11.Energía y trabajo by Beatriz Arias

TEMA 11 ENERGÍA Y TRABAJO

.1. ¿QUÉ ES LA ENERGÍA? La energía es una propiedad de los cuerpos que les permite producir una transformación en ellos mismos o en otros cuerpos. En el S.I. de unidades se mide en Julios (J), siendo 1 J la energía de un cuerpo de 1 kg que se mueve a 1 m/s. Otra unidad de energía es la caloría, 1 cal = 4’18 J. Esta unidad la emplearemos mucho en el próximo tema, cuando estudiemos el calor.

TIPOS DE ENERGÍA - Energía potencial gravitatoria, Ep: la que tienen los cuerpos

Ep = m·g·h por estar a una cierta altura.

- Energía cinética, Ec: es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento.

Ec = m·v2/2

- Energía mecánica: es la energía ligada a la posición o al movimiento de los cuerpos.

Em = E c + E p

.2. PROPIEDADES DE LA ENERGÍA - La energía se transfiere de unos cuerpos a otros. - La energía se puede almacenar y transportar. Una batería o una pila son sistemas de almacenaje de energía y el tendido eléctrico es un sistema de transporte, por ejemplo. - La energía se transforma. Por ejemplo, la energía potencial de un salto de agua se transforma en energía cinética que mueve unas turbinas. - La energía se degrada, es decir, parte la absorbe el cuerpo o se pierde en forma de calor. Entendemos por energía degradada la que no puede ser útil. - La energía se conserva. En cada transformación, la energía total se conserva. Considerando las energías degradadas o transmitidas, el total de la energía siempre vale lo mismo.

.3. FORMAS DE TRANSFERIR LA ENERGÍA - De forma mecánica, mediante la realización de un trabajo, siempre que exista una fuerza que produzca un desplazamiento en la dirección de dicha fuerza. - De forma térmica, mediante el calor, cuando existen dos cuerpos en contacto a distintas temperaturas.

.4. EL TRABAJO “Es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro por medio de una fuerza que provoca un desplazamiento.”

W = F · s · cos

W es el trabajo medido en Julios en el S.I. F la fuerza realizada en Newton s el desplazamiento provocado en metros.

En el S.I. de unidades el trabajo se mide en Julios (J), siendo 1 J el trabajo correspondiente a una fuerza de 1 N que desplace un cuerpo 1 m de distancia, en la misma dirección de aplicación de la fuerza.

El trabajo debido a una fuerza de rozamiento es, siempre, negativo, ya que corresponde a una energía degradada. El trabajo realizado sobre un cuerpo se emplea en variar su energía mecánica.

.5. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA Si el cuerpo no está sometido a fuerzas externas, el trabajo total es cero y, por tanto, la energía mecánica total se conserva, es decir,

.6. LA POTENCIA Es una magnitud escalar que representa la relación entre el trabajo realizado y el tiempo empleado en realizarlo. En el S.I. se mide en vatios (W), siendo 1 W la potencia correspondiente a realizar un trabajo de 1 Julio en un tiempo de 1 segundo.

P =W/t

Otras unidades de potencia 

Kilovatio (kW): 1 kW = 1000 W



Caballo de vapor (C.V.): 1 C.V. = 736 W

.7. RENDIMIENTO DE UNA MÁQUINA “Se llama rendimiento de una máquina, r, a la relación entre el trabajo útil obtenido y el trabajo motor o trabajo total de la máquina”. Se expresa en porcentaje y no tiene unidades puesto que se simplifican.

Parte del trabajo generado por una máquina se emplea en vencer el rozamiento o la fricción, de ahí que parte de la energía se transforme en energía térmica en forma de calor, y por tanto, el rendimiento no es del 100 %.

.8. LAS FUENTES DE ENERGÍA “Una fuente de energía es cualquier material o recurso natural del que se puede obtener energía.”

Clasificación de las fuentes de energía -

Teniendo en cuenta la renovación de la fuente: 

Renovables: eólica, solar, hidráulica, geotérmica, maremotriz, biomasa y biocombustibles.



No renovables: combustibles fósiles y nuclear.

Según la contaminación generada: 

Contaminantes: Combustibles fósiles, nuclear y biocombustibles.



No contaminantes: eólica, solar, hidráulica, geotérmica, maremotriz y biomasa.

Si las clasificamos por el uso dado: 

Convencionales: combustibles fósiles, nuclear e hidráulica.



Alternativas: eólica, solar, geotérmica, maremotriz, biomasa y biocombustibles.

APROVECHAMIENTO DE LAS FUENTES DE ENERGÍA Entendemos por aprovechamiento de las fuentes de energía, la transformación de éstas en energía eléctrica, más fácil de transportar y usar. 

Combustibles fósiles: -

Origen: fósiles de restos orgánicos de vegetales (carbón) o de animales (petróleo y gas)

Aprovechamiento: Se queman (energía química) y el calor producido se emplea en calentar agua (energía térmica). El vapor de agua generado mueve una turbina (energía cinética) que mediante un generador crea electricidad (energía eléctrica). E.Química  E. térmica  E. cinética  E. eléctrica

Ventajas: La fácil extracción de estas fuentes y, en el caso del petróleo su elevado rendimiento y uso.

