TEMA 8: La energía CRA Sexma de La Sierra. CIENcias NAtuRAles

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La energía

Qué es

* La energía es todo aquello capaz de producir cambios en la materia.

Recuerda que la materia forma el universo (tiene masa) y ocupa un lugar en el espacio (tiene volumen). Podemos observar cambios en la materia, físicos o químicos. Un cambio físico es, por ejemplo, un cambio de estado o una deformación. Un cambio químico es, por ejemplo, una combustión. Para que se produzca cualquier cambio en la materia es necesaria la energía.

La energía carece de masa o volumen. No la podemos observar o medir directamente, la observamos y la medimos a través de sus efectos en la materia. Ni siquiera podemos decir que “vemos” la luz, una forma de energía. Vemos en realidad cuerpos luminosos o iluminados (materia).

La energía está contenida en la materia y se transfiere de unos cuerpos a otros. Una ley física llamada principio de conservación de la energía dice que “la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Aunque esa ley fue mejor interpretada cuando Einstein demostró que la materia puede convertirse en energía (eso es lo que sucede en la “desaparición” de cierta cantidad de materia convertida en energía, por ejemplo en la explosión de una bomba atómica o en el reactor de una central nuclear).

Cuando vemos cambios a nuestro alrededor, está sucediendo un paso de energía de un cuerpo a otro (el hielo que se funde), o una transformación de la energía de un tipo a otro: un avión vuela por la energía de su combustible, crece una planta por la energía que toma del sol (fotosíntesis), nosotros nos movemos gracias a la energía química de los alimentos que hemos tomado, podemos asar la cena en la hoguera de San Antón porque la energía química de la madera se convierte en calor…

calor

luz

energía

química

Formas o tipos de energía.

En la naturaleza existen distintas manifestaciones de la energía, a las que llamamos formas o tipos de energía, y unos pueden transformarse en otros. Los humanos hemos aprovechado esta propiedad de la energía en todo tipo de objetos tecnológicos.

Energía térmica o calorífica (calor)

Es la forma más básica de la energía. Está contenida en toda la materia a nuestro alrededor.

Energía mecánica.

Es la capacidad de producir un trabajo (efectos en la materia) que tienen los cuerpos por su velocidad o por su posición. Hay, por tanto, dos tipos de energía mecánica:

1 Energía cinética: la de los cuerpos en movimiento. Su energía es mayor según aumente su velocidad o su masa.

2 Energía potencial gravitacional: la de los cuerpos en razón de su posición en alto. Cuando un objeto cae desde una posición alta va perdiendo energía potencial, que se convierte en energía cinética, y en la mayoría de los casos, también en calor por el rozamiento.

Energía química

La tienen todas las sustancias que pueden generar calor o electricidad en una reacción química. Así, las plantas transforman la energía de la luz del sol (en la fotosíntesis) en energía química almacenada en sus tejidos. Estos desprenden calor cuando los utilizamos como combustibles (madera, carbón) o como alimentos (hidratos de carbono).

Energía luminosa

Es la luz que emiten cuerpos luminosos como las estrellas (el Sol) o una llama.

Energía magnética

La que tienen cuerpos magnéticos, como los imanes (lo estudiarás en el tema siguiente, y su relación con la electricidad: electromagnetismo).

Energía eléctrica

La que contienen los cuerpos con carga eléctrica (lo estudiarás en el tema siguiente).

Energía nuclear

La que tienen cuerpos en los que se produce la desintegración de la materia (conversión de masa en energía). Así sucede en las estrellas, y en la Tierra con ciertas sustancias radiactivas, como el uranio.

energía

calorífica

energía

química

energía

cinética

energía

potencial

energía

cinética

El calor

En el universo, el calor es la forma principal de energía. Toda la materia a nuestro alrededor tiene calor. ¿También el hielo? Sí, incluso el hielo.

El calor es debido al movimiento continuo de las partículas que forman la materia. Sólo cuando estas partículas estuvieran completamente paradas un cuerpo no tendría calor. Esto sucede a la temperatura que llamamos cero absoluto (-273ºC). En los laboratorios se han alcanzado temperaturas cercanas a esta. Y ya se están desarrollando nuevas tecnologías del frío, como la criónica, dedicada a la preservación de tejidos o de seres vivos a muy bajas temperaturas. En cambio, si las sus partículas se mueven cada vez más rápido, la materia puede alcanzar temperaturas muy altas; de millones de grados, de hecho, en las estrellas.

En la mayoría de los cambios que observamos a nuestro alrededor interviene el calor. Piensa en el objeto que cae: por el rozamiento, parte de su energía se convierte en calor; al chocar contra el suelo casi toda su energía cinética se convierte en calor.

