Profi Oeco Power LPE 2 Naturaleza y técnica

Transcripción

1 Todos nosotros necesitamos diariamente enormes cantidades de energía. Observemos el desenvolvimiento de un día completamente normal: Por las mañanas te despiertas tu radiodespertador. Éste recibe la corriente naturalmente de la caja de enchufe. Te levantas, enciendes la luz, te duchas con agua caliente que fue calentada por la calefacción central con aceite o gas. Después te secas el pelo con un secador eléctrico. La calefacción ya ha calentado también la vivienda para que no sientas frío mientras desayunas. El agua para el té fue hervida en el hervidor eléctrico o en la cocina eléctrica. La mantequilla fue conservada en la nevera toda la noche. Finalmente, a la escuela vas con el ómnibus, el velomotor o el coche; todos necesitan carburante. Busca otras 10 actividades o cosas de la vida cotidiana que, según tu opinión, consumen gran cantidad de energía: De dónde viene esta energía? Una gran parte se obtiene de combustibles fósiles como:...,... y.... La energía nuclear cubre también una gran parte de nuestra necesidad. Pero estos tipos de obtención de energía tienen desventajas decisivas: Los combustibles fósiles en la Tierra son limitados. Durante la combustión se originan substancias dañinas que contaminan el medio ambiente, así como CO 2 que es responsable del calentamiento permanente de la atmósfera terrestre. A pesar de altos estándares de seguridad, la energía nuclear oculta el peligro de un accidente radiactivo. Además se originan desperdicios radiactivos que emiten radiactividad por muchos miles de años.

2 Es decir, la inversión diaria de energía es razón suficiente para examinar fuentes de energía alternativas que sean ecológicas y estén a disposición, en lo posible, ilimitadamente. Por supuesto que estas formas de energía alternativa existen. En este caso se habla de energías... (regenerables). He aquí, algunos ejemplos para la obtención de energía alternativa: Las energías regenerables casi nunca se agotan! Sus corrientes de energía inexhaustible provienen esencialmente de tres fuentes no agotables: Procesos de fusión nuclear en el interior del sol. Energía de rotación del globo terrestre en conexión con la fuerza de atracción entre la tierra y los astros. Calor terrestre, de la llamada "energía geotérmica".

3 Permanentemente hablamos de energía, pero qué se entiende bajo este término y cómo la podemos medir? Energía es la capacidad de un cuerpo para ejecutar trabajo. La unidad de medida con la que se mide la energía y el trabajo se llama Joule (J). Hay distintas formas de energía, p. ej.: La energía eléctrica o el trabajo se expresa también en kilovatio-hora (kwh). kilo = 1000, vatio = potencia, hora = tiempo, durante el cual se aporta la potencia. Ejemplo: Una bombilla eléctrica tiene una potencia de 100 vatios. Si ésta se enciende por 10 horas, la energía que se necesita para ello es: 100 W x 10 h = 1000 Wh = 1 kwh

4 Tareas: Para explicar cuánta energía contiene un kwh, efectúa los siguientes cálculos: Requisitos: Un dínamo de bicicleta tiene una potencia de 3 vatios. Teniendo el dínamo activado, el movimiento de la rueda es transformada en energía eléctrica. 1 Cuánta energía se transforma en una hora de viaje? 2 Cuánto tiempo tienes que moverte con la bicicleta para transformar 1 kwh (1000 Wh)? Complemento: 333,33 h equivalen a unos 13,88 días. Es decir, tendrías que moverte casi 14 días con la bicicleta para transformar la energía de 1 kwh que la bombilla eléctrica necesita para permanecer encendida 10 horas. Si se tiene presente que una familia de 4 miembros tiene en promedio un consumo de energía de unos 4000 kwh al año, entonces es lógico que con la bicicleta no llegaremos muy lejos. Por eso concentrémonos a continuación en otras posibilidades de la obtención de energía: las energías regenerables.

5 La energía cinética del agua: Ya desde hace cientos de años el hombre aprovecha la energía cinética del agua para impulsar las máquinas. Tarea: 1 Qué máquinas se te ocurren que están impulsadas directamente por la fuerza del agua? Complemento: En todas estas máquinas, el principio de accionamiento es el mismo. El agua es conducida a una rueda hidráulica (de admisión superior o inferior); la rueda gira y el movimiento es transmitido directamente a la respectiva máquina. Tarea de construcción: Para ilustrar este principio de accionamiento, construye el modelo de una herrería. (Ver instrucciones de montaje S.4) Sostén la rueda hidráulica por debajo de un grifo de agua. Ten en cuenta aquí el sentido de rotación de la rueda indicado en las instrucciones de montaje. Complemento: Con herrerías de este tipo se forjaba antes el hierro, el cual se calentaba previamente hasta ponerse al rojo vivo.

6 Tarea: 2 Dónde radican las desventajas de esta forma de aprovechamiento de la energía hidráulica? 3 Cómo se aprovecha hoy la fuerza del agua?

