TEMA 8: La energía CRA Sexma de La Sierra. CIENcias
NAtuRAles
8
Alumno/a
Aula
Curso escolar
cn 8
La energía
Qué es
* La energía es todo aquello capaz de producir cambios en la
materia.
Recuerda que la materia forma el universo (tiene masa) y ocupa
un lugar en el espacio (tiene volumen). Podemos observar cambios en
la materia, físicos o químicos. Un cambio físico es, por ejemplo,
un cambio de estado o una deformación. Un cambio químico es, por
ejemplo, una combustión. Para que se produzca cualquier cambio en
la materia es necesaria la energía.
La energía carece de masa o volumen. No la podemos observar o
medir directamente, la observamos y la medimos a través de sus
efectos en la materia. Ni siquiera podemos decir que “vemos” la
luz, una forma de energía. Vemos en realidad cuerpos luminosos o
iluminados (materia).
La energía está contenida en la materia y se transfiere de unos
cuerpos a otros. Una ley física llamada principio de conservación
de la energía dice que “la energía no se crea ni se destruye, sólo
se transforma”. Aunque esa ley fue mejor interpretada cuando
Einstein demostró que la materia puede convertirse en energía (eso
es lo que sucede en la “desaparición” de cierta cantidad de materia
convertida en energía, por ejemplo en la explosión de una bomba
atómica o en el reactor de una central nuclear).
Cuando vemos cambios a nuestro alrededor, está sucediendo un
paso de energía de un cuerpo a otro (el hielo que se funde), o una
transformación de la energía de un tipo a otro: un avión vuela por
la energía de su combustible, crece una planta por la energía que
toma del sol (fotosíntesis), nosotros nos movemos gracias a la
energía química de los alimentos que hemos tomado, podemos asar la
cena en la hoguera de San Antón porque la energía química de la
madera se convierte en calor…
calor
luz
energía
química
Formas o tipos de energía.
En la naturaleza existen distintas manifestaciones de la
energía, a las que llamamos formas o tipos de energía, y unos
pueden transformarse en otros. Los humanos hemos aprovechado esta
propiedad de la energía en todo tipo de objetos tecnológicos.
Energía térmica o calorífica (calor)
Es la forma más básica de la energía. Está contenida en toda la
materia a nuestro alrededor.
Energía mecánica.
Es la capacidad de producir un trabajo (efectos en la materia)
que tienen los cuerpos por su velocidad o por su posición. Hay, por
tanto, dos tipos de energía mecánica:
1 Energía cinética: la de los cuerpos en movimiento. Su energía
es mayor según aumente su velocidad o su masa.
2 Energía potencial gravitacional: la de los cuerpos en razón de
su posición en alto. Cuando un objeto cae desde una posición alta
va perdiendo energía potencial, que se convierte en energía
cinética, y en la mayoría de los casos, también en calor por el
rozamiento.
Energía química
La tienen todas las sustancias que pueden generar calor o
electricidad en una reacción química. Así, las plantas transforman
la energía de la luz del sol (en la fotosíntesis) en energía
química almacenada en sus tejidos. Estos desprenden calor cuando
los utilizamos como combustibles (madera, carbón) o como alimentos
(hidratos de carbono).
Energía luminosa
Es la luz que emiten cuerpos luminosos como las estrellas (el
Sol) o una llama.
Energía magnética
La que tienen cuerpos magnéticos, como los imanes (lo estudiarás
en el tema siguiente, y su relación con la electricidad:
electromagnetismo).
Energía eléctrica
La que contienen los cuerpos con carga eléctrica (lo estudiarás
en el tema siguiente).
Energía nuclear
La que tienen cuerpos en los que se produce la desintegración de
la materia (conversión de masa en energía). Así sucede en las
estrellas, y en la Tierra con ciertas sustancias radiactivas, como
el uranio.
energía
calorífica
energía
química
energía
cinética
energía
potencial
energía
cinética
El calor
En el universo, el calor es la forma principal de energía. Toda
la materia a nuestro alrededor tiene calor. ¿También el hielo? Sí,
incluso el hielo.
El calor es debido al movimiento continuo de las partículas que
forman la materia. Sólo cuando estas partículas estuvieran
completamente paradas un cuerpo no tendría calor. Esto sucede a la
temperatura que llamamos cero absoluto (-273ºC). En los
laboratorios se han alcanzado temperaturas cercanas a esta. Y ya se
están desarrollando nuevas tecnologías del frío, como la criónica,
dedicada a la preservación de tejidos o de seres vivos a muy bajas
temperaturas. En cambio, si las sus partículas se mueven cada vez
más rápido, la materia puede alcanzar temperaturas muy altas; de
millones de grados, de hecho, en las estrellas.
En la mayoría de los cambios que observamos a nuestro alrededor
interviene el calor. Piensa en el objeto que cae: por el
rozamiento, parte de su energía se convierte en calor; al chocar
contra el suelo casi toda su energía cinética se convierte en
calor.
