LA ENERGÍA
TEMA 1
ÍNDICE
1. ¿QUÉ ES LA ENERGÍA?
2. FORMAS O CLASES DE ENERGÍA
3. PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA
ENERGÍA
4. TRANSFORMACIONES ENERGÉTICAS
5. FUENTES DE ENERGÍA
6. IMPORTANCIA DE LA ENERGÍA
ELÉCTRICA
1.- ¿QUÉ ES LA ENERGÍA?
La ENERGÍA es la capacidad para realizar un
trabajo.
Ejemplos:
Masa de agua embalsada
Muelle estirado o comprimido
Trabajo es el producto de la fuerza F
aplicada a un cuerpo por la distancia s que
recorre su punto de aplicación y por el
coseno del ángulo que forman las
direcciones de ambos.
1.1- UNIDADES DE ENERGÍA Y
TRABAJO
Julio (J): es el trabajo que realiza una fuerza de 1 N al
desplazar su punto de aplicación 1m en su misma
dirección. Es la unidad en el S.I.
Kilográmetro (Kgm): es el trabajo realizado por una fuerza
de 1 Kp al desplazar su punto de aplicación 1m en su
misma dirección. Es la unidad en el Sistema Técnico.
1 Kgm = 9,8 J.
Caloría (cal): es la cantidad de calor necesaria para elevar,
a la presión normal, la temperatura de 1 gr de agua desde
14,5 ºC a 15,5 ºC. 1 cal = 4,18 J.
Kilovatio-hora (Kwh): es el trabajo realizado por un ser o
una máquina de 1 Kw de potencia en una hora de
funcionamiento. 1 Kwh = 3.600.000 J
1.2.- POTENCIA
Potencia (P): la potencia de un ser o de una
máquina es el cociente entre el trabajo que realiza
el ser o la máquina y el tiempo que tarda en
realizarlo.
P=W/t
Unidades:
Vatio (w): unidad de la potencia en el Sistema
Internacional.
Kilovatio (KW): equivale a 1000 w.
Caballo de vapor (CV): equivale a 735 w.
2.- FORMAS O CLASES DE
ENERGÍA
La energía se manifiesta de múltiples formas.
Energía mecánica: puede ser de tres clases
Energía cinética (Ec): es la energía que posee un
cuerpo, debido a su velocidad.
Teorema de la energía cinética o de las fuerzas vivas: el
W realizado por una F sobre un cuerpo, y se aumenta la
velocidad de éste, es igual a la variación de Ec
experimentada por el cuerpo.
Energía potencial gravitatoria (Epg): es la energía que
posee un cuerpo debido a la posición que ocupa en un
campo gravitatorio.
Para conocer la Epg de un cuerpo es necesario saber la
altura h a la que se encuentra respecto de un nivel de
referencia.
Si se ejerce una F sobre un cuerpo elevando su
posición, el W realizado contra las fuerzas del campo
gravitatorio se invierte en elevar la Epg.
W = m g (h – h0)
Energía potencial elástica (Epx): es la energía
que posee un cuerpo elástico (resorte) en virtud
de su estado de tensión.
k es la constante elástica del resorte
x es la deformación del resorte
Recuerda que la relación entre la F y la x en un
resorte es
F=kx
Energía nuclear: es una energía propia de la
materia y que se libera al fisionarse o
fusionarse los núcleos de determinados
átomos.
Procede de la transformación de la materia
en energía de acuerdo con:
c = 3 108 m/s (velocidad de la luz en el vacío)
Ejemplo: energía de fusión liberada en el
Sol.
Energía interna (U): es la suma de las
energías de todas las partículas que
constituyen un cuerpo (Ec de partículas
subatómicas, fuerzas de atracción y
repulsión entre partículas, es decir,
potencial)
La U depende de la temperatura y la presión
del cuerpo.
Energía térmica, calor: es una energía
debida a la agitación de las moléculas que
componen un cuerpo.
Se manifiesta por las variaciones de
temperatura, cambios de estado y de volumen.
La causa de su transmisión es la diferencia de
temperatura.
El calor se transmite de 3 formas distintas:
Conducción: transporte de calor sin transporte
de materia pero en presencia de esta. Se debe al
intercambio de Ec entre moléculas vecinas.
• Los materiales se clasifican en conductores y
aislantes
Convección: transporte de calor con transporte
de materia. Es típico de los fluidos. Se debe a la
menor densidad de las zonas calientes de un
fluido, formándose las corrientes de
convección.
Radiación: transporte de calor en presencia o no
de materia (vacío). La transmisión de calor se
produce por ondas electromagnéticas. Ejemplo:
calor que nos llega del Sol.
Energía química: es la que poseen las
sustancias y se pone de manifiesto cuando
reaccionan para transformase en otras
sustancias diferentes.
• Endotérmicas.
• Exotérmicas. (combustibles)
Energía radiante: es la que se propaga en forma
de ondas electromagnéticas. Parte de ella es
calorífica, otra es luminosa (luz visible), rayos
ultravioleta, ondas microondas,...
