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La energía y sus formas


Actividad Nº 31



 

1- ¿Qué es la energía?

La energía es una propiedad de la materia que le confiere la capacidad de producir cambios en la materia sea en su forma, composición o posición y nos permite describir de una forma sencilla las transformaciones.

La unidad de la energía en el SI es el joule (J); otra unidad muy utilizada es la caloría (cal).
 
 
2- Formas de energía
Todas las formas de energía pueden describirse mediante combinaciones de dos formas: energía cinética y energía potencial.
 
 
2.1- Energía cinética (Ec)
La energía cinética es la capacidad que tienen los cuerpos de producir cambios por el hecho de estar en movimiento.
La energía cinética depende de la velocidad y la masa de los cuerpos en movimiento. Así, a mayor velocidad, mayor energía cinética; y a mayor masa, mayor es esta también. por ejemplo, Una bolita en movimiento pose energía cinética, y al chocar con una bolita en reposo, parte de energía cinética se transfiere a la segunda bolita, lo que permite que se mueva.
 
Ec = T
pero T = P • h, donde P= peso y h= altura
entonces :
Ec = P • h
Además :
P = m • g
y h = v2 /2g
Luego :
Ec = m • g • v2 /2g, entonces,
 
 Ec se define por: 
 
 
Donde:  m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al cuadrado.
También se usa como designación de Ec, la letra K.
 
En el Sistema Internacional (SI), la masa  m se mide en  kilogramo (kg) y  la velocidad  v en  metros partido por segundo ( m / s), con lo cual la energía cinética resulta medida en Joule ( J ).
 
- La energía cinética es un concepto escalar
- La energía cinética puede tomar valores positivo o ser nula o cero
- La energía cinética depende le la masa del cuerpo y de su rapidez
- La energía cinética es directamente proporcional con la masa, si la rapidez es constante
- La energía cinética es directamente proporcional con el cuadrado de la rapidez del cuerpo, si su masa es constante.
 
 
2.2- Energía potencial (Ep) o (U)
La energía potencial es la energía almacenada en los cuerpos debido a su posición o su deformación. 
 
- Energía potencial elástica (Ue): Todo cuerpo que puede ser deformado es capaz de acumular una determinada cantidad de energía potencial elástica. Así por ejemplo un elástico o un resorte deformados tienen energía potencial elástica. La energía potencial elástica de un resorte es igual a un medio del producto de la constante de elasticidad del resorte (k) por el cuadrado de su alargamiento o compresión (x), entonces si se representa por Ue a la energía potencial elástica se tiene que:
 
Ue = k • x2
         2
 
 
Observación con respecto a la Energía Potencial elástica (Ue):
 
- Es un concepto escalar.
- Puede tomar valores positivos, nulos o cero.
Se mide en Joule en S. I.
- Es directamente proporcional a la constante de elasticidad k propia de cada resorte.
- La dimensión de la constante de elasticidad de un resorte en el sistema S. I. es: 1 N/m pues la magnitud de la fuerza elástica F = k x, esto implica que k = F/x
- La Energía Potencial elástica es directamente proporcional al cuadrado de su estiramiento o compresión.
 
 
- Energía potencial gravitatoria: es la que se manifiesta en los cuerpos en altura. ej, A mayor altura, mayor será su energía potencial. Por ejemplo, una roca que está en la punta de un cerro posee energía potencial.También poseen esta forma de energía un macetero que está en el balcón de un edificio, un cuadro colgado en la pared,  el agua almacenada en las cumbres de la cordillera tienen energía potencial gravitacional, como resultado de su posición.
 
Ecuación:

Se define la energía potencial gravitatoria como:

 

Ep o U = m•g•h


Donde: m es la masa del objeto, g es la aceleración de gravedad y h es la altura del objeto. 