7 Para hacer disponible la energía de la fuerza del agua también en otros lugares como energía directamente de la "fuente", se utilizan hoy ruedas hidráulicas con turbinas que generan corriente con la ayuda de un generador. Tarea de construcción: Para ver cómo funciona esto, construye el modelo de una turbina hidráulica. (Ver las instrucciones de montaje pág. 7) Complemento: En este modelo se utiliza el motor de inducido de campana como generador. Si se gira el árbol del motor, se genera una tensión con la ayuda del campo magnético existente en el motor, la cual puede ser extraída por las conexiones del motor. Para dejar que el diodo luminoso acoplado (LED) brille más, se tiene que girar la rueda hidráulica con mayor rapidez. Para ayudar aquí se emplea un engranaje. En este caso, el engranaje multiplica con la relación de 1:4. Tarea: 1 Mide la tensión en las conexiones del generador con la ayuda del medidor múltiple. Observa aquí cómo varía la tensión con el número de revoluciones de la rueda hidráulica. Anota tus resultados.

8 Taera: 2 Dónde radican las ventajas de la generación de corriente con respecto a la generación proveniente de combustibles fósiles como carbón o petróleo? 3 A pesar de ello, de qué modo se tiene que alterar el medio ambiente para poder aprovechar la fuerza del agua con eficiencia? 4 O sea, en qué regiones se puede obtener este tipo de corriente? Ten en cuenta todos los tipos posibles de movimientos del agua.

9 La fuerza del viento (denominada técnicamente: "fuerza eólica") representa otro tipo de generación de corriente eléctrica de energía regenerable. En muchas regiones hay viento continuamente. La energía cinética puede ser aprovechada también y transformada en corriente eléctrica. Tarea de construcción: Este tipo de obtención de energía lo puedes ilustrar con la ayuda del modelo del sistema de fuerza eólica. (Ver las instrucciones de montaje pág. 10) Complemento: También en este experimento utilizarás el motor como generador para producir corriente y el medidor múltiple y el diodo luminoso para comprobar que realmente funciona. Según la orientación y la intensidad del nivel del soplado, el rotor girará con mayor rapidez o mayor lentitud. El la mejor base para otros experimentos. Tarea: 1 Mide la tensión generada en las conexiones del generador con la ayuda del medidor múltiple. Observa aquí cómo varía la tensión con la posición y la "intensidad" del soplador. Anota tus resultados. Resultados:

10 Tarea: 2 Qué desventajas tiene la fuerza eólica con respecto a la fuerza del agua o métodos convencionales de la obtención de energía? Los ecólogos dicen que los molinos de viento estropean el paisaje porque siempre están en lugares expuestos (claramente visibles, en el centro del terreno, donde se siguen viendo. Pero esto tiene una razón muy determinada: Isovientos en sección transversal norte-sur Viento Zona de turbulencias 2 x Altura del obstáculo 3 x Altura del obstáculo Obstáculo 20 x Altura del obstáculo 3 Por eso, en qué modo se tiene que alterar el medio ambiente para poder aprovechar la fuerza eólica con eficiencia?

11 Si se pudiera quemar inmediatamente todos los combustibles fósiles como madera, petróleo y gas natural, esto equivaldría a la energía que el sol transmite a la Tierra en sólo tres días. Esta reserva de energía suministrada por el sol y casi inagotable es preciso aprovecharla para obtener de ésta energía eléctrica. La célula solar Qué es realmente una célula solar y cómo se puede transformar con ella la luz solar en energía eléctrica? Las células solares son de silicio. Las placas individuales que forman más tarde la célula solar tienen un grosor de unos 0,5 mm. Estas placas son dotadas de distintos átomos externos, o sea, se les impurifica sistemáticamente, lo cual origina un desequilibrio en la estructura del silicio. Debido a ello se forman en la placa de silicio dos distintas capas: la capa "p" positiva y la capa "n" negativa. Contacto metálico Cargas negativas Capa antirreflejante Semiconductor dotado de n Transición p-n Cargas positivas Semiconductor dotado de p Izquierda: La estructura de una célula solar Arriba: Formas de dos células solares Expresado con más sencillez: El flujo de corriente eléctrica se origina debido a que los electrones de la capa "n", excitados por la luz incidente, se mueven por el consumidor acoplado (p. ej. un motor) hasta llegar a la capa "p". Luz Flujo de electrones Consumidor

12 Tarea de construcción: Une el motor con la célula solar como se muestra en la figura. Inserta el rotor en el árbol del motor. Marca una aleta del rotor con un punto de color ( tiene que ser soluble al agua!). Ten cuidado de la polaridad. EFECTÚA PRIMERAMENTE LOS ENSAYOS EN LA PÁGINA SIGUIENTE. ANOTA TUS RESULTADOS EN LAS TABLAS! Complemento: Si el motor es impulsado con sólo una célula solar, no puede desarrollar mucha potencia ( acuérdate de la ley para calcular el kwh!). Para extraer más potencia del motor con la ayuda de las células solares del kit modular hay varias posibilidades. De éstas te enterarás en los siguientes ensayos.

13 Tarea: 1 Comprueba qué luminosidad es necesaria para que el motor gire. Efectúa el ensayo primero con la luz que entra por la ventana, luego con la luz de la sala de trabajos manuales y, finalmente, con el proyector de luz diurna. Anota tus resultados en la tabla. Fuente de luz Luz diurna Orientación con respecto a la fuente de luz en Número de revoluciones del motor (r.p.m.) Luz del interior Proyector a luz diurna 2 Con el amperímetro y voltímetro puedes medir a partir de qué tensión gira el motor y qué corriente pasa. Conecta para ello el medidor múltiple como lo has aprendido y anota tus resultados en la tabla. Fuente de luz Luz diurna Orientación con respecto a la fuente de luz en Tensión en V Intensidad de corriente en A Luz del interior Proyector a luz diurna

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