LA ENERGÍA
En muchas ocasiones de tu vida cotidiana habrás utilizado el término energía para significar fuerza , vigor o actividad, por ejemplo, un entrenador le pide a sus jugadores que pongan energía en la cancha, algunos embaucadores afirman poseer una energía mental que les permite realizar acciones fuera de lo común. Sin embargo, desde el punto de vista científico, el concepto de energía es distinto, y a lo largo de este tema irás encontrando el sentido físico de esta magnitud.
La energía es lo que hace que todo funcione. Sin energía no podrían funcionar las máquinas, ni siquiera podrían producirse los procesos vitales, por lo que no sería posible la vida. En resumen, puede decirse que la energía es todo aquello que hace posible cualquier actividad, tanto física como biológica.
Continuamente se producen transformaciones de energía en la Naturaleza : La energía que recibimos del Sol transforma en agua la nieve de las montañas, eleva la temperatura de los ambientes, hace crecer las plantas que alimentan a diferentes animales, etc. Es decir, muchas de estas transformaciones tienen lugar sin que intervenga el hombre.
Según lo expuesto, se puede definir la energía en los siguientes términos:
Esta definición puede aclararse con algunos ejemplos:
· La nafta posee energía, ya que, al quemarse en el interior del motor de un automóvil, es capaz de modificar la velocidad de éste.
· La corriente eléctrica posee energía, ya que, al llegar a nuestras casas, pone en funcionamiento los electrodomésticos, modifica la temperatura (estufas), la luminosidad (lamparita), etc.
· Una teja situada en el tejado de un edificio posee energía, ya que, si se cae al suelo puede llegar a romperse, con lo cual se modifica su estado físico.
No es lo mismo energía que fuerza; las fuerzas se ejercen sobre los cuerpos, mientras que la energía la poseen los cuerpos, pasando de unos a otros
(Aquí, estos enlaces permiten observar un video en dos partes, sobre energía, tipos de energía, fuentes de energía, principio de conservación, utilización de la energía, etc...)
PROPIEDADES DE LA ENERGÍA
La energía puede almacenarse en un cuerpo, transferirse de un cuerpo a otro y también transformarse, pasar de un tipo de energía a otro, incluso dentro del mismo cuerpo, pero no puede crearse energía de la nada. Para obtenerla es necesario tomarla de donde se encuentra y, mediante algún mecanismo o dispositivo, transformarla para que pueda ser utilizada.
La naturaleza se vale de algunos sistemas para transformar la energía. Seguramente sabrás que los ciclistas toman alimentos que les son proporcionados en los controles de aprovisionamiento y que estos alimentos les suministran la energía necesaria para poder seguir en carrera.
Pero ¿qué transformaciones energéticas se producen a partir de la ingestión de esa comida?.
Pues bien, una parte de la energía química que poseen los alimentos se emplea en nutrición de los tejidos que forman el cuerpo del ciclista, pero otra parte se transforma en adquirir velocidad, es decir, en energía cinética. Así pues, una clase de energía (la energía química de los alimentos) se ha transformado en otra (la energía cinética del ciclista).
Veamos ahora otro ejemplo. En más de una ocasión, y para combatir el frío, te habrás frotado las manos con objeto de entrar en calor. ¿Por qué ocurre esto? .¿Por qué se nos calientan las manos cuando las frotamos? Pues porque parte de la energía cinética que poseen las manos en movimiento se transforma en calor. Así pues, el calor es también una manifestación de la energía.
Una planta verde utiliza la energía solar para sintetizar moléculas complejas como son las de los azúcares, de este modo, las plantas verdes almacenan algo de la energía que proviene del sol.
La energía química almacenada en el combustible se transfiere a la estufa durante la combustión.
TODO CUERPO O SISTEMA DISPONE SIEMPRE DE UNA CANTIDAD DE ENERGÍA PROPIA. ÉSTA PUEDE MODIFICARSE A TRAVÉS DE LOS PROCESOS DE TRANSFERENCIA : TRABAJO, CALOR Y RADIACIÓN
Ejemplos: Transfiero energía en forma de trabajo cuando empujamos un cuerpo o lo levantamos, o sea aplicamos una fuerza que produce un desplazamiento.