La energía potencial gravitatoria
- Es un concepto escalar
- Puede tomar valores positivos, negativos o nulos.
- En S. I. se mide en Joule
- El nivel de referencia en relación al cual se mide la " Energía Potencial Gravitatoria " recibe también el nombre de nivel cero de la “Energía Potencial Gravitatoria"
- Si el cuerpo se encuentra sobre el nivel de referencia o nivel cero de energía potencial gravitatoria, entonces la energía potencial gravitatoria es positiva.
- Si el cuerpo se encuentra bajo el nivel de referencia o nivel cero de energía potencial 
- La Energía Potencial gravitacional es directamente proporcional a la altura, manteniendo constante la masa.
- El valor de la aceleración de gravedad g = 9,8 m/s2, se considera constante en las vecindades de la Tierra.
 
 
 
 
3- Manifestaciones de la energía
La energía tiene diferentes formas de manifestarse, estas son:
 
- Luminosa: Es la energía radiante transportada por las ondas luminosas a través del espacio. 
 
- Química:  Se encuentra almacenada en la materia debido a la composición de su estructura interna. Los alimentos, los combustibles fósiles y algunos materiales, como madera y el carbón, tienen energía química. Puede ser liberada en una reacción química.Una pila o una batería poseen este tipo de energía.
 
- Térmica: Es la energía interna que posee un cuerpo, debido a la vibración de sus partículas. Esta energía es liberada en forma de calor.
 
- Sonora:  Es la energía de la vibración que se transmite mediante ondas a través del aire. La vibración producida por la onda mueve las partículas del medio transmitiendo su energía.
 
- Eléctrica: Es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético.
 
- Nuclear: Es la energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y de fusión. Ej,  la energía del uranio, que se manifiesta en los reactores nucleares.
 
- Radiante: La energía radiante es la energía que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioletas (UV), los rayos infrarrojos (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se propaga en el vacío sin necesidad de soporte material alguno. Se transmite por unidades llamadas fotones.Ej.: La energía que proporciona el Sol y que nos llega a la Tierra en forma de luz y calor. 
 
3.1- Otras manifestaciones de la energía
 
Energía mareomotriz: es la energía del movimiento de las mareas y las olas del mar. Se transforma en energía eléctrica.
 
Energía de la biomasa: es la energía de la biomasa o del conjunto de plantas y materiales orgánicos, como la leña, el compost, el biodiesel y otros.
 
Energía geotérmica: es la energía del interior de la Tierra, que está caliente como consecuencia de la fusión de las rocas. El agua caliente sale al exterior por grietas de las rocas; así, tenemos los conocidos baños térmicos y los géiseres.
 
 
4- Fuentes de energía
 
Las Fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza de los que la humanidad puede obtener energía utilizable en sus actividades. 

El origen de casi todas las fuentes de energía es el Sol, que "recarga los depósitos de energía". Las fuentes de energías se clasifican en dos grandes grupos: renovables y no renovables; según sean recursos "ilimitados" o "limitados".

 

4.1- Energías renovables

Son fuentes en que la energía disponible existe en cantidades ilimitadas, de modo que no se agotan a medida que se van utilizando. El Sol, el viento, las caídas de agua y la biomasa son ejemplos de fuentes de energía renovables.

Existen varias fuentes de energía renovables, como son:

- Energía mareomotriz (mareas)
- Energía geotérmica (calor de la tierra)
- Energía hidráulica (embalses)
- Energía eólica (viento)
- Energía solar (Sol)
- Energía de la biomasa (vegetación)

 

a- Energía mareomotriz 
Es la producida por el movimiento de las masas de agua provocado por las subidas y bajadas de las mareas, así como por las olas que se originan en la superficie del mar por la acción del viento.



b- Energía geotérmica 
Es aquella energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. La energía geotérmica puede hacer uso de las aguas termales que se encuentran a poca profundidad y que emanan vapor. Otra fuente de energía geotérmica es el magma (mezcla de roca fundida y gases), aunque no existen recursos tecnológicos suficientes para una explotación industrial del mismo.

La energía geotérmica,  tiene distintas aplicaciones, entre las que se cuentan: Calefacción de viviendas, Usos agrícolas, Usos industriales, Generación de electricidad.