También en muchas de las transformaciones que hacemos los
humanos para obtener energía útil interviene el calor: aprovechamos
la energía solar calorífica, quemamos combustibles para calentarnos
o producir electricidad con agua que, transformada en vapor, mueve
las turbinas…
Calor y temperatura
Es importante diferenciar calor y temperatura.
Podemos definir calor como una forma de energía que se almacena
en la materia mediante el movimiento de las partículas que la
forman; y la temperatura como el nivel de calor de un cuerpo.
Podemos relacionar la temperatura con la velocidad a la que se
mueven esas partículas.
Un cuerpo puede tener una temperatura muy alta y en cambio
contener poco calor: basta que sea pequeña su masa. Y, al
contrario, puede tener una temperatura muy baja y contener mucho
calor, si su masa es grande.
Piensa cuánto calor necesitas para hervir un vaso de agua,
cuánto gas butano sería necesario. Ahora, imagina que usas una
cantidad igual de gas para calentar una piscina. Has añadido el
mismo calor a los dos cuerpos (agua del vaso, agua de la piscina),
pero no aumenta igual la temperatura.
Así pues, el calor es una forma de energía; la temperatura es el
nivel de calor, y su aumento o disminución con una determinada
cantidad de calor depende de la masa del cuerpo. El calor se mide
en calorías: la caloría (cal) es la cantidad de energía necesaria
para elevar 1ºC la temperatura de 1 gramo de agua. La temperatura
se mide en grados (ºC).
En realidad confundimos mucho calor y temperatura porque
asociamos erróneamente calor con sensación térmica de lo que
percibimos como caliente, y lo que está más frío que nuestra piel
nos parece que no tiene calor. No es así. Todo lo que está por
encima de la temperatura de -273ºC tiene calor. En realidad, por
tanto, todo en el universo tiene calor. En cuanto a lo que
percibimos como frío o caliente, ¡cuidado, tus sentidos te pueden
confundir! Puedes hacer esta experiencia:
1) Coloca una de tus manos en un recipiente que contenga agua
caliente y luego la sumerges en otro con agua a la temperatura
ambiente. Tendrás la sensación de que esta última está fría.
2) Si en cambio la colocas primero en un recipiente que contenga
agua con hielo y luego en el que contiene agua a la temperatura
ambiente, tendrás la sensación de que esta última está
caliente.
En ambos casos el recipiente con agua a temperatura ambiente es
el mismo y, sin embargo, nuestra sensación es totalmente
diferente.
El calor se transmite de un cuerpo a otro
El calor se transmite en la materia: pasa del cuerpo que tiene
mayor temperatura al que tiene menor temperatura. Esto puede
suceder:
· A distancia (por radiación). Así, el calor del sol, que
atraviesa el espacio vacío y calienta la Tierra.
· Por contacto: Así el calor que pasa del fuego a la cazuela, o
el calor del aire que circula en la atmósfera.
El calor pasa de un cuerpo
con mayor temperatura
a otro con menor temperatura
Efectos del calor
· Variaciones de temperatura. Un cuerpo que recibe calor aumenta
su temperatura; el que cede calor, disminuye su temperatura.
· Cambios físicos: Cambios de estado (a sólido, líquido, gas) y
dilataciones (cambios de volumen).
(Todos ellos los has estudiado o los verás en el tema 3: La
materia y las fuerzas)
El calor y el efecto invernadero
La Tierra recibe mucha radiación solar. Además, como todos los
cuerpos del universo, tiene su propio calor (en su interior está a
temperaturas muy altas). Parte de ese calor, y el de su superficie
calentada por el Sol, la Tierra lo irradia a su vez al espacio en
forma de radiación infrarroja, no visible.
El aumento de gases de efecto invernadero en la atmósfera, sobre
todo el CO2 y el vapor de agua, hace que estos gases devuelvan a la
superficie más radiación que antes, por lo que se rompe el
equilibrio. Como resultado, la atmósfera se va calentando.
Gran parte de este efecto se debe al aumento de estos gases en
la atmósfera por el consumo de combustibles fósiles (carbón y
petróleo) en la industria, los transportes, las viviendas, la
producción de electricidad. Por eso es importante sustituirlos por
energías limpias.
Fuentes de energía
Para realizar todo tipo de actividades obtenemos energía de la
naturaleza.
* Fuentes de energía son los materiales o fenómenos naturales
capaces de ceder energía para nuestro uso. Las clasificamos en
fuentes renovables y no renovables.
Fuentes renovables
Son las que no se agotan, porque se encuentran en grandes
cantidades o porque se renuevan continuamente.
Además, las fuentes renovables son, en general, energías
limpias: no contaminan el suelo, la atmósfera o las aguas.