Transferimos energía en forma de calor cuando tenemos un chocolate en la mano y éste se derrite. Esta transferencia se realiza en forma espontánea y lo hace desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.
Se transfiere energía en forma de radiación cuando se realiza una radiografía. Esta forma de transferencia se realiza a través de ondas electromagnéticas.
FUENTES DE ENERGÍA
Se denomina fuentes de energía a todos aquellos cuerpos o componentes de la naturaleza a partir de los cuales es posible obtener energía y transformarla en otros tipos de energía más útiles o aprovechables para las personas. Casi todas las fuentes de energía proceden en última instancia del sol.
Las fuentes de energía se clasifican en:
· Fuentes de energía renovables y no renovables ya que algunos de estos recursos son temporales y se agotan con el correr del tiempo La renovabilidad de un recurso surge de comparar el tiempo que tarda en reproducirse o generarse con el ritmo con el que se la utiliza. Por ejemplo : son renovables el sol, la biomasa, el viento y no renovables el carbón, el petróleo .
· Fuentes de energía primarias: aquellas que entregan energía espontáneamente, tales como el Sol, la Tierra , y la materia y fuentes de energía secundarias las que tienen su origen a partir de un proceso de transformación tales como los combustibles fósiles, el viento, las olas, las caídas de agua, alimentos, mareas, aguas termales, etc.
· Fuentes de energía convencionales y no convencionales o energías alternativasestas últimas hoy día se encuentran en fase de estudio con el propósito de sustituir o reforzar en un futuro a las fuentes de energía convencionales y su uso por lo general no es masivo. Son fuentes de energía alternativa el sol, el viento, la biomasa, etc.
· Fuentes de energía contaminantes, aquellas que al ser utilizadas dañan o contaminan el medioambiente como el petróleo, gas natural, material radioactivo y las no contaminantes que al ser utilizadas no dañan el medio ambiente como el viento, el sol, etc.
FORMAS DE ENERGÍA
No toda la energía se manifiesta de la misma manera, por eso se habla de formas de energía, ellas son :
Energía mecánica: Es la energía que poseen los cuerpos que se encuentran en movimiento (Energía cinética) o se hallan ubicados a cierta altura (Energía potencial gravitatoria).
Ejemplos:
· Un niño en bicicleta posee energía cinética, cuanto mayor sea su velocidad, mayor será su energía.
· Una piedra en la cima de la montaña tiene energía potencial por el hecho de estar situada a cierta altura con respecto del suelo. Mientras cae modifica su altura y choca con otras piedras realizando cambios en su estado y en el de otros cuerpos.
Energía química: Es la originada por las transformaciones y reacciones químicas. Ejemplo: La energía que se libera en la digestión de los alimentos, la que se encuentra en los combustibles.
Energía eléctrica: Es la energía liberada en los cuerpos cargados eléctricamente y liberada a través de corrientes eléctricas. Ejemplos: Una nube tiene energía por el hecho de estar cargada eléctricamente; al cerrar un circuito eléctrico, la energía química de pila se transforma en energía eléctrica.
Energía sonora: Es la producida por las vibraciones que pueden dar lugar a las transformaciones en el estado de los cuerpos. Ejemplo: los cristales pueden romperse ante el ruido que sigue a una fuerte explosión.
Energía luminosa: Es la emitida por algunos cuerpos en forma de luz.
Energía térmica: Produce transformaciones en la temperatura de los cuerpos. Ejemplo: La que posee el agua hirviendo.
Energía nuclear: Es la energía contenida en el núcleo del átomo y que se libera al romperse las fuerzas que mantienen unidas las partículas nucleares. Tiene múltiples aplicaciones tales como producir electricidad, esterilización de material biológico, diagnóstico de enfermedades, etc.
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA
La energía que interviene en los fenómenos naturales cambia de una forma a otra pero aunque parezca sorprendente es imposible destruirla. Puede ser desperdiciada pero nunca destruida.