Inconvenientes: La escasez de estas fuentes y la contaminación que producen que da lugar a efecto invernadero y lluvia ácida, excepto

gas

natural,

que

contribuye

únicamente

calentamiento global del planeta. C o m Composición del gas natural



Energía nuclear: -

Origen: energía del interior de los átomos de

uranio que mantiene a los núcleos estables. El uranio se bombardea con neutrones y se produce una reacción en cadena que libera mucha energía. -

Aprovechamiento: el calor generado al

romper los enlaces nucleares (energía química), se emplea en calentar agua (energía térmica) cuyo vapor mueve unas turbinas (energía cinética) que mediante un generador crean electricidad (energía eléctrica). E.Química  E. térmica  E. cinética  E. eléctrica

Ventajas: Es una energía que no emite gases contaminantes a la atmósfera; tiene un alto rendimiento y, a pesar del elevado coste de construcción, mantenimiento y medidas de seguridad de la central y de los depósitos radiactivos, es una energía relativamente barata.

Inconvenientes: el elevado coste de construcción y mantenimiento; el impacto medioambiental y la contaminación producida en caso de accidente y el tratamiento de los residuos radiactivos.



Energía hidráulica: -

Origen: el agua de los ríos y la pendiente de su cauce.

Aprovechamiento:

en la parte superior del río se

construye un embalse donde se acumula el agua a una cierta altura (energía potencial) , la caída del agua mueve una turbina (energía cinética) cuyo movimiento, conectado a un generador, crea electricidad (energía eléctrica). Energía potencial  energía cinética  energía eléctrica -

Ventajas: es una energía limpia y renovable.

Inconvenientes: el impacto medioambiental y la inundación de tierras fértiles.



Energía eólica: -

Origen: aprovechar el viento.

Aprovechamiento: mediante aerogeneradores se transforma la energía cinética del movimiento en energía eléctrica. Energía cinética  energía eléctrica

Ventajas: energía limpia sin emisiones ni radiaciones.

Inconveniente: el impacto medioambiental, el ruido producido que perjudica a las aves, y la gran extensión de terreno necesaria.



Energía solar térmica y fotovoltaica -

Origen: el sol

Aprovechamiento: pueden calentar el agua del interior de tuberías (energía radiante) convirtiéndola en vapor de agua (energía térmica) que mueve una turbina (energía cinética) conectada a un generador (energía eléctrica). Energía radiante  energía térmica  energía cinética  energía eléctrica

Ventajas: limpia, inagotable y barata.

Inconvenientes: el impacto medioambiental y las grandes extensiones que requiere.



Energía de la biomasa -

Origen: energía contenida en los seres vivos.

Aprovechamiento: la energía producida al quemar restos orgánicos, energía química, se emplea como energía térmica.

Ventajas: barata y limpia.

Inconvenientes:

incinera

produce

contaminación

medioambiental, ya que emite dióxido de carbono a la atmósfera, por ejemplo, los biocombustibles.

 Energía geotérmica -

Origen: la energía interna de la tierra.

Aprovechamiento: se emplea para obtener calor y, en ocasiones, electricidad.

Ventajas: limpia, renovable y barata.

Inconvenientes: la escasez de lugares de obtención de esta energía, como Islandia o Lanzarote.

 -

Energía maremotriz:

Origen: las olas y mareas del mar.

Aprovechamiento: movimiento

del

mar

mueve

una

turbina

(energía

cinética)

que

mediante un generador se transforma

energía

eléctrica. -

Ventajas: limpia, barata y renovable.

Inconvenientes: bajo rendimiento.

.9. LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Y EL EFECTO INVERNADERO La contaminación atmosférica es la presencia en el aire de sustancias perjudiciales para los seres vivos. También suele considerarse contaminación atmosférica la presencia en el aire de radiaciones o ruidos. Los principales efectos de la contaminación atmosférica son la lluvia ácida, el efecto invernadero y el deterioro de la capa de ozono.

LA LLUVIA ÁCIDA Los óxidos reaccionan con vapor de agua en las capas altas de la atmósfera y producen ácidos. Estos ácidos mezclados con el vapor de agua precipitan en forma de lluvia. La lluvia ácida altera el crecimiento de las plantas, incrementa la acidez del suelo y de las aguas, disuelve metales tóxicos que luego pasan a la cadena alimentaria, y deteriora los monumentos arquitectónicos.

EL EFECTO INVERNADERO La vida en la Tierra depende de la energía que recibe del Sol. Una parte de esta energía es devuelta directamente al espacio exterior. Otra parte es absorbida por los océanos y los continentes, y posteriormente radiada al espacio Otra pequeña fracción de esa energía es absorbida por los gases de efecto invernadero que calientan la Tierra.

EL DETERIORO DE LA CAPA DE OZONO

El ozono (O3) de la alta atmósfera absorbe la radiación ultravioleta que llega a la Tierra procedente del Sol y protege a los seres vivos de sus efectos perjudiciales. Los gases empleados en aerosoles y en circuitos de refrigeración, reaccionan con el ozono y destruyen su molécula. La disminución de la capa de ozono origina un aumento de la nociva radiación ultravioleta que llega a la superficie terrestre.