T.1.- UN UNIVERSO CAMBIANTE DE MATERIA Y ENERGÍA -De qué está hecho el Universo. La materia La energía. Los cambios. Mª Carmen Magallón Libro de texto Edt. Anaya 2º ESO

Lectura página 21

DE QUÉ ESTÁ HECHO EL UNIVERSO

LA CONSTITUCIÓN DEL UNIVERSO El universo que hoy conocemos está formado esencialmente por materia y energía . Los científicos hablan de espacio tiempo como algo que existe realmente y del vacío, que no es la nada.

LA MATERIA Y LA ENERGÍA Todo está formado por materia Todos los seres necesitamos un aporte continuo de materia y energía para vivir. La materia la tomamos del planeta donde nos encontramos, y la energía del Sol. Necesitamos materia. Para reponer y añadir elementos (ejemplo: C, N, O, S, P, Ca, Fe, etc.); para sustituir , y en los jóvenes aumentar, la cantidad de piel, neuronas, órganos, músculos y huesos. Necesitamos energía . Para movernos, trabajar, captar la información del mundo que nos rodea y procesarla, digerir los alimentos, mantener la temperatura corporal.,etc.

LOS CAMBIOS Puede decirse que el universo es un conjunto de materia y energía en permanente cambio y evolución . Los seres vivos , como componentes del universo, cambian y evolucionan constantemente. Cada cambio que se produce en la materia va acompañado de una transferencia de energía.

LA MATERIA

LA MATERIA La materia es todo aquello que tiene extensión e inercia. La materia tiene propiedades generales y específicas. Las propiedades generales dependen de la extensión de la muestra, son extensivas. Las propiedades específicas son las que utilizamos para diferenciar unos materiales de otros, son intensivas.

PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIA Magnitud Que la mide Unidad Símbolo Extensión Volumen Metro cúbico m3 Inercia Masa Kilogramo Kg. Interacción Fuerza Newton N Estructura corpuscular Cantidad de sustancia Mol

COMO ES LA MATERIA El aspecto de la materia: escala macroscópica. La escala macroscópica es aquella que pueden captar nuestros sentidos y que, por tanto, abarca desde los milímetros hasta los años luz. En nuestro planeta podemos apreciar la materia, a esta escala, en sus tres estados de agregación: gaseoso, formando la atmósfera; líquido, formando la hidrosfera, y sólido, en todo el resto de la geosfera. La materia por dentro: escala microscópica (no podemos apreciarla a simple vista), sabemos que la materia está formada por partículas que se mueven e interaccionan en el vacío. Estas partículas se encuentran en un estado de agitación permanente, agitación térmica, que es la causa de la temperatura de los cuerpos. Las partículas estables por excelencia son los átomos, que podemos encontrarlos aislados, formando moléculas o formando cristales. Estos átomos están formados por otras partículas que tienen carga eléctrica.

LA ENERGÍA

En el universo hay más energía de la que pueden captar nuestros sentidos, pero la podemos detectar, e incluso medir, con aparatos científicos adecuados. Toda ella surge como consecuencia de los cambios que se producen en el interior del Sol y del resto de las estrellas; fundamentalmente, en la transformación del hidrógeno, h, en helio, He, en una reacción de fusión nuclear: H + H ---- He + Energía Del Sol recibimos grandes cantidades de radiaciones no visibles , como la IR (infrarroja), nos proporciona la sensación de calor, los rayos UV (ultravioletas), los rayos X y los rayos gamma, eliminarían todo vestigio de vida en la Tierra de no ser por que la atmósfera las absorbe y las transforma en energía térmica (se calienta). Casi toda la energía que encontramos en la Tierra procede del Sol, directa o indirectamente, como el carbón o el petróleo. Ocasionalmente de los volcanes, géiseres o los terremotos. La energía la necesitamos para realizar las funciones vitales, la obtenemos de los alimentos. La energía la necesitamos para que funcionen las máquinas, la obtenemos directa o indirectamente del Sol mediante transformaciones… Para obtener energía, hay que transformar la materia.

LOS CAMBIOS

CONCEPTO: En ciencia llamamos cambio, o fenómeno, a cualquier suceso observable y medible. La causa de todos los cambios son las interacciones: gravitatorias, electromagnética o nucleares. Ejemplos Las estrellas, y los demás astros, se forman y se mueven gracias a la interacción gravitatoria, que se debe a la masa. Las sustancias reaccionan por la interacción electromagnética, debida a la carga eléctrica de las partículas que forman los átomos. También es la razón de los cambios en los seres vivos. En el interior de las estrellas, unos elementos químicos se convierten en otros por las fuerzas ocasionadas por las interacciones nucleares. La radiactividad también se debe a ellas. Siempre que se produce un cambio hay, simultáneamente, una transferencia de energía.