La cantidad total de energía no sufre variación a pesar de que se puede transformar de una a otra forma con relativa facilidad. Esto permitió formular el principio de la conservación de la energía: La energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma.
DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA
Si la energía no se destruye, ¿por qué constantemente es necesario obtener más y más energía? Cuando la nafta del tanque se acabó, ¿dónde está la energía que usó el auto? , ¿no podemos recuperarla y usarla nuevamente?. La respuesta es no, pues la energía se ha degradado.
La energía inicial que se ha transformado en energía térmica no puede recuperarse.
En la naturaleza existe una limitación insuperable para el aprovechamiento del calor, que no depende del mejoramiento de la técnica. Podría decirse que, si bien todas son formas de energía, las hay de mayor y menor calidad, en cuanto a su posibilidad de transformación.
Por eso, cuando se dice que se ha consumido, disipado, gastado o perdido energía, debe entenderse que se ha degradado de manera de no poder ya ser recuperada para algún trabajo útil.
La energía eléctrica y cinética son las formas menos degradadas de energía, mientras que la energía térmica es la más degradada.
ACTIVIDADES
Del apunte de energía que te anexo
Actividades:
a) Extraer los conceptos fundamentales:
1- ¿Qué es la energía?
2- ¿Cuáles son las propiedades de la energía?
3- ¿De qué formas se puede transferir la energía?
4- ¿De qué formas se puede presentar la energía?
5- ¿Qué es una fuente de energía?
6- Cuándo una fuente de energía es primaria-secundaria, contaminante-no contaminante, convencional-no convencional, renovable-no renovable.
7-¿Qué dice el principio de conservación de la energía?
8-¿Qué significa que la energía se degrade?
b) Escribe un ejemplo en el cual se observe que la energía cinética se transforme en energía sonora, otro donde la energía térmica se transforme en energía cinética.
c) Indica la transformación energética (¿Qué tipo de energía tiene el cuerpo, y en qué otros tipos de energía se transforma?) en los siguientes casos:
1- En una estufa a querosene
2- En un ventilador
3- En una persona corriendo
4- En una piedra cayendo
ENERGÍAS ALTERNATIVAS.......
ENERGÍA SOLAR
El sol es una fuente primaria de energía, ya que otras energías se producen gracias a su presencia.
La energía que llega a la Tierra a través de la radiación del Sol se llama ENERGÍA SOLAR.
El sol baña la Tierra con mucha más energía de la que necesitaremos jamás. Cada año llega a nuestro planeta una cantidad de energía que es 15.000 veces el suministro energético mundial actual pero sólo una fracción muy pequeña de la radiación solar es utilizada en forma directa por los seres vivos.
El sol ha estado brillando y enviando calor desde hace 5000 millones de años y brillará durante 5000 millones de años más.
La energía solar, al igual que la de todas las estrellas, es energía nuclear. En las condiciones de presión y temperaturas adecuadas, en su centro ocurre el proceso de "fusión nuclear", por el cual, núcleos de hidrógeno, se unen para formar uno más pesado (Helio). Cuando esto sucede, se liberan enormes cantidades de energía y la temperatura alcanza los 15 millones de grados centígrados. La energía viaja hasta la superficie del Sol y de ahí es irradiada en forma de ondas electromagnéticas. Esta radiación tarda 8 minutos en llegar hasta la Tierra.
El aprovechamiento de esta energía no es nada nuevo. Las plantas y los seres vivos la utilizan desde hace millones de años y el ciclo del agua depende de ella. Recién en el siglo pasado, a causa de la crisis del petróleo de la década del 1970 y de los problemas de contaminación atmosférica que se derivan de él, se realizaron investigaciones en ciencia y tecnología para desarrollar sistemas de aprovechamiento de energía solar.
La radiación solar puede ser captada por medio de
o Paneles solares para producir electricidad
o Colectores solares para calentar agua y calefaccionar viviendas
o Espejos curvos que concentran la radiación
Utilización de la energía solar
La energía solar es utilizada para el calentamiento y bronceado de nuestro cuerpo, la obtención de agua potable a partir de aguas saladas, el calentamiento de agua a nivel doméstico e industrial, el secado de productos agrícolas ( frutas, legumbres, cereales, maderas), la calefacción y refrigeración de edificios, cocinar alimentos y la obtención de energía eléctrica
La energía solar tiene como ventaja ser renovable y no contaminante.
