LA ENERGÍA TEMA 1

ÍNDICE ¿QUÉ ES LA ENERGÍA? FORMAS O CLASES DE ENERGÍA PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS FUENTES DE ENERGÍA IMPORTANCIA DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

1.- ¿QUÉ ES LA ENERGÍA? La ENERGÍA es la capacidad para realizar un trabajo. Ejemplos: Masa de agua embalsada Muelle estirado o comprimido  

Trabajo es el producto de la fuerza F aplicada a un cuerpo por la distancia s que recorre su punto de aplicación y por el coseno del ángulo que forman las direcciones de ambos.

1.1- UNIDADES DE ENERGÍA Y TRABAJO Julio (J): es el trabajo que realiza una fuerza de 1 N al desplazar su punto de aplicación 1m en su misma dirección. Es la unidad en el S.I. Kilográmetro (Kgm): es el trabajo realizado por una fuerza de 1 Kp al desplazar su punto de aplicación 1m en su misma dirección. Es la unidad en el Sistema Técnico. 1 Kgm = 9,8 J. Caloría (cal): es la cantidad de calor necesaria para elevar, a la presión normal, la temperatura de 1 gr de agua desde 14,5 ºC a 15,5 ºC. 1 cal = 4,18 J. Kilovatio-hora (Kwh): es el trabajo realizado por un ser o una máquina de 1 Kw de potencia en una hora de funcionamiento. 1 Kwh = 3.600.000 J

1.2.- POTENCIA Potencia (P): la potencia de un ser o de una máquina es el cociente entre el trabajo que realiza el ser o la máquina y el tiempo que tarda en realizarlo. P = W / t Unidades: Vatio (w): unidad de la potencia en el Sistema Internacional. Kilovatio (KW): equivale a 1000 w. Caballo de vapor (CV): equivale a 735 w.

2.- FORMAS O CLASES DE ENERGÍA La energía se manifiesta de múltiples formas. Energía mecánica: puede ser de tres clases Energía cinética (Ec): es la energía que posee un cuerpo, debido a su velocidad. Teorema de la energía cinética o de las fuerzas vivas: el W realizado por una F sobre un cuerpo, y se aumenta la velocidad de éste, es igual a la variación de Ec experimentada por el cuerpo.

Energía potencial gravitatoria (Epg): es la energía que posee un cuerpo debido a la posición que ocupa en un campo gravitatorio. Para conocer la Epg de un cuerpo es necesario saber la altura h a la que se encuentra respecto de un nivel de referencia. Si se ejerce una F sobre un cuerpo elevando su posición, el W realizado contra las fuerzas del campo gravitatorio se invierte en elevar la Epg. W = m g (h – h0)

Energía potencial elástica (Epx): es la energía que posee un cuerpo elástico (resorte) en virtud de su estado de tensión. k es la constante elástica del resorte x es la deformación del resorte Recuerda que la relación entre la F y la x en un resorte es F = k x

Procede de la transformación de la materia en energía de acuerdo con: Energía nuclear: es una energía propia de la materia y que se libera al fisionarse o fusionarse los núcleos de determinados átomos. Procede de la transformación de la materia en energía de acuerdo con: c = 3 108 m/s (velocidad de la luz en el vacío) Ejemplo: energía de fusión liberada en el Sol.

Energía interna (U): es la suma de las energías de todas las partículas que constituyen un cuerpo (Ec de partículas subatómicas, fuerzas de atracción y repulsión entre partículas, es decir, potencial) La U depende de la temperatura y la presión del cuerpo.

Energía térmica, calor: es una energía debida a la agitación de las moléculas que componen un cuerpo. Se manifiesta por las variaciones de temperatura, cambios de estado y de volumen. La causa de su transmisión es la diferencia de temperatura.

El calor se transmite de 3 formas distintas: Conducción: transporte de calor sin transporte de materia pero en presencia de esta. Se debe al intercambio de Ec entre moléculas vecinas. Los materiales se clasifican en conductores y aislantes Convección: transporte de calor con transporte de materia. Es típico de los fluidos. Se debe a la menor densidad de las zonas calientes de un fluido, formándose las corrientes de convección.

Radiación: transporte de calor en presencia o no de materia (vacío) Radiación: transporte de calor en presencia o no de materia (vacío). La transmisión de calor se produce por ondas electromagnéticas. Ejemplo: calor que nos llega del Sol.

