Unidad 2. La energía y su transformación

Transcripción

1 Unidad 2. La energía y su transformación 1. Ciencia, tecnología y técnica 2. Concepto de energía y sus unidades 3. Formas de manifestación de la energía 4. Transformaciones de la energía 5. Fuentes de energía 6. Combustibles fósiles 7. Energía nuclear 8. Energía hidráulica 9. Energía solar 10. Energía eólica

2 Unidad 2. La energía y su transformación 11. Biomasa 12. Energía geotérmica 13. Energía maremotriz 14. Residuos sólidos urbanos (RSU) 15. Energía de las olas 16. Sistema eléctrico 1

3 1 Ciencia, tecnología y técnica Ciencia, tecnología y técnica. Relación entre ciencia, tecnología y técnica. 2

4 1 Ciencia, tecnología y técnica Relación entre ciencia, tecnología y técnica Ciencia, tecnología y técnica. Características más relevantes de la ciencia, la tecnología y la técnica. 3

5 1 Ciencia, tecnología y técnica Terminología de tipo científico y tecnológico Ciencia, tecnología y técnica. La terminología es el conjunto de vocablos o palabras propios de una determinada profesión, ciencia o materia. Características de los nuevos términos Normalización de términos 4

6 1 Ciencia, tecnología y técnica Origen de los viejos y nuevos términos Ciencia, tecnología y técnica. Formación de palabras o términos técnicos. 5

7 1 Ciencia, tecnología y técnica Sistema de unidades Ciencia, tecnología y técnica. 6 Sistemas de unidades y sus equivalencias.

8 2 Concepto de energía y sus unidades La energía es la capacidad que tiene un cuerpo para realizar un trabajo. Está presente en los seres vivos, desde su propia alimentación hasta la realización de un trabajo. Ciencia, tecnología y técnica. Evolución de las formas de energía utilizadas por el ser humano. 7

9 2 Concepto de energía y sus unidades Unidades de energía Ciencia, tecnología y técnica. Unidades de energía utilizadas en el SI y el ST. Otras unidades de energía ampliamente utilizadas. 8

10 Eléctrica Mecánica Em = Ec + Ep 3 Formas de manifestación de la energía Formas Tipos Explicación Fórmulas Cinética Es la energía que posee un cuerpo debido a su velocidad. Todos sabemos que, para una misma masa, cuanto mayor velocidad tiene el objeto, mayor energía cinética posee. Ec = 1/2 m v2 m = masa del cuerpo que se mueve. v = velocidad lineal del objeto. Es la energía de un cuerpo debido a la altura a la que se encuentra dentro de un campo de Potencial Ciencia, tecnología y técnica. fuerzas determinado. Nosotros nos vamos a centrar exclusivamente en el gravitatorio terrestre. Ep = m g h g = gravedad = 9,8 m/s2 h = altura a la que se encuentra el cuerpo. v = 2 g h Ee = P t = V I t = I2 R t Es la energía que proporciona la corriente P = V I eléctrica. Se trata de una energía de Según la ley de Ohm: V = I R. transporte, no siendo (mayoritariamente) ni P = potencia expresada en vatios (W). primaria ni final. Generalmente siempre se t = tiempo en segundos. transforma y procede de otro tipo de energía, V = voltaje en voltios (V). tal como calor, energía mecánica, etcétera. R = resistencia eléctrica en ohmios (Ω). Otras unidades de energía ampliamente utilizadas.manifestaciones I = intensidad de corriente de en la amperios energía. (A). Manifestaciones de la energía. 9

11 Térmica 3 Formas de manifestación de la energía Formas Tipos Explicación Fórmulas Conducción Paso de calor (energía) de un cuerpo de mayor temperatura a uno de menor, por efecto de choques moleculares. Por ejemplo, un trozo de carne que se cocina en una sartén. Q = (λ/d) S (Tf Ti) t λ = coeficiente de conductividad (tabla en la páginas siguientes) en kcal/m h C. d = espacio entre dos superficies del mismo cuerpo (m). S = superficies del mismo cuerpo (m2). t = tiempo en horas. Ciencia, tecnología Convección y técnica. El calor asciende. Para ello es necesario que haya algún fluido que lo transporte. Ejemplo: calor del radiador que asciende hasta el techo porque el aire caliente tiene menos densidad. Q = a S (Tf Ti) t a = coeficiente de convección en kcal/m2 h C. t = tiempo en horas. Radiación El calor se transmite en forma de ondas Q = c S [(T2/100)4 (T1/100)4] t electromagnéticas. Un cuerpo más c = coeficiente de radiación. caliente que el ambiente que lo rodea T2 = temperatura absoluta del objeto que irradia calor en forma de ondas que se irradia calor. Otras unidades de energía ampliamente utilizadas.manifestaciones de la energía. transmiten a distancia. Por ejemplo, al situarse en los laterales de una estufa, se recibe calor por radiación. T1 = temperatura absoluta del objeto irradiado. t = tiempo en horas. Manifestaciones de la energía (continuación).. 10