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ENERGÍA EÓLICA
Es la energía que proviene del viento (corrientes de aire). Su nombre deriva de EOLO, dios del viento.
¿Qué es el viento? .¿Cómo se produce?
El hombre se encuentra en el fondo de un océano de aire que se enrarece con la altura, llamada atmósfera. La radiación solar es absorbida por ésta, dando lugar a masas de aire con diferentes temperaturas, densidades y presiones. Debido a estas diferencias, las masas de aire se desplazan de las altas presiones a las bajas presiones dando lugar a circulaciones de aire, fenómeno conocido como VIENTO.
Utilización de la energía eólica
Desde hace más de tres mil años, el viento se utilizaba para proveer energía en la propulsión de un barco a vela, en la elevación de agua, en la molienda de granos.
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Debido a la crisis petrolera de la década del 70 se intensificó el uso de esta fuente de energía para producir electricidad, a través de aerogeneradores.
Esta tecnología permite que la energía contenida en el viento se transforme en energía cinética all ser captada a través de un rotor o rueda eólica, que mueve un generador convirtiéndola en energía eléctrica.
En zonas de vientos intensos se colocan varios aerogeneradores constituyendo parques eólicos.
En la República Argentina, la región patagónica es privilegiada con respecto a este recursoenergético debido a la presencia continua de vientos.
La energía eólica tiene como ventaja ser renovable y no contaminante.
ENERGÍA GEOTÉRMICA
Como la palabra lo indica (GEO: tierra, TERMICA: calor), se trata de la energía brindada por el calor del interior de la Tierra.
La salida al exterior se puede producir en forma de gases a altas temperaturas (fumarolas); vapor y agua hirviendo (géiseres); agua caliente (fuentes termales)
Utilización de la energía geotérmica
El más antiguo aprovechamiento de la energía geotérmica es el de las aguas termales conocidas por sus propiedades curativas. En nuestro país son conocidas las de Río Hondo en Santiago del Estero, las de Reyes en Jujuy, las de Rosario de la Frontera en Salta, etc.
También se aprovechan desde el punto de vista minero, recuperando, mediante diferentes procesos las sales que contienen disueltas, de alto valor comercial, como por ejemplo las sales de boro, de litio, de cesio, de cadmio, etc.
Cuando el fluido surge a temperaturas inferiores de 150 ºC ., se utiliza en procesos agroindustriales como el secado de granos, forrajes, maderas, pescados, etc. Cuando surge a temperaturas superiores a 180ºC son aprovechadas para producir electricidad.
El desarrollo de esta fuente energética alternativa se ve limitada por los altos costos y por las bajas potencias que se pueden lograr.
La energía geotérmica tiene como ventaja ser renovable y no contaminante.
ENERGIA MAREOMOTRIZ
Es la energía obtenida por el movimiento de las mareas y de las olas del mar.
El movimiento de las mareas es generado por la masa de la luna y la del sol, que ejercen una atracción sobre las aguas de los océanos y es la que hace que su nivel suba y baje con regularidad.
La energía liberada por el agua de mar en sus movimientos de ascenso y descenso se aprovecha para producir electricidad.. Las centrales mareomotrices se sitúan en las rías, y son enormes diques provistos de compuertas que se construyen de un lado a otro de la ría, cerrándola. Cuando la marea sube, el nivel del agua del mar es superior al del agua del interior de la ría. Abriendo las compuertas, el agua pasa de un lado a otro del dique, y su movimiento hace que también se muevan las turbinas de unos generadores de corriente situados junto a los conductos por los que circula el agua. Cuando la marea baja, el nivel del agua del mar es inferior al del agua de la ría, por lo que el movimiento del agua es de sentido contrario al anterior, pero también se aprovecha para producir electricidad.
Entre los países que poseen lugares apropiados se encuentra la Argentina. En Río Gallegos,en Puerto Deseado ( Santa Cruz) y en el Golfo San José (Chubut), sería factible la utilización de la energía de las mareas.
