TEMA 5. LA ENERGÍA Y LA ELECTRICIDAD · La potencia, P, es el ritmo al que se produce o consume la...
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1 TEMA 5. LA ENERGÍA Y LA ELECTRICIDAD
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TEMA 5. LA ENERGÍA Y LA ELECTRICIDAD
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1. LA ENERGÍA
La energía nos rodea, está presente en todas partes. Caminar, correr, ir en bicicleta,
escalar o encender el móvil son ejemplos de manifestación de la energía
Se define energía como la capacidad o propiedad que presentan los cuerpos y los
sistemas físicos para producir transformaciones a su alrededor.
La energía está presente en cualquier cambio que se produzca a nuestro alrededor,
tanto físico como químico. Durante estos cambios la energía ni se crea ni se destruye, solo
se transforma.
La unidad de energía en el Sistema Internacional es el julio, J, en honor de James P.
Joule.
2. TIPOS DE ENERGÍA
Golpear una pelota, levantar un objeto, encender una bombilla… llevan asociado un
tipo de energía.
La energía se puede presentar de diferentes formas transformables entre sí.
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3. TRABAJO Y POTENCIA
En la vida cotidiana se suele relacionar trabajo y esfuerzo. Una actividad me cuesta
trabajo realizarla si necesito emplear en ello esfuerzo, y viceversa. Sin embargo, se trata
de una interpretación coloquial alejada del concepto real.
El trabajo viene asociado a una fuerza que desplaza un objeto, y no a un esfuerzo.
El trabajo, W, de una fuerza se define como el
producto entre el módulo de dicha fuerza por el
desplazamiento producido. W = F · x · cos α
Todo trabajo supone una variación de energía. El trabajo es una forma de
intercambiar energía.
La unidad de trabajo en el Sistema Internacional es el julio, J.
Para levantar un libro cierta distancia realizamos una fuerza, por lo tanto, realizamos un
trabajo. Sin embargo, también tenemos una variación de energía.
Este trabajo es realizado por una fuerza exterior al cuerpo (se realiza sobre el cuerpo,
no la realiza el propio cuerpo).
El trabajo es, por consiguiente, una energía en tránsito. Para que haya trabajo tiene
que haber un desplazamiento del cuerpo.
Llamando Ef a la energía final y Ei a la energía inicial del cuerpo tenemos que:
W = ∆E = Ef – Ei
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Un término utilizado con bastante frecuencia es el de potencia.
En la mayoría de transformaciones energéticas el tiempo es un factor importante. Si
una máquina realiza un trabajo, no solo importa la cantidad de energía que produce, sino
también el tiempo que tarda en hacerlo.
La potencia, P, es el ritmo al que se produce o consume la energía por unidad de
tiempo. P = W / t
La unidad de potencia en el Sistema Internacional es el vatio, W.
Existen otras unidades, usadas coloquialmente, como el caballo de vapor, CV, que se
utiliza para expresar la potencia de vehículos. 1 CV = 735,5 W
Para medir la energía eléctrica es muy frecuente utilizar el kilovatio hora, kWh.
1 kWh = 1000 W · 3600 s = 3,6 · 106 J
4. CALOR Y ENERGÍA
Existen tres conceptos que utilizamos a menudo y que, aunque están muy
relacionados, no son exactamente lo mismo.
ENERGÍA TÉRMICA: Suma de las energías cinéticas de todos los átomos que
forman un cuerpo.
TEMPERATURA: Medida de la energía cinética media de los átomos de un cuerpo.
CALOR: Energía térmica que se propaga de un cuerpo a otro.
Por tanto, calor es la cantidad de energía que se transfiere entre dos cuerpos a distinta
temperatura al ponerlos en contacto. El calor no es energía, sino transferencia de ella, por
tanto, se miden en la misma unidad, en julios, J.
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Se produce un traspaso de energía
térmica desde el cuerpo que está a mayor
temperatura hasta el cuerpo que está a menor
temperatura hasta que ambos se encuentran a
la misma temperatura (equilibrio térmico).
4.1. EFECTOS DEL CALOR SOBRE LOS CUERPOS
Cuando un cuerpo gana o pierde energía térmica en forma de calor, puede sufrir varios
efectos dependiendo el material que utilicemos:
Cambio de temperatura: Según la sustancia o el material de que estén hechos los
cuerpos será necesario más o menos calor para conseguir la misma variación de
temperatura. Calor específico es la cantidad de calor que se necesita para que 1 kg
de esa sustancia aumente su temperatura un grado.
Cambio de volumen: Puede cambiar el tamaño de un cuerpo si recibe o pierde
calor.
o Dilatación: aumento de volumen de un cuerpo cuando recibe calor.
o Contracción: disminución del volumen de un cuerpo cuando cede calor.