 

energia_geotermica.jpg (550×366)

 

c- Energía hidráulica 
Es la producida por el agua retenida en embalses o pantanos a gran altura (que posee energía potencial gravitatoria). Si en un momento dado se deja caer hasta un nivel inferior, esta energía se convierte en energía cinética y, posteriormente, en energía eléctrica en la central hidroeléctrica.


 

 

d- Energía eólica
La Energía eólica es la energía cinética producida por el viento. se transforma en electricidad en unos aparatos llamados aerogeneradores (molinos de viento especiales).
 


 

 

e- Energía solar
La Energía solar es la que llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol, donde ha sido generada por un proceso de fusión nuclear. El aprovechamiento de la energía solar se puede realizar de dos formas: por conversión térmica de alta temperatura (sistema fototérmico) y por conversión fotovoltaica (sistema fotovoltaico).

 

f- Energía de la biomasa
La Energía de la biomasa es la que se obtiene de los compuestos orgánicos mediante procesos naturales. Con el término biomasa se alude a la energía solar, convertida en materia orgánica por la vegetación, que se puede recuperar por combustión directa o transformando esa materia en otros combustibles, como alcohol, metanol o aceite. También se puede obtener biogás, de composición parecida al gas natural, a partir de desechos orgánicos.
 

 

4.2- Energías no renovables

Las Fuentes de energía no renovables son aquellas que se encuentran de forma limitada en el planeta y cuya velocidad de consumo es mayor que la de su regeneración. 
 
Existen varias fuentes de energía no renovables, como son: 
 

- Los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)
- La energía nuclear (fisión y fusión nuclear)

 

a- Los Combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural)
Son sustancias originadas por la acumulación, hace millones de años, de grandes cantidades de restos de seres vivos en el fondo de lagos y otras cuencas sedimentarias.


- El Carbón 
Es una sustancia ligera, de color negro, que procede de la fosilización de restos orgánicos vegetales. Existen 4 tipos: antracita, hulla, lignito y turba.
 
El carbón se utiliza como combustible en la industria, en las centrales térmicas y en las calefacciones domésticas.


 
- El Petróleo 
Es el producto de la descomposición de los restos de organismos vivos microscópicos que vivieron hace millones de años en mares, lagos y desembocaduras de ríos. Se trata de una sustancia líquida, menos densa que el agua, de color oscuro, aspecto aceitoso y olor fuerte, formada por una mezcla de hidrocarburos (compuestos químicos que sólo contienen en sus moléculas carbono e hidrógeno). 
El petróleo tiene, hoy día, muchísimas aplicaciones, entre ellas: gasolinas, gasóleo, abonos, plásticos, explosivos, medicamentos, colorantes, fibras sintéticas, etc. De ahí la necesidad de no malgastarlo como simple combustible. 
Se emplea en las centrales térmicas como combustible, en el transporte y en usos domésticos. 

 

 

 

- El Gas natural 
Tiene un origen similar al del petróleo y suele estar formando una capa o bolsa sobre los yacimientos de petróleo. Está compuesto, fundamentalmente, por metano (CH4). El gas natural es un buen sustituto del carbón como combustible, debido a su facilidad de transporte y elevado poder calorífico y a que es menos contaminante que los otros combustibles fósiles.

 

 

b-  La Energía nuclear 
Es la energía almacenada en el núcleo de los átomos, que se desprende en la desintegración de dichos núcleos.

Una central nuclear es un tipo de central eléctrica en la que, en lugar de combustibles fósiles, se emplea uranio-235, un isótopo del elemento uranio que se fisiona en núcleos de átomos más pequeños y libera una gran cantidad de energía (según la ecuación E = mc2 de Einstein), la cual se emplea para calentar agua que, convertida en vapor, acciona unas turbinas unidas a un generador que produce la electricidad. 

Las reacciones nucleares de fisión en cadena se llevan a cabo en los reactores nucleares, que equivaldrían a la caldera en una central eléctrica de combustibles fósiles. 

 
 

 


Creado por Portal Educativo. Fecha: 2015-10-23. Se autoriza uso citando www.portaleducativo.net


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