Ciencias Naturales 2ºESO - Energía, calor y temperatura

La energía                                                                          Tema 10

La energía
Es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tienen los cuerpos de producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. En el Sistema Internacional se mide en julios (J).
Características	• puede almacenarse • puede transportarse • se conserva • se transfiere • se degrada
Formas de presentarse	• Energía mecánica: es la suma de dos energías:     -Energía cinética: la poseen los cuerpos en movimiento     -Energía potencial: la que tiene un cuerpo a cierta altura sobre el suelo • Energía eléctrica, como la que producen las centrales • Energía interna, como la que poseen los cuerpos debido al movimiento de sus moléculas o átomos. • Energía electromagnética, como la que poseen las radiaciones luminosas y las ondas de radio y televisión. • Energía química, que se manifiesta en las reacciones químicas • Energía nuclear, en los núcleos de los elementos químicos • Energía térmica, debida al movimiento de las partículas
Fuentes de energía	Una fuente de energía es todo aquel medio natural o artificial del que podemos extraer algún tipo de energía y luego utilizarla. Según su disponibilidad, podemos clasificarlas en:      • fuentes no renovables de energía: aquellas que existen en cantidades limitadas, por lo que se agotan según se van utilizando. Son el carbón el petróleo, el gas natural y el uranio      • fuentes renovables de energía: aquellas que existen en cantidades ilimitadas y, por tanto, no se agotan.
Fuentes renovables	• Hidráulica. Se obtiene a partir del agua. En las centrales hidroeléctricas se transforma en energía eléctrica. • Solar. Llega a la Tierra como radiación electromagnética procedente del Sol. Se puede utilizar por vía térmica o fotovoltaica. • Eólica. Producida por el viento. Se capta a través de aerogeneradores, que transforman esta energía en eléctrica. • Biomasa. Se obtiene a partir de materia orgánica. • Geotérmica. Proviene del calor interno de la Tierra. • Maremotriz. Se obtiene de las mareas.

 

Tema 10.- La energía

1.- ¿Qué es la energía?

Es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tienen los cuerpos de producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos.

Al ser una magnitud se puede medir, y se expresa mediante unidades (ej. caloría o Kilowatio hora).

En el Sistema Internacional se mide en julios (J).

Origen de la energía.- casi toda la energía de que disponemos proviene del Sol. A partir de le energía del Sol se produce el ciclo del agua o la formación de la materia orgánica.

 

2.- Características de la energía

• No tiene forma, ni peso, ni color, ni volumen, ni olor.

• Puede ser almacenada.- la química en pilas o baterías, y la eléctrica en condensadores.

• Puede ser transportada.- le eléctrica mediante cables, la electromagnética mediante ondas.

• Puede transformarse a formas de energías más útiles.

• Se transfiere y pasa fácilmente de unos cuerpos a otros.

• Se conserva.- Principio de conservación de la energía: la energía no se gasta, no se puede crear ni destruir, solo se transforma o se transmite de un cuerpo a otro.

• Se degrada.- parte de la energía se pierde en la transformación de un tipo de energía en otra.

 

3.- Formas de presentarse la energía

• Energía mecánica

Es la suma de dos energías, la energía cinética y la energía potencial.

Energía cinética.- (E ): es la que tiene un cuerpo que está en movimiento. Depende de la velocidad y de la masa del objeto

Energía potencial.- (E ): es la que tiene un cuerpo debido a su posición. Depende de la masa del objeto, de la gravedad terrestre y de la altura a la que se encuentra el objeto

• Energía eléctrica

Aparece cuando las partículas cargadas de electricidad se mueven todas en una dirección. Ese movimiento ordenado produce la corriente eléctrica.

• Energía interna

Es la energía que poseen los cuerpos debido al movimiento de las moléculas o átomos que los forman

• Energía electromagnética o radiante

Se puede transmitir en el espacio (a 300.000 km/s) sin que exista ningún medio material.

Es la energía responsable de que en la Tierra tengamos luz; además aporta calor y es utilizada para la formación de la materia orgánica.

• Energía química

Es la energía que poseen los compuestos químicos. Los alimentos, las pilas eléctricas y los explosivos contienen este tipo de energía.