Cambio de estado: El calor puede provocar un cambio de estado en los cuerpos.
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5. MÁQUINAS TÉRMICAS
¿Sabías que un coche y un frigorífico tienen algo en común? Ambos son ejemplos de
máquinas térmicas.
Las máquinas térmicas son dispositivos mecánicos que aprovechan una fuente de
calor para realizar un trabajo mecánico. Pueden ser de combustión externa o interna.
Las máquinas térmicas de combustión externa aprovechan la fuerza expansiva del
vapor del agua generado en un foco emisor situado en el exterior de la propia
máquina para realizar trabajo.
Un ejemplo es la máquina de vapor.
Las máquinas térmicas de combustión interna, o de explosión, aprovechan la
fuerza expansiva de los gases de una reacción química dentro de la propia máquina
para transformarla en trabajo.
En función del combustible que utilicen podemos encontrarnos.
o Motores Otto: el combustible es gasolina y la combustión es producida por
una chispa.
o Motores diésel: el combustible es gasóleo y la combustión es producida por
una compresión.
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6. LA ELECTRICIDAD
Un cuerpo está cargado positivamente cuando tiene un defecto de electrones, y
negativamente, si tiene un exceso de electrones.
La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional, SI, es el culombio, C.
La relación entre el culombio y la carga del electrón es: 1 e– = 1,602 · 10–19 C
Ley de Coulomb: La fuerza de atracción o de repulsión entre dos cargas es
directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al
cuadrado de la distancia que las separa.
7. LA CORRIENTE ELÉCTRICA
La corriente eléctrica es un flujo de electrones que se desplazan a lo largo de un
conductor desde el punto de mayor potencial eléctrico al de menor potencial.
La corriente eléctrica puede ser de dos tipos.
Corriente continua: Los electrones se mueven siempre en el mismo sentido.
Corriente alterna: Los electrones se mueven cambiando el sentido del
movimiento.
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Las magnitudes que caracterizan a toda corriente eléctrica son las siguientes:
Intensidad de corriente: número de cargas, o cantidad de electricidad, que
atraviesa una sección de un conductor en la unidad de tiempo.
La I se mide en amperios, A. I = Q / t
Resistencia: Todas las sustancias, en mayor o menor medida, oponen resistencia
al paso de la corriente eléctrica. La R de un conductor se mide en ohmios, Ω.
R = ρ · l / s R (resistencia), ρ (resistividad del material), l (longitud), s (sección)
Diferencia de potencial eléctrico: Es el impulso que necesita una carga eléctrica
para que pueda fluir por el conductor de un circuito eléctrico, esta corriente cesará
cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico.
La d.d.p. se mide en voltios, V. ∆V = Vf – Vi = W / Q
Estas tres magnitudes se relacionan por medio de la Ley de Ohm: La intensidad de
corriente eléctrica que circula por un conductor es directamente proporcional a la diferencia
de potencial e inversamente proporcional a su resistencia. I = ∆V / R
8. FUENTES DE ENERGÍA
En el mundo podemos encontrar muchas fuentes de energía, que pueden ser
beneficiosas no solo en nuestras vidas, sino que además nos permitirán cuidar del medio
ambiente entre otras cosas.
Podemos decir que aunque existen muchas fuentes de energía, 10 serían las
principales ya que son las más utilizadas en el mundo. Existen otras que además se están
descubriendo actualmente, pero ninguna de ellas ha llegado a la etapa en la que se
pueden utilizar para proporcionar la energía para ayudar a desarrollar la vida moderna.
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Todas estas fuentes de energía se utilizan principalmente para producir electricidad.
El mundo funciona a partir una serie de reacciones eléctricas, ya sea que conduzcas un
coche, o enciendas una luz. Todas ellas se transforman de alguna manera en energía
eléctrica que luego llega a nosotros por distintos medios.
Las fuentes de energía son aquellas que tienen capacidad de generar energía en
forma de calor, luz, etc.
Energías renovables: Su generación es continua y son relativamente limpias.
Energías no renovables: Al ser consumidas, disminuyen sus reservas ya que
no hay tiempo suficiente para su renovación.
9. AHORRO ENERGÉTICO
La mejor fuente de energía del futuro es la racionalización de la ya disponible y el
fomento de la utilización de las energías renovables, sino queremos contribuir a la
destrucción de nuestro planeta.
Racionalizar el uso de los recursos y fomentar el uso de las energías renovables,
disminuyendo gradualmente el uso y la dependencia de los combustibles fósiles.
Rechazar los productos contaminantes o que dañen el entorno y eliminar las fuentes
contaminantes en el origen.
Investigar fuentes de energías nuevas y renovables, eficientes y limpias.
Utilizar tecnologías y materiales reciclables no contaminantes.