Este tipo de energía proveniente de las olas está aún en proceso de investigación, pero ya se dispone de dos instalaciones en el mundo (Escocia y Noruega). Plantea infinitas posibilidades, pero los responsables políticos y económicos no confían en este recurso energético lo suficiente para destinar un mayor presupuesto a la investigación y al fomento de planes de actuación en este sentido.
Hoy en día Francia está a la cabeza del mundo en el aprovechamiento de la energía mareomotriz, la central mareomotriz instalada en el estuario del río Rance es la mayor del mundo accionada por la marea.
La dificultad para el aprovechamiento de la energía mareomotriz es la dispersión de las olas así como la variación de su tamaño y dirección y los inconvenientes que presenta la construcción y el mantenimiento de las instalaciones en el océano.
DESVENTAJAS
Constituye una energía muy limpia, pero plantea algunas cuestiones por resolver:
· impacto visual y estructural sobre el paisaje costero.
· Efecto negativo sobre la flora y la fauna.
La energía mareomotriz tiene como ventaja ser renovable y no contaminante.
ENERGÍA DE LA BIOMASA
Es la energía obtenida de la biomasa, que es la materia que forma a los seres vivos o procede de ellos.
ENERGIA NUCLEAR
ENERGÍA NUCLEAR
El origen de la energía nuclear es la materia, la cual está formada por pequeñas partículas llamadas átomos. Se denomina energía nuclear a la que se obtiene mediante la manipulación de los átomos.
El átomo, pequeñísima porción de materia, está formado por el núcleo, constituido por diminutas partículas, entre ellas los protones(carga positiva)y los neutrones(eléctricamente neutros); y a su alrededor giran los electrones (carga negativa).El núcleo del átomo contiene la mayor parte de la masa, y las partículas que los constituyen están unidas por fuerzas nucleares muy intensas.
Los núcleos radiactivos emiten espontáneamente partículas con cierta energía cinética y radiaciones. La tecnología nuclear utiliza esta forma de energía en tratamientos contra el cáncer, en la esterilización de instrumentos de uso medicinal, en el estudio de los suelos, en la conservación de alimentos
Hay dos formas de obtener energía nuclear: por fisión (ruptura de núcleos) y por fusión (unión de núcleos)
o FISION NUCLEAR
El núcleo de un átomo es muy difícil de partir (fisionarse). Los únicos núcleos que se pueden fisionar son lo de los átomos más pesados como los de uranio y plutonio. La fisión es una reacción en la cual un núcleo pesado, al ser bombardeado con neutrones, se descompone en dos núcleos con gran desprendimiento de energía y la emisión de dos o tres neutrones que podrían reiniciar el proceso en una reacción en cadena.
Si ésta reacción es controlada, por Ej. en un reactor nuclear, la energía que se produce puede ser empleada con fines pacíficos, en cambio si la forma de liberación de energía es incontrolada se produciría una explosión atómica por Ej. bomba atómica.
APLICACIONES DE LA FISION
En las centrales nucleares se utiliza este proceso para producir energía que calentará agua, este a su vez moverá una turbina unida a un generador eléctrico, obteniéndose finalmente energía eléctrica. Este proceso es idéntico al de las centrales térmicas. Para obtener 23.000 Mw.h una central nuclear necesita 1Kg de uranio mientras que la central térmica tradicional utiliza 3000 toneladas de carbón.
En Argentina se encuentran dos centrales nucleares en funcionamiento (Atucha I y Embalse de Rio Tercero) y una en construcción (Atucha II)
Otras aplicaciones son las armas nucleares en las cuales se destaca la bomba atómica.
VENTAJAS DE LA ENERGIA NUCLEAR POR FISION
· La energía nuclear genera un tercio de la energía eléctrica que se puede llegar a producir.
· Evita emisiones de elementos contaminantes que se producen en el uso de combustibles fósiles.
· Frena la lluvia ácida y la acumulación de residuos tóxicos en el medio ambiente.