• Energía nuclear

Se obtiene a partir del núcleo de los átomos. Se manifiesta en reacciones nucleares de dos tipos:

·         Fisión: un núcleo atómico se rompe en dos o más fracciones

·         Fusión: cuando se unen dos núcleos de átomos ligeros  y producen uno más pesado

• Energía térmica

Pasa de un cuerpo a otro al estar a diferente temperatura. Es lo que denominamos calor.

¿Cómo funciona una central nuclear?

Una central nuclear tiene 4 partes y realizan estas funciones:

1.-En el reactor se produce la fisión

2.-En el generador de vapor el calor producido por la fisión se usa para hacer hervir agua

3.-La turbina que produce electricidad con la energía contenida en el vapor

4.-En el condensador se enfría el vapor, convirtiéndolo en agua líquida.

 

El calor

Es una energía en tránsito, es decir, una forma de pasar energía térmica de un cuerpo a otro al estar a diferente temperatura (pasa desde el de mayor temperatura al de menor temperatura).

 

4.- Las fuentes de energía y sus tipos

Fuente de energía: es todo aquel medio natural o artificial del que podemos extraer energía y utilizarla. El recurso energético es la cantidad de energía disponible en las fuentes de energía.

Tipos de fuentes de energía

•Fuentes no renovables.- son de origen terrestre y son las que existen en cantidades limitadas, por lo que se agotan según se van utilizando (carbón, petróleo, gas natural y uranio)

•Fuentes renovables.- existen en cantidades ilimitadas, se regeneran continuamente y, por lo tanto, no se agotan (el Sol, el viento, el movimiento de los ríos, las olas, las mareas, el calor interno de la Tierra y la biomasa)

 

5 y 6.- Fuentes no renovables de energía

Su empleo produce problemas de contaminación atmosférica y un incremento del efecto invernadero, debido a las emisiones de CO₂ y otros gases.

 

Carbón

Existen cuatro tipos de carbón: antracita, hulla, lignito y turba.

Se puede extraer en minas a cielo abierto, o desde yacimientos profundos mediante minas subterráneas.

Usos que se le da al carbón: como combustible en las centrales térmicas; como uso doméstico en calefacciones o cocinas; como materia prima para obtener productos como plásticos, etc.

 

Petróleo

Es la fuente de energía más utilizada en la actualidad. Posee mayor poder calorífico que el carbón.

Se extrae en forma de crudo y se somete para su utilización a una destilación en la que se obtienen diferentes derivados del petróleo: sólidos (alquitrán o betún), líquidos (gasolina, fuel, queroseno) y gases (metano, butano, etc.). Se transporta por oleoductos o en barcos petroleros.

 

Gas natural

El gas natural es una mezcla de gases en la que predomina el metano.

Se emplea tal y como se obtiene de la naturaleza, aunque debe ser licuado para transportarlo (por gasoductos o buques cisterna) y almacenarlo.

Se usa en cocinas, para la calefacción, como combustible y en centrales térmicas como sustituto del carbón.

 

Uranio

Es un elemento cuyos átomos son inestables y pueden romperse o fisionarse. Se utiliza como combustible para la energía nuclear.

  

7, 8 y 9.- Fuentes renovables de energía

Es una energía limpia, respetuosa con el medio ambiente, inagotable y con emisiones casi nulas de CO₂ y de otros gases contaminantes.

 

Hidráulica

Se obtiene en las presas a partir del agua almacenada en los embalses de los ríos. En las centrales hidroeléctricas se transforma la energía del agua en energía eléctrica.

Ventajas: estas centrales tienen un mantenimiento mínimo y un coste de explotación barato; no genera residuos ni contaminantes; los embalses son útiles para la agricultura y para controlar las inundaciones.

Inconvenientes: le energía eléctrica generada es transportada a través de una costosa red; si las lluvias son escasas, la producción es menor; la construcción de embalses altera el entorno; existen riesgos de rotura de las presas

 

Solar

Llega del Sol a la Tierra en forma de radiación electromagnética. Esta energía se puede aprovechar por:

·         Vía térmica: se utiliza la energía solar para calentar un fluido dentro de los colectores.

·         Vía fotovoltaica: permite la transformación de le energía solar en energía eléctrica, por medio de los paneles fotovoltaicos

Ventajas: es una fuente inagotable; es una energía limpia, no produce ruidos ni contaminantes; su mantenimiento es barato; llega a zonas aisladas; reduce el uso de combustibles fósiles.