Energía eléctrica: es la que posee la corriente
eléctrica.
• Se transporta fácilmente.
• Es muy cómoda de utilizar.
• La cantidad de energía eléctrica consumida por un
aparato viene dada por la expresión:
E=VIt
3.- PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN
DE LA ENERGÍA
Primer principio de la Termodinámica:
La energía interna (U) de un sistema puede
variar si se aporta o extrae calor (Q) del
sistema, o por medio de trabajo mecánico.
U = Q + W
Criterio de signos:
Q>0 calor absorbido por el sistema.
Q0 trabajo realizado sobre el sistema.
W<0 trabajo realizado por el sistema.
Si el sistema además de U posee también Ec y
Ep, su energía total (E) será:
E = U + Ec + Ep
Para este caso el primer principio de la
Termodinámica se puede generalizar:
E = Q + W
Casos particulares
Si solo se producen transformaciones mecánicas en el
sistema (es decir, Q=0)
(Ec2 + Ep2) – (Ec1 + Ep1) = W
Si además la Ep permanece constante (desplazamientos
horizontales)
Ec2 – Ec1 = W Th de la Ec
En un sistema aislado (no se intercambia ni materia ni
energía con el exterior):
Q = 0; W = 0 E = 0
La energía total de un sistema aislado
permanece constante, aunque se puede
transformar de unas clases en otras.
Considerando nuestro Universo un sistema
aislado podemos deducir el principio de
conservación de la energía:
La energía total del Universo permanece
constante.
La energía ni se crea ni se destruye,
simplemente se transforma.
4.- TRANSFORMACIONES
ENERGETICAS
Algunos procesos con transformaciones de energía son:
Se da en dinamos y
alternadores.
El rozamiento de las
partes móviles de
las maquinas
transforma la E
mecánica en calor.
Se da en motores.
Acumuladores, batería de
coches (electrolisis)
Efecto Joule. Resistencias
eléctricas.
Bombillas y fluorescentes
Pilas y acumuladores
Combustiones
Energía de los alimentos
se transforma en el
metabolismo.
Combustión también
produce luz.
Convertidores termoiónicos
(Ionización producida por el calor. A altas
temperaturas los electrones vibran cada vez más
fuerte, pueden escapar del cuerpo; este quedara
por tanto positivo.)y termoeléctricos. ( Si
se unen por ambos extremos dos alambres de
distinto material (este circuito se denomina
termopar), y una de las uniones se mantiene a una
temperatura superior a la otra, surge una
diferencia de tensión que hace fluir una corriente
eléctrica entre las uniones caliente y fría.)
Turbina de central térmica.
Termólisis. (La termólisis es una reacción
química en la que un compuesto se separa en al menos
otros dos cuando se somete a un aumento de
temperatura. Se trata de una reacción endotérmica
porque requiere un aporte de calor para romper los
enlaces químicos)
Captadores fototérmicos.
Células fotovoltaicas.
La fotosíntesis que se da
en las plantas.
La energía almacenada
en los núcleos
atómicos se
transforma, mediante
la fisión o la fusión, en
calor.
4.1.- Rendimiento de las
transformaciones energéticas.
En general, las máquinas utilizan una determinada
energía para convertirla en trabajo. En este
proceso hay una parte de esa energía que no se
convierte en trabajo, es decir, se pierde
generalmente en forma de calor.
El rendimiento nos permite cuantificar el
aprovechamiento energético de una máquina.
La expresión en tanto por ciento es:
5.- FUENTES DE ENERGÍA
Fuentes renovables Energía hidráulica
Son las que, en principio, Energía solar
no se agotan. Energía eólica
Biomasa
Generalmente producen
menos impacto ambiental. Residuos sólidos urbanos
Energía mareomotriz
Energía de las olas
Energía geotérmica
Fuentes no renovables Energía de combustibles fósiles
(carbón, petróleo y gas natural)
Son reservas limitadas de
energía que se agotan según se Energía nuclear
van utilizando.
6.- IMPORTANCIA DE LA ENERGIA
ELECTRICA.
Consumo a gran escala (II Revolución Industrial)
Consumo de energía consumo energía eléctrica.
Se obtiene a partir de fuentes primarias en las
centrales.
Tipo de central Energía primaria que se
transforma
Térmica Energía procedente de la combustión
de carbón, fuel o gas natural.
Hidroeléctrica Energía potencial del agua
Solar (fotovoltaica o térmica) Energía del sol
Eólica Energía del viento
Geotérmica Calor interno de la Tierra
Mareomotriz Energía de las mareas
Ventajas de la energía eléctrica:
Es muy regular: V = cte. y sin intermitencias en el
suministro.
Es limpia en el lugar de consumo.
Es fácil de transportar.
Es fácil de transformar en otras clases de energía.
El inconveniente principal es que no se puede
almacenar. (El coste sube por la variación de la
demanda).