomos se obtiene energía eléctrica. Einstein demostró que la materia se puede transformar en energía por la siguiente igualdad: E=m.c2 E = energía producida en julios m = masa que desaparece en kg c = velocidad de la luz (3.108 m/s) Fuentes de energía Llamaremos fuentes de energía a todo fenómeno natural o artificial que pueda suministrar energía. La cantidad disponible de energía de estas fuentes es lo que se llama recursos energéticos Clasificación de las fuentes de energía Una primera clasificación puede ser en función de su duración: En renovables y no duración ilimitada y las Se distinguen 2 tipos Renovables No renovables renovables, las primeras tienen una segundas tienen los recursos contados. Energías renovables Ventajas e inconvenientes Calidad energética alta Ventajas Limpia Inagotable Inconvenientes Producción irregular Aleatoria Difícil almacenamiento I.E.S. Cristóbal de Monroy.Dpto. De Tecnología Página 5 de 8

6 Energías No renovables Ventajas Mayor potencia calorífica Fácil almacenamiento Inconvenientes Altamente contaminantes Existencias limitadas Tipos a) Renovables La hidráulica La eólica La biomasa La solar La geotérmica La mareomotriz La de las olas b) No renovables Origen Fósil El carbón mineral EL petróleo El gas natural I.E.S. Cristóbal de Monroy.Dpto. De Tecnología Página 6 de 8

7 Nuclear Producción energética del mundo Ejercicios.- 1º.- Calcular la fuerza que se ejerce cuando al aplicarla sobre una bola de billar de 100 gr de masa se crea en ésta una aceleración de 10 m/s 2 2º.- Qué aceleración se producirá sobre una masa de 2 83 kg al ser desplazada por una fuerza de 100 N si ésta forma un ángulo con la horizontal de 45º? 3º.- Una grúa levanta un palé con materiales de construcción de N hasta una altura de 15 m. Calcular el trabajo que se realiza. 4º.- Calcular la potencia de un aparato cale factor eléctrico que está conectado a una tensión de 220 VV por el que circula una corriente de 5 A. 5º.- Un automóvil de kg de masa necesita una potencia de 50 CV para mantener una velocidad constante de 72 km/h. Calcular la fuerza que precisa desarrollar para vencer las diversas fuerzas del rozamiento. hora. 6º.- Calcular la energía consumida por una bombilla de 100 W de potencia durante una 7º.- Calcular la energía que consume una bombilla durante una hora si está conectada a 200 V y consume una corriente de 0,5 A. 8º.- Calcular la energía que puede desarrollar un vehículo cuya masa es de kg cuando se desplaza a una velocidad uniforme de 108 km/h. 9º.- Calcular la energía potencial de un cuerpo cuya masa es 10 kg y está situado a una altura de 5 m. I.E.S. Cristóbal de Monroy.Dpto. De Tecnología Página 7 de 8

8 10º. Calcular la energía que acumula un muelle cuyo coeficiente elástico es 150 N/m si se alarga una longitud de 10 cm. 11º.- Calcular la cantidad de calor que desprende una bola de acero de 500 gr de masa cuando se enfría desde los 900 ºC hasta 100 ºC. I.E.S. Cristóbal de Monroy.Dpto. De Tecnología Página 8 de 8