· Reduce el consumo de las reservas de combustibles fósiles, generando con muy poca cantidad de combustible (uranio) mucha más energía, evitando así gastos en transportes, residuos, etc.
DESVENTAJAS DE LA ENERGIA NUCLEAR
Los peligros más importantes son entre otros, la contaminación por radiación (los residuos nucleares generados por estas centrales nucleares constituyen un serio problema, debido a los altos riesgos involucrados en su transporte y disposición final) el riesgo de una posible explosión nuclear, (si bien las centrales nucleares cuentan con importantes sistemas de seguridad, no están exentas de que suceda algún accidente) y los riesgos de contaminaciónpor energía nuclear.
o FUSION NUCLEAR
La fusión nuclear es el proceso opuesto a la fisión. Es decir que a partir de elementos livianos como el hidrógeno se obtiene otros elementos pesados con liberación de energía. El problema hasta hoy es lograr las altas temperaturas que inicialmente se requiere para este proceso.
La energía obtenida de ésta manera resulta mucho mayor a la brindada por cualquier otro tipo de reacción química o nuclear. sería una fuente de energía casi inagotable, ya que se utilizaría el hidrógeno del agua de los océanos, por otra parte, los residuos de éste proceso serían “cenizas” de helio que son elementos poco contaminantes. La fusión nuclear ocurre naturalmente en las estrellas, como por ej. en el sol.
ENERGIA HIDRAULICA
La energía hidráulica es el aprovechamiento de la energía del agua en movimiento. Se obtiene de la caída del agua desde cierta altura, lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas.
En la antigüedad era utilizada para impulsar grandes ruedas que a su vez movían piedras de moler o cierras, actualmente se la utiliza en la centrales hidroeléctricas para generar energía eléctrica. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir pantanos, canales de derivación, presas e instalación de turbinas y equipamiento para generar electricidad.
Algunas centrales hidroeléctricas en Argentina se encuentran en: Río Hondo, El Chocón, Embalse,
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Si bien proporcionan la electricidad necesaria a vastas regiones del planeta, garantizan el suministro de agua para regadío e incluso favorecen el nacimiento de áreas para el turismo local.
Las centrales hidroeléctricas modifican el ecosistema (desaparecen especies o comunidades de vegetales y animales por la degradación o destrucción de su hábitat) y las grandes regiones que se inundan forman espejos de agua que alteran el clima y favorecen el desarrollo de algunas enfermedades.
Pese a todo, la utilización de energía hidroeléctrica evita a la atmósfera 2000 millones de toneladas anuales de dióxido de carbono, mediante la instalación de represas de tamaño pequeño, haciendo menor el costo económico de las mismas y evitando graves problemas ambientales.
ENERGIA de los COMBUSTIBLES FOSILES
El carbón, el petróleo y el gas natural constituyen la base energética de la sociedad. Los tres combustibles provienen de organismos vivientes fosilizados en procesos de varios millones de años de duración.
§ El carbón mineral se formó a partir de la descomposición anaeróbica de grandes masas vegetales sepultadas hace 300 millones de años.
§ El petróleo se formó a partir de grandes acumulaciones de biomasa en los fondos marinos, siendo cubiertos por plegamientos tectónicos o sedimentos.
§ El gas natural está constituido, principalmente, por metano generado por la degradación anaeróbica de la materia orgánica, encontrándose en las zonas superiores de los yacimientos de petróleo
El principal impacto ambiental que generan los combustibles fósiles se debe a las emisiones de dióxido de carbono (CO2) que se emiten debido a la combustión, contribuyendo al efecto invernadero. El dióxido de carbono, generado por la combustión devuelve a la atmósfera el carbono que fue capturado por fotosíntesis hace millones de años atrás. Si bien estos combustibles fósiles tienen su origen en la energía solar, se requieren millones de año para regenerar cada tonelada de combustible fósil que se consume hoy por lo que estos recursos energéticos se consideran como no renovables.
Desgraciadamente, las reservas de petróleo existentes en la actualidad se agotarían aproximadamente antes del 2040. Sin embargo se espera la exploración de nuevos depósitos incrementando el horizonte de vida de la producción petrolera.