También en muchas de las transformaciones que hacemos los humanos para obtener energía útil interviene el calor: aprovechamos la energía solar calorífica, quemamos combustibles para calentarnos o producir electricidad con agua que, transformada en vapor, mueve las turbinas…

Calor y temperatura

Es importante diferenciar calor y temperatura.

Podemos definir calor como una forma de energía que se almacena en la materia mediante el movimiento de las partículas que la forman; y la temperatura como el nivel de calor de un cuerpo. Podemos relacionar la temperatura con la velocidad a la que se mueven esas partículas.

Un cuerpo puede tener una temperatura muy alta y en cambio contener poco calor: basta que sea pequeña su masa. Y, al contrario, puede tener una temperatura muy baja y contener mucho calor, si su masa es grande.

Piensa cuánto calor necesitas para hervir un vaso de agua, cuánto gas butano sería necesario. Ahora, imagina que usas una cantidad igual de gas para calentar una piscina. Has añadido el mismo calor a los dos cuerpos (agua del vaso, agua de la piscina), pero no aumenta igual la temperatura.

Así pues, el calor es una forma de energía; la temperatura es el nivel de calor, y su aumento o disminución con una determinada cantidad de calor depende de la masa del cuerpo. El calor se mide en calorías: la caloría (cal) es la cantidad de energía necesaria para elevar 1ºC la temperatura de 1 gramo de agua. La temperatura se mide en grados (ºC).

En realidad confundimos mucho calor y temperatura porque asociamos erróneamente calor con sensación térmica de lo que percibimos como caliente, y lo que está más frío que nuestra piel nos parece que no tiene calor. No es así. Todo lo que está por encima de la temperatura de -273ºC tiene calor. En realidad, por tanto, todo en el universo tiene calor. En cuanto a lo que percibimos como frío o caliente, ¡cuidado, tus sentidos te pueden confundir! Puedes hacer esta experiencia:

1) Coloca una de tus manos en un recipiente que contenga agua caliente y luego la sumerges en otro con agua a la temperatura ambiente. Tendrás la sensación de que esta última está fría.

2) Si en cambio la colocas primero en un recipiente que contenga agua con hielo y luego en el que contiene agua a la temperatura ambiente, tendrás la sensación de que esta última está caliente.

En ambos casos el recipiente con agua a temperatura ambiente es el mismo y, sin embargo, nuestra sensación es totalmente diferente.

El calor se transmite de un cuerpo a otro

El calor se transmite en la materia: pasa del cuerpo que tiene mayor temperatura al que tiene menor temperatura. Esto puede suceder:

· A distancia (por radiación). Así, el calor del sol, que atraviesa el espacio vacío y calienta la Tierra.

· Por contacto: Así el calor que pasa del fuego a la cazuela, o el calor del aire que circula en la atmósfera.

El calor pasa de un cuerpo

con mayor temperatura

a otro con menor temperatura

Efectos del calor

· Variaciones de temperatura. Un cuerpo que recibe calor aumenta su temperatura; el que cede calor, disminuye su temperatura.

· Cambios físicos: Cambios de estado (a sólido, líquido, gas) y dilataciones (cambios de volumen).

(Todos ellos los has estudiado o los verás en el tema 3: La materia y las fuerzas)

El calor y el efecto invernadero

La Tierra recibe mucha radiación solar. Además, como todos los cuerpos del universo, tiene su propio calor (en su interior está a temperaturas muy altas). Parte de ese calor, y el de su superficie calentada por el Sol, la Tierra lo irradia a su vez al espacio en forma de radiación infrarroja, no visible.

El aumento de gases de efecto invernadero en la atmósfera, sobre todo el CO2 y el vapor de agua, hace que estos gases devuelvan a la superficie más radiación que antes, por lo que se rompe el equilibrio. Como resultado, la atmósfera se va calentando.

Gran parte de este efecto se debe al aumento de estos gases en la atmósfera por el consumo de combustibles fósiles (carbón y petróleo) en la industria, los transportes, las viviendas, la producción de electricidad. Por eso es importante sustituirlos por energías limpias.

Fuentes de energía

Para realizar todo tipo de actividades obtenemos energía de la naturaleza.

* Fuentes de energía son los materiales o fenómenos naturales capaces de ceder energía para nuestro uso. Las clasificamos en fuentes renovables y no renovables.

Fuentes renovables

Son las que no se agotan, porque se encuentran en grandes cantidades o porque se renuevan continuamente.

Además, las fuentes renovables son, en general, energías limpias: no contaminan el suelo, la atmósfera o las aguas.

Corrientes de agua - energía hidráulica

Aprovechamos su energía mecánica (potencial, cinética) para mover máquinas y, sobre todo para producir electricidad en las centrales hidroeléctricas.