Inconvenientes: está disponible según la latitud, las estaciones, la nubosidad, etc.; no se puede almacenar, sino que debe ser transformada en otro tipo de energía; su uso a gran escala ocupa grandes extensiones de terreno que quedan inutilizadas para otros usos.

 

Energía eólica

Es una forma de energía cinética producida por el movimiento del viento. Puede ser usada directamente o transformada en otras formas de energía. Los aerogeneradores son los aparatos que aprovechan esta energía.

Ventajas: el viento no se agota y es gratuito; los aerogeneradores son baratos y de bajo mantenimiento; se consigue un alto rendimiento; reduce el uso de combustibles fósiles.

Inconvenientes: es aleatoria, pues depende del viento; es difícil de almacenar; los aerogeneradores son peligrosos para las aves; los aerogeneradores alteran el paisaje, generan interferencias en radares, televisión o radio; su uso a gran escala ocupa grandes extensiones de terreno que quedan inutilizadas para otros usos.

 

Biomasa

Es la que se obtiene por la transformación natural o artificial de materia orgánica de los restos de los seres vivos. Se produce mediante el cultivo de especies de rápido crecimiento; aprovechando los residuos de actividades domésticas, agrícolas, ganaderas o forestales; o transformando química o biológicamente ciertas especies vegetales.

Biocombustibles: son productos energéticos (biodiesel, bioetanol, madera, etc.) derivados de la biomasa, y obtenidos por la transformación química o biológica de especies vegetales.

Ventajas: produce pocos residuos, que además son biodegradables; los biocombustibles son menos contaminantes que los combustibles fósiles.

Inconvenientes: tiene un bajo rendimiento energético; en estado fresco tiene un gran volumen, lo que dificulta su manipulación y transporte.

 

Energía geotérmica

Es la energía que proviene del calor almacenado en el interior de la Tierra. Está limitada geográficamente a determinadas regiones del planeta

Ventajas: no produce residuos; es inagotable; es rentable para producir energía eléctrica.

Inconvenientes: la localización de yacimientos es costosa y difícil; su explotación y mantenimiento son costosos.

 

Energía maremotriz

Es la energía que se obtiene del movimiento del agua del mar, principalmente por las mareas.

Ventajas: es una fuente de energía limpia; no produce residuos; es inagotable

Inconvenientes: altera los ecosistemas; tiene una utilización limitada a zonas costeras; es de bajo rendimiento energético; requiere de tecnología muy costosa.

 

10.- El futuro de la energía

Para paliar los efectos que conlleva el mal uso de los recursos energéticos es preciso:

•Desarrollo de tecnologías que permitan utilizar la energía de otras fuentes renovables

•Concienciación ciudadana para conseguir hábitos de ahorro y de eficiencia energética

 

ENERGÍA	¿RENOVABLE?	VENTAJAS	INCONVENIENTES
Carbón	No	Gran rendimiento Uso como combustible Uso como materia prima	Uso contaminante Es no renovable Produce residuos
Petróleo	No	Combustión muy eficaz Mucho poder calorífico Es una gran fuente de energía	Transporte peligroso Es contaminante Es no renovable
Gas natural	No	Poder calorífico alto Combustión limpia Hay reservas abundantes	Es no renovable Produce efecto invernadero Es venenoso
Uranio	No	Las centrales nucleares no producen contaminantes atmosféricos	Perjudicial para la salud Perjudicial para el medio ambiente
Hidráulica	Si	No genera residuos No contamina Coste de explotación bajo	Transporte costoso Riesgo de rotura de presas La cantidad de agua depende del tiempo
Solar	Si	Es inagotable Es limpia y no contamina Mantenimiento barato	Su disponibilidad es variable No se puede almacenar Un gran uso altera el paisaje
Eólica	Si	No se agota y es gratuito Bajos coste de instalación Alto rendimiento	Es aleatoria e intermitente Es difícil de almacenar Afecta a radares o antenas
Biomasa	Si	Pocos residuos Los biocombustibles son menos contaminantes El uso de residuos elimina costes	Bajo rendimiento energético Difícil almacenamiento Su quema produce gases contaminantes
Geotérmica	Si	No produce residuos Es inagotable Es rentable para producir energía eléctrica	Hallar yacimientos es costoso Explotación y mantenimiento costosos
Maremotriz	Si	Fuente de energía limpia No produce residuos Es prácticamente inagotable	Altera los ecosistemas Bajo rendimiento energético Alta tecnología y muy costosa

