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¿Qué es energía? La energía es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo.

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Presentación del tema: "¿Qué es energía? La energía es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo."— Transcripción de la presentación:

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2 ¿Qué es energía? La energía es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema cerrado y que permanece invariable con el tiempo. También se puede definir la energía de sistemas abiertos, es decir, partes no aisladas entre sí de un sistema cerrado mayor. Un enunciado clásico de la física newtoniana afirmaba que: La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Todos los cuerpos, pueden poseer energía debido a su movimiento, a su composición química, a su posición, a su temperatura, a su masa y a algunas otras propiedades. En las diversas disciplinas de la física y la ciencia, se dan varias definiciones de energía, por supuesto todas coherentes y complementarias entre sí, todas ellas siempre relacionadas con el concepto de trabajo.

3 Energía Mecánica La energía mecánica es la suma de la energía cinética (debida al movimiento) y la energía potencial (la asociada a la posición dentro de un campo de fuerzas conservativo). Esta suma de energías se denomina energía mecánica, y se escribe genéricamente como : Fuerzas que intervienen en un cuerpo lanzado hacia arriba: una genera movimiento (energía cinética) y la otra, el peso, va acumulando energía potencial gravitatoria hasta el punto más elevado de la trayectoria.

4 Energía Cinética Energía Cinética: Posee un cuerpo de masa m por encontrarse en movimiento. Existe el movimiento lineal y el movimiento angular. Es el trabajo necesario para acelerar una partícula desde una velocidad (angular y lineal) nula hasta una velocidad (angular y lineal) dada. Las unidades del SI para la energía son joules. En mecánica clásica la energía cinética se puede calcular a partir de la ecuación del trabajo y la expresión de una fuerza F dada por la segunda ley de Newton:

5 Energía Potencial: Es una magnitud escalar asociado a un campo de fuerzas (o como en elasticidad un campo tensorial de tensiones). Cuando la energía potencial está asociada a un campo de fuerzas, la diferencia entre los valores del campo en dos puntos A y B es igual al trabajo realizado por la fuerza para cualquier recorrido entre B y A.

6 a) Energía Potencial Gravitatoria (Ep) Supóngase que se quiere levantar un peso W una altura h, mediante una grúa, para después soltarle y que sirva para clavar un pilote como se muestra en la figura Se dice entonces que el sistema tierra - cuerpo posee una energía potencial gravitatoria. Al soltar el cuerpo, éste realizará un trabajo al golpear el pilote (c). La fuerza externa F requerida para levantar el cuerpo (a) deberá ser por lo menos igual al peso W. Entonces el trabajo realizado por la fuerza será: La misma cantidad de trabajo se realizará cuando el cuerpo desciende la altura h (b). Entonces el cuerpo tiene una energía potencial gravitatoria igual al trabajo externo realizado para levantar el cuerpo, luego la energía potencial del cuerpo será igual a: ** La energía potencial gravitatoria solamente tiene significado cuando se establece un nivel de referencia.

7 b) Energía potencial elástica b) Energía potencial elástica: Cuando se comprime un resorte como el de la figura, una fuerza variable hace un trabajo sobre éste. Conforme el resorte está comprimido (o estirado) cada vez más, la fuerza de restauración del resorte se hace más grande y es necesario aplicar una fuerza mayor. Se encuentra que la fuerza F aplicada es directamente proporcional al desplazamiento o al cambio de longitud del resorte, es decir sí x0=0, entonces En donde k es una constante de proporcionalidad denominada constante del resorte y cuyas unidades son N/m. La fuerza promedio que se hará para comprimir el resorte será: Este trabajo sobre un resorte se convierte en la energía potencial elástica del mismo. En donde: k = constante del resorte x = distancia que el resorte se comprime o alarga

8 Energía Electromagnética Es la cantidad de energía almacenada en una región del espacio que podemos atribuir a la presencia de un campo electromagnético, y que se expresará en función de las intensidades de campo magnético y campo eléctrico. En un punto del espacio la densidad de energía electromagnética depende de una suma de dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades de campo. Se compone de: Energía radiante: Energía radiante: Es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioleta (UV), los rayos infrarrojo (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno. Ej.: La energía que proporciona el Sol y que nos llega a la Tierra en forma de luz y calor.

9 Termodinámica Rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacidad para producir un trabajo. Se compone de: a)Energía interna: Se denomina energía interna del sistema a la suma de las energías de todas sus partículas. En un gas ideal las moléculas solamente tienen energía cinética, los choques entre las moléculas se suponen perfectamente elásticos, la energía interna solamente depende de la temperatura.

10 a)Energía Térmica: Se denomina energía térmica a la energía liberada en forma de calor, obtenida de la naturaleza (energía geotérmica), mediante la combustión de algún combustible fósil (petróleo, gas natural o carbón), mediante energía eléctrica por efecto Joule, por rozamiento, por un proceso de fisión nuclear o como residuo de otros procesos mecánicos o químicos. La energía térmica también se puede aprovechar en un motor térmico; en el caso de la energía nuclear para la generación de energía eléctrica, y en el caso de la combustión, además, para obtener trabajo, como en los motores de los automóviles o de los aviones.