Energía química: es la que poseen las sustancias y se pone de manifiesto cuando reaccionan para transformase en otras sustancias diferentes. Endotérmicas. Exotérmicas. (combustibles)

Energía eléctrica: es la que posee la corriente eléctrica. Energía radiante: es la que se propaga en forma de ondas electromagnéticas. Parte de ella es calorífica, otra es luminosa (luz visible), rayos ultravioleta, ondas microondas,... Energía eléctrica: es la que posee la corriente eléctrica. Se transporta fácilmente. Es muy cómoda de utilizar. La cantidad de energía eléctrica consumida por un aparato viene dada por la expresión: E = V I t

3.- PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA Primer principio de la Termodinámica: La energía interna (U) de un sistema puede variar si se aporta o extrae calor (Q) del sistema, o por medio de trabajo mecánico. U = Q + W Criterio de signos:

Q<0  calor cedido por el sistema. Q>0  calor absorbido por el sistema. Q<0  calor cedido por el sistema. W>0  trabajo realizado sobre el sistema. W<0  trabajo realizado por el sistema. Si el sistema además de U posee también Ec y Ep, su energía total (E) será: E = U + Ec + Ep Para este caso el primer principio de la Termodinámica se puede generalizar: E = Q + W

Casos particulares Si solo se producen transformaciones mecánicas en el sistema (es decir, Q=0) (Ec2 + Ep2) – (Ec1 + Ep1) = W Si además la Ep permanece constante (desplazamientos horizontales) Ec2 – Ec1 = W  Th de la Ec En un sistema aislado (no se intercambia ni materia ni energía con el exterior): Q = 0; W = 0  E = 0 La energía total de un sistema aislado permanece constante, aunque se puede transformar de unas clases en otras.

Considerando nuestro Universo un sistema aislado podemos deducir el principio de conservación de la energía: La energía total del Universo permanece constante. La energía ni se crea ni se destruye, simplemente se transforma.

4.- TRANSFORMACIONES ENERGETICAS Algunos procesos con transformaciones de energía son: Se da en dinamos y alternadores. El rozamiento de las partes móviles de las maquinas transforma la E mecánica en calor.

Se da en motores. Acumuladores, batería de coches (electrolisis) Efecto Joule. Resistencias eléctricas. Bombillas y fluorescentes

Pilas y acumuladores Combustiones Energía de los alimentos se transforma en el metabolismo. Combustión también produce luz.

Convertidores termoiónicos (Ionización producida por el calor Convertidores termoiónicos (Ionización producida por el calor. A altas temperaturas los electrones vibran cada vez más fuerte, pueden escapar del cuerpo; este quedara por tanto positivo.) y termoeléctricos. ( Si se unen por ambos extremos dos alambres de distinto material (este circuito se denomina termopar), y una de las uniones se mantiene a una temperatura superior a la otra, surge una diferencia de tensión que hace fluir una corriente eléctrica entre las uniones caliente y fría.) Turbina de central térmica. Termólisis. (La termólisis es una reacción química en la que un compuesto se separa en al menos otros dos cuando se somete a un aumento de temperatura. Se trata de una reacción endotérmica porque requiere un aporte de calor para romper los enlaces químicos)

Captadores fototérmicos. Células fotovoltaicas. La fotosíntesis que se da en las plantas.

La energía almacenada en los núcleos atómicos se transforma, mediante la fisión o la fusión, en calor.

4.1.- Rendimiento de las transformaciones energéticas. En general, las máquinas utilizan una determinada energía para convertirla en trabajo. En este proceso hay una parte de esa energía que no se convierte en trabajo, es decir, se pierde generalmente en forma de calor.

El rendimiento nos permite cuantificar el aprovechamiento energético de una máquina. La expresión en tanto por ciento es:

5.- FUENTES DE ENERGÍA Fuentes renovables Fuentes no renovables Son las que, en principio, no se agotan. Generalmente producen menos impacto ambiental. Energía hidráulica Energía solar Energía eólica Biomasa Residuos sólidos urbanos Energía mareomotriz Energía de las olas Energía geotérmica Fuentes no renovables Son reservas limitadas de energía que se agotan según se van utilizando. Energía de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) Energía nuclear

6.- IMPORTANCIA DE LA ENERGIA ELECTRICA. Consumo a gran escala (II Revolución Industrial) Consumo de energía  consumo energía eléctrica. Se obtiene a partir de fuentes primarias en las centrales.

Ventajas de la energía eléctrica: Es muy regular: V = cte. y sin intermitencias en el suministro. Es limpia en el lugar de consumo. Es fácil de transportar. Es fácil de transformar en otras clases de energía. El inconveniente principal es que no se puede almacenar. (El coste sube por la variación de la demanda).