Ten en cuenta que no es lo mismo hidráulico que hidroeléctrico: un mecanismo hidráulico es también, por ejemplo, una noria de riego, ya que está movida por la energía del agua, pero no es hidroeléctrico. Una central hidroeléctrica se llama así porque produce electricidad a partir de la energía almacenada en el agua. Y sí es hidráulica.

El sol - energía solar

La energía del Sol puede aprovecharse como energía térmica (colectores solares térmicos, basados en grandes paneles que recogen el calor o en espejos que lo concentran en un punto para calentar el agua) o como energía luminosa (placas fotovoltaicas que transforman la luz directamente en electricidad).

El viento - energía eólica

La energía cinética del viento se transforma en electricidad mediante aerogeneradores (no es correcto que los llamemos molinos).

El calor del interior de la Tierra - energía geotérmica

Se aprovecha para agua caliente y calefacción en algunos lugares, mediante tuberías muy profundas que llevan agua hasta esas fuentes de calor para captarlo.

La biomasa - energía química

Los biocombustibles, como la madera, la leña, los restos vegetales, los aceites vegetales, contienen energía química que podemos utilizar al quemarlos. También se obtienen de ellos combustibles líquidos (alcohol, biodiesel).

Fuentes de energía no renovables

Son las que se agotan porque se renuevan muy lentamente o se formaron hace millones de años.

· Los combustibles fósiles: contienen energía química que se libera como calor al quemarlos. Los principales son el carbón, el petróleo y el gas natural.

· La energía nuclear procedente de los minerales radiactivos, como el uranio.

Son, además, energías sucias, ya que al utilizarse producen residuos nocivos.

Los problemas de la energía

La energía es una necesidad básica para las personas. La mayor parte de la energía que consumimos es energía eléctrica, cuyo proceso de producción en las centrales térmicas, hidroeléctricas y nucleares ocasiona los siguientes problemas:

Cambios en el paisaje: La construcción de embalses y presas para almacenar el agua que usan las centrales hidroeléctricas implica que se inunden grandes zonas de terreno, lo que provoca la alteración de ecosistemas y la desaparición de zonas de cultivo.

Contaminación: Los combustibles derivados del petróleo (gasolina, gasoil), tanto si se utilizan en los motores de los coches como en las centrales térmicas, desprenden gases a la atmósfera que son perjudiciales para los seres vivos, además de CO2 (efecto invernadero). El carbón desprende, además, otras sustancias causantes de la lluvia ácida. Entre los combustibles fósiles, el gas natural es el menos sucio, ya que al quemarse sólo produce calor, CO2 y vapor de agua. En las centrales nucleares se producen residuos radiactivos muy peligrosos para la salud y el medio ambiente si no se almacenan de acuerdo con las medidas de seguridad establecidas.

Agotamiento de las fuentes no renovables: Al ritmo de consumo actual, las fuentes de energía no renovables terminarán por agotarse en pocos años.

Desarrollo sostenible

Una definición sencilla de desarrollo sostenible es: satisfacer las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer las posibilidades de las generaciones del futuro. En cuanto a los problemas energéticos, el desarrollo sostenible exige tomar medidas como utilizar las fuentes de energía renovables, que no se agotan y son más limpias y respetuosas con el medio ambiente. También es necesario que todos seamos conscientes de la necesidad de ahorrar energía, y lo hagamos.

Además, el desarrollo sostenible debe ser equitativo entre las personas (derecho de acceso a la energía para todas las personas) y entre los países: todos los países deben tener derecho a un desarrollo energético que garantice una vida digna a sus ciudadanos, y también deben asumir el compromiso de proteger el medio ambiente y tomar medidas que frenen el cambio climático.

La energía y tú

Cada pequeño detalle que tengamos en cuenta para el buen uso y el ahorro de energía contribuye a mejorar el medio ambiente y la economía, y sirve de ejemplo a los demás. Son buenos hábitos de consumo de energía:

1. Usa bombillas

de bajo consumo.

2. Elige

electrodomésticos

de clase A.

3. Mantén la temperatura

entre 21 y 23 ºC, no más

(en dormitorios, entre 19 y 21 ºC).

4. Evita pérdidas

de calor aislando

puertas y ventanas.

5. Ventila 10 minutos.

Es suficiente para renovar

el aire de una habitación.

6. No cubras

los radiadores poniendo

obstáculos al calor.

7. Aprovecha la luz natural

para lo que tengas que hacer.

8. Desconecta

los aparatos

que no utilices.

9. Usa lavadora y

lavavajillas completamente

cargados.

10. Aconseja

a los demás

estos hábitos.

Este tema en El libro digital:

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