11 Física relativista clásica a)Energía en reposo: La energía en reposo de una partícula másica es el valor de la energía total de un partícula medida por un observador que esté en reposo respecto a la partícula. Para las partículas sin masa no puede definirse ya que resulta imposible encontrar un observador material que esté en reposo respecto a ellas de acuerdo con la teoría de la relatividad de Einstein. b )Energía de desintegración b ) Energía de desintegración: Es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finales de una desintegración. Es la diferencia de energía existente entre las partículas iniciales y las finales de un proceso de desintegración. Se aplica la relación entre la masa y la energía: Q = (masa de los partículas iniciales - masa de las partículas finales) · c² Si la energía, Q, es positiva, la reacción es exoérgica o exotérmica; si es negativa la reacción es endoérgica o endotérmica.

12 Formas de generación de energía eléctrica Energía renovables: a) Energía eolica: La energía eólica es la que se obtiene por medio del viento, es decir mediante la utilización de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire. La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas. Es un tipo de energía verde. En la actualidad se utiliza, sobre todo, para mover aerogeneradores. En estos la energía eólica mueve una hélice y mediante un sistema mecánico se hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador, que produce energía eléctrica. Para que su instalación resulte rentable, suelen agruparse en concentraciones denominadas parques eólicos.

13 b) Energía geotérmica: Es aquella energía que puede ser obtenida por el hombre mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. El calor del interior de la Tierra se debe a varios factores, entre los que caben destacar el gradiente geotérmico, el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo, "Tierra", y thermos, "calor"; literalmente "calor de la Tierra".

14 c cc c) Energía Hidráulica: Es aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente de ríos, saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla, caso contrario es considerada solo una forma de energía renovable. Se puede transformar a muy diferentes escalas, existiendo desde hace siglos pequeñas explotaciones en las que la corriente de un río mueve un rotor de palas y genera un movimiento aplicado, por ejemplo, en molinos rurales. Sin embargo, la utilización más significativa la constituyen las centrales hidroeléctricas de represas, aunque estas últimas no son consideradas formas de energía verde por el alto impacto ambiental que producen y por el uso de grandes cantidades de combustible fósil para los generadores. El origen de la energía hidráulica está en el ciclo hidrológico de las lluvias y, por tanto, en la evaporación solar y la climatología, que remontan grandes cantidades de agua a zonas elevadas de los continentes alimentando los ríos. Este proceso está originado, de manera primaria, por la radiación solar que recibe la Tierra.

15 d) Energía Mareomotriz: La energía mareomotriz es la energía potencial o cinética que contienen los océanos. Está energía se está desarrollando y se piensa podría ser una energía que sustituiría a los combustibles fósiles, porque esta energía es renovable y tres cuartas partes del planeta son océanos, así que casi todo país puede emplearla. Está energía la producen en conjunto el Sol y la Luna, que hacen: Las olas Las mareas Las corrientes marinas

16 e) Energía solar: La energía solar es la energía obtenida de la radiación solar transformándola en calor o electricidad. Los colectores solares transfieren la energía proveniente de la radiación solar al agua y la calientan. Las celdas fotovoltaicas que generan su energía eléctrica de la radiación electromagnética del sol, transformándola en energía eléctrica.

17 f) Energía azul: La energía azul es la energía obtenida por la diferencia en la concentración de la sal entre el agua de mar y el agua de río con el uso de la electrodiálisis inversa (o de la ósmosis) con membranas de iones específicos. El residuo en este proceso es agua salobre. La tecnología de la electrodiálisis inversa se ha probado en condiciones de laboratorio. Como en tecnologías comunes, el costo de la membrana era un obstáculo. Una membrana nueva, barata, basada en un plástico eléctricamente modificado del polietileno, le ha dado una nueva oportunidad para su uso comercial.

18 Energía no renovable: a) Energía Nuclear Es aquella que resulta del aprovechamiento de la capacidad que tienen algunos isótopos de ciertos elementos químicos para experimentar reacciones nucleares y emitir energía en la transformación. Una reacción nuclear consiste en la modificación de la composición del núcleo atómico de un elemento, que muta y pasa a ser otro elemento como consecuencia del proceso. Este proceso se da espontáneamente entre algunos elementos y en ocasiones puede provocarse mediante técnicas como el bombardeo neutrónico u otras. Existen dos formas de aprovechar la energía nuclear para convertirla en calor: la fisión nuclear, en la que un núcleo atómico se subdivide en dos o más grupos de partículas, y la fusión nuclear, en la que al menos dos núcleos atómicos se unen para dar lugar a otro diferente.


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