12 Nuclear Química 3 Formas de manifestación de la energía Formas Tipos Explicación Fórmulas Combustión química Se origina al reaccionar dos o más productos químicos para formar otro distinto. Así tenemos: alimentos al digerirlos los seres vivos, el carbón, materias vegetales e hidrocarburos (combustibles derivados del petróleo) al quemarse, etcétera. Q = Pc m (sólidos y líquidos) Q = Pc V (gases) Pc = poder calorífico de un cuerpo al arder en kcal/kg o kcal/m3. m = masa del cuerpo que se quema (en kg). Radiante Ciencia, tecnología Es propia y técnica. de las ondas electromagnéticas, como ondas infrarrojas, luminosas, ultravioleta, microondas, electromagnética etcétera. Se obtiene al romper un núcleo de un material fisionable (uranio o plutonio). Fisión Fusión Se obtiene al unir dos núcleos de dos átomos (litio y tritio) formando helio y desprendiendo gran cantidad de calor. Einstein demostró que la materia se podía transformar en energía según la fórmula: E = m c2 E = energía producida en julios (J). m = masa que desaparece (en kg). c = velocidad de la luz (3 108 m/s). Manifestaciones de la energía (continuación). 11

13 3 Formas de manifestación de la energía 3.1 Energía mecánica Em = Ec + Ep Ec = ½mv 2 Ep = mgh 12

14 3 Formas de manifestación de la energía 3.2 Energía calorífica o térmica Transmisión del calor por conducción 13 Coeficientes de conductividad térmica (λ) de algunos materiales.

15 3 Formas de manifestación de la energía Transmisión del calor por convección Coeficientes de convección (α). 14

16 3 Formas de manifestación de la energía Transmisión del calor por radiación 15 Coeficientes de radiación (c).

17 3 Formas de manifestación de la energía Acumulación de energía térmica en los cuerpos Q = Ce m (Tf Ti) Q = cantidad de calor en kcal. T f = temperatura final en ºC. C e = calor específico en kcal/kg ºC. T i = temperatura inicial en ºC. m = masa en kg. 16 Calor específico (C e ) de algunos combustibles.

18 3 Formas de manifestación de la energía 3.3 Energía química Poder calorífico (P c ) Materiales sólidos y líquidos: Q = P c m; donde m es la masa en kg. Combustibles gaseosos: Q = P c V; donde V es el volumen en m Poder calorífico (P c ) de algunos combustibles.

19 3 Formas de manifestación de la energía 3.4 Energía nuclear E = m c 2 E = energía calorífica obtenida en J. m = masa que ha desaparecido en kg. c = velocidad de la luz (3 108 m/s). 18

20 4 Transformaciones de la energía 19 Transformación de la energía y máquinas utilizadas.

21 4 Transformaciones de la energía 4.1 Consumo energético Primer principio de la Termodinámica Q 20 W Q es la energía que recibe la locomotora (carbón) y W es el trabajo que realiza al Q es la energía que recibe la locomotora arrastrar los vagones. (electricidad) y W es el trabajo que realiza al arrastrar los vagones.

22 4 Transformaciones de la energía 4.2 Rendimiento Se llama rendimiento de una máquina a la relación entre el trabajo o energía suministrado por una máquina y la energía que ha sido necesario aportarle. Viene dada por la expresión: Lo ideal sería que fuese igual a 1. Eso querría decir que la máquina no desperdiciaría ninguna energía. Desgraciadamente, siempre es menor que 1 (nunca mayor). Q es la energía que recibe la locomotora (carbón) y W es el trabajo que realiza al arrastrar los vagones. 21