 

 

 

Tema 11.- El calor y la temperatura

1.- Conceptos de calor y temperatura

Calor: es la energía térmica que se transfiere de un cuerpo a otro, cuando están en contacto y a diferente temperatura. Su unidad en el SI es el julio (J), aunque se mantiene como unidad de uso habitual la caloría (cal).       1J = 0,24 cal

Equilibrio térmico: es cuando las temperaturas de dos cuerpos se igualan

Temperatura

La temperatura de un cuerpo mide la cantidad de energía interna que posee. Esta energía interna es la suma de las energías cinéticas de todas las partículas en movimiento de un cuerpo. Cuánto más deprisa se muevan las partículas, más temperatura tiene un cuerpo.

Caliente y frío

Decimos que un cuerpo está frío cuando su temperatura es menor que la nuestra.

Decimos que un cuerpo está caliente cuando su temperatura es mayor que la nuestra.

 

2.- Los efectos del calor sobre los cuerpos

Dilatación: es el aumento de volumen de un cuerpo cuando recibe energía en forma de calor, las partículas que lo componen se mueven más deprisa y ocupan más espacio.

Sólidos	Son los que menos se dilatan	Sus partículas están muy unidas
Líquidos	Se dilatan más que los sólidos y menos que los gases	Sus partículas débilmente unidas
Gases	Son los que más se dilatan	Sus partículas están muy separadas unas de otras

Contracción: es la disminución de volumen de un cuerpo cuando cede calor, porque sus partículas se mueven menos y se enfría.

 

Cambios de estado

Es una modificación en la forma en que se disponen las partículas que forman una sustancia.

Los cambios de estado pueden ser:

•progresivos: si se producen suministrando un calor a un cuerpo (fusión, vaporización o sublimación)

•regresivos: si se realizan con desprendimiento de calor por el cuerpo (solidificación, condensación, y sublimación regresiva).

Temperatura de fusión: es la temperatura a la que una sustancia sólida se funde y pasa al estado líquido

Temperatura de ebullición: es la temperatura a la que una sustancia hierve y pasa del estado líquido al gaseoso

 

3.- La medida de la temperatura

La temperatura se puede medir utilizando escalas termométricas. Existen tres:

Escala Celsius (°C)

Mide la temperatura en grados Celsius (°C). Los puntos de referencia son: 0°C (temperatura de fusión del agua) y 100°C (temperatura de ebullición del agua). Por debajo de cero es bajo cero.

Escala Fahrenheit (°F) El intervalo se divide en 100 partes, cada parte es 1°C

Mide la temperatura en grados Fahrenheit (°F). Los puntos de referencia son: 32°F (temperatura de fusión del agua) y 212°C (temperatura de ebullición del agua). El intervalo se divide en 180 partes, cada parte es 1°F

Escala absoluta o Kelvin (K)

Mide la temperatura en Kelvin (K). Los puntos de referencia son: 273°F (temperatura de fusión del agua) y 373°C (temperatura de ebullición del agua). El intervalo se divide en 100 partes, cada parte es 1K

 

4.- El termómetro

Se utiliza para medir la temperatura. Funciona basándose en el efecto que produce la temperatura en alguna característica de un cuerpo (mercurio, alcohol, etc.)

 

5.- La propagación del calor

El calor puede pasar de un cuerpo a otro de tres formas distintas:

•Conducción.- es el mecanismo mediante el cual se propaga el calor a través de los sólidos.

•Convección.- es el mecanismo mediante el cual se propaga el calor en los líquidos y los gases

•Radiación.- es el mecanismo de transmisión de calor que ocurre sin que participe un medio material (calor del Sol)

 

6.- Conductores y aislantes térmicos

Conductores térmicos.- Son materiales que conducen bien el calor de un punto a otro. (los metales en general)

Aislantes térmicos.- Son materiales que no conducen bien el calor (madera, plástico)

 

7.- La piel como órgano de percepción del calor

La piel contiene una gran cantidad de receptores sensoriales, por medio de los cuales percibimos sensaciones.

Termorreceptores: son los receptores encargados de detectar cambios súbitos de temperatura. Tanto de bajada como de aumento de temperatura. Existen dos tipos de termorreceptores :

•corpúsculos de Ruffini.- detectan sensaciones de calor (abundan en la cara)

•corpúsculos de Krause.- detectan sensaciones de frío (abundan en la espalda).