Corrientes de agua - energía hidráulica
Aprovechamos su energía mecánica (potencial, cinética) para
mover máquinas y, sobre todo para producir electricidad en las
centrales hidroeléctricas.
Ten en cuenta que no es lo mismo hidráulico que hidroeléctrico:
un mecanismo hidráulico es también, por ejemplo, una noria de
riego, ya que está movida por la energía del agua, pero no es
hidroeléctrico. Una central hidroeléctrica se llama así porque
produce electricidad a partir de la energía almacenada en el agua.
Y sí es hidráulica.
El sol - energía solar
La energía del Sol puede aprovecharse como energía térmica
(colectores solares térmicos, basados en grandes paneles que
recogen el calor o en espejos que lo concentran en un punto para
calentar el agua) o como energía luminosa (placas fotovoltaicas que
transforman la luz directamente en electricidad).
El viento - energía eólica
La energía cinética del viento se transforma en electricidad
mediante aerogeneradores (no es correcto que los llamemos
molinos).
El calor del interior de la Tierra - energía geotérmica
Se aprovecha para agua caliente y calefacción en algunos
lugares, mediante tuberías muy profundas que llevan agua hasta esas
fuentes de calor para captarlo.
La biomasa - energía química
Los biocombustibles, como la madera, la leña, los restos
vegetales, los aceites vegetales, contienen energía química que
podemos utilizar al quemarlos. También se obtienen de ellos
combustibles líquidos (alcohol, biodiesel).
Fuentes de energía no renovables
Son las que se agotan porque se renuevan muy lentamente o se
formaron hace millones de años.
· Los combustibles fósiles: contienen energía química que se
libera como calor al quemarlos. Los principales son el carbón, el
petróleo y el gas natural.
· La energía nuclear procedente de los minerales radiactivos,
como el uranio.
Son, además, energías sucias, ya que al utilizarse producen
residuos nocivos.
Los problemas de la energía
La energía es una necesidad básica para las personas. La mayor
parte de la energía que consumimos es energía eléctrica, cuyo
proceso de producción en las centrales térmicas, hidroeléctricas y
nucleares ocasiona los siguientes problemas:
Cambios en el paisaje: La construcción de embalses y presas para
almacenar el agua que usan las centrales hidroeléctricas implica
que se inunden grandes zonas de terreno, lo que provoca la
alteración de ecosistemas y la desaparición de zonas de
cultivo.
Contaminación: Los combustibles derivados del petróleo
(gasolina, gasoil), tanto si se utilizan en los motores de los
coches como en las centrales térmicas, desprenden gases a la
atmósfera que son perjudiciales para los seres vivos, además de CO2
(efecto invernadero). El carbón desprende, además, otras sustancias
causantes de la lluvia ácida. Entre los combustibles fósiles, el
gas natural es el menos sucio, ya que al quemarse sólo produce
calor, CO2 y vapor de agua. En las centrales nucleares se producen
residuos radiactivos muy peligrosos para la salud y el medio
ambiente si no se almacenan de acuerdo con las medidas de seguridad
establecidas.
Agotamiento de las fuentes no renovables: Al ritmo de consumo
actual, las fuentes de energía no renovables terminarán por
agotarse en pocos años.
Desarrollo sostenible
Una definición sencilla de desarrollo sostenible es: satisfacer
las necesidades de las generaciones presentes sin comprometer las
posibilidades de las generaciones del futuro. En cuanto a los
problemas energéticos, el desarrollo sostenible exige tomar medidas
como utilizar las fuentes de energía renovables, que no se agotan y
son más limpias y respetuosas con el medio ambiente. También es
necesario que todos seamos conscientes de la necesidad de ahorrar
energía, y lo hagamos.
Además, el desarrollo sostenible debe ser equitativo entre las
personas (derecho de acceso a la energía para todas las personas) y
entre los países: todos los países deben tener derecho a un
desarrollo energético que garantice una vida digna a sus
ciudadanos, y también deben asumir el compromiso de proteger el
medio ambiente y tomar medidas que frenen el cambio climático.
La energía y tú
Cada pequeño detalle que tengamos en cuenta para el buen uso y
el ahorro de energía contribuye a mejorar el medio ambiente y la
economía, y sirve de ejemplo a los demás. Son buenos hábitos de
consumo de energía:
1. Usa bombillas
de bajo consumo.
2. Elige
electrodomésticos
de clase A.
3. Mantén la temperatura
entre 21 y 23 ºC, no más
(en dormitorios, entre 19 y 21 ºC).
4. Evita pérdidas
de calor aislando
puertas y ventanas.
5. Ventila 10 minutos.
Es suficiente para renovar
el aire de una habitación.
6. No cubras
los radiadores poniendo
obstáculos al calor.
7. Aprovecha la luz natural
para lo que tengas que hacer.
8. Desconecta
los aparatos
que no utilices.
9. Usa lavadora y
lavavajillas completamente
cargados.
10. Aconseja
a los demás
estos hábitos.
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