CLASIFICACIÓN DE LOS CAMBIOS Dado que cada fenómeno tiene una causa que lo produce, podríamos clasificarlos en: Cambios físicos, cambios químicos y cambios nucleares. CAMBIOS FÍSICOS: Son los cambios que se producen sin alteración de las sustancias, como los movimientos, los cambios de estado, el viento, algunos fenómenos eléctricos, etc. CAMBIOS QUÍMICOS: Son aquellos en los que sí se producen cambios de las sustancias, como las reacción del sodio metálico con el agua para formar sosa e hidrógeno, o los cambios que se producen en el interior de las células vivas, etc. CAMBIOS NUCLEARES: Se producen cuando cambian los elementos químicos . Así sucede en las estrellas cuando dos átomos de hidrógeno, H, se unen y las fuerzas nucleares los transforman en uno de helio, He: H + H --- He + Energía. A partir del hidrógeno se forman, en el interior de las estrellas, todos los elementos que conocemos.

VOCABULARIO Agitación térmica Alimento Cambio Energía Energía solar Estados de la materia Extensión Inercia Interacciones Materia

CÉLULAS SOLARES DE CONCENTRACION Las eficiencias tan altas de estas células solares se consiguen gracias a su mayor aprovechamiento del espectro solar, al combinar la captación de diferentes frecuencias lumínicas. Pero también gracias a su capacidad única de funcionar de forma óptima a altas temperaturas, de unos 60 °C, lo que facilita la concentración de la luz solar sobre ellas. Desde los años 70, cuando se empezaron a testar células en condiciones de altas concentraciones lumínicas, se ha ido aumentado la «cantidad de soles», es decir, la cantidad de veces que la luz solar es concentrada sobre estas. En la actualidad son viables concentraciones de 500 soles, aunque se encuentra en estudio ampliar la concentración hasta los 1000 soles. Todo ello facilita que, con pequeñas cantidades de arseniuro de galio, extremadamente caro, se consigan grandes producciones de electricidad, disminuyendo, a su vez, la necesidad de utilizar enormes superficies de terreno para producir la misma cantidad de energía eléctrica. De este modo, se reducen los costes de las plantas de producción eléctrica mediante sistemas fotovoltaicos, abaratando el precio del kilovatio-hora (kWh) producido por cada euro invertido. Compañías de todo el mundo están probando estas células con diferentes sistemas ópticos de concentración de la luz solar. Bien mediante campos de espejos llamados helióstatos, que concentran la luz en una torre central recubierta de células, bien mediante la utilización de lentes que concentran la luz individualmente en cada unidad fotovoltaica. CÉLULAS SOLARES DE CONCENTRACION Hacia la energía eléctrica sin contaminación Cuando hablamos de lo último en el aprovechamiento de la luz solar para producir electricidad, hablamos de células solares de concentración. Su principio de funcionamiento es similar al de las células fotovoltaicas tradicionales, con la salvedad de que no están compuestas por silicio, sino por materiales semiconductores más exóticos como el arseniuro de galio (GaAs), formado por arsénico y galio. Las ventajas de utilizar materiales tan exóticos para producir electricidad son grandes. En primer lugar, su eficiencia en la conversión de la energía solar en energía eléctrica es del 40%, frente al 15% que consiguen, hasta el momento, las más modernas células solares de silicio. De ahí que también se las denomine células fotovoltaicas de eficiencia ultra alta. Si las comparamos con las actuales centrales térmicas, que queman carbón o petróleo, su rendimiento es fantástico, ya que una térmica convencional apenas alcanza un rendimiento del 30%. Solo quedan por encima las modernísimas térmicas de ciclo combinado, que queman gas y alcanzan rendimientos que pueden alcanzar casi el 55%, a costa de envenenar nuestra atmósfera con gases de efecto invernadero y otros peores. Comenta el texto • Sintetiza el contenido Lo que has leído es un informe sobre una nueva tecnología dentro del campo de las energías renovables. a) Subraya los aspectos esenciales referidos a la nueva tecnología. b) Haz un resumen de 10 o 15 líneas. • Reflexiona sobre algunas ideas a) ¿En que se diferencia una célula fotovoltaica de concentración de una convencional? b) ¿Cuáles son las ventajas de este sistema?

Aplicaciones Las aplicaciones que la energía solar, transformada en eléctrica por células fotovoltaicas, puede tener son innumerables. Si quieres conocer algunas, haz click en los enlaces que te ofrecemos a continuación: Iluminación nocturna: http://www.isofoton.com/technical/material/esquemas/ fotovoltaica-iluminacion_esp.swf Señalización: fotovoltaica-senyalizacion_esp.swf Energía eléctrica para la red: fotovoltaica-centrales_esp.swf Alimentación de antenas de TV y telefonía móvil: fotovoltaica-teleco_esp.swf Bombeo de agua: fotovoltaica-agua_esp.swf Electricidad para la vivienda y la red: fotovoltaica-integracion_esp.swf Unidad 1. Un universo cambiante de materia y energía Pág. 2 Un universo cambiante de materia y energía