BLOQUE 7

EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII.TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. LA ENERGÍA: EL MOTOR DE LA VIDA Introducción Todas las situaciones de la vida cotidiana de Teresa y Belén ponen de manifiesto fenómenos energéticos. Es más, la energía está presente en todos los fenómenos que suceden en el Universo. Pero ¿qué es la energía? “Energía” es una palabra gía? que, aunque forma parte del vocabulario científico, es tan familiar para todo el mundo que todos tenemos una idea más o menos clara de lo que es. A pesar de ello, y aunque es realmente difícil dar una definición de energía vamos energía, a precisar lo que entendemos por energía en el campo de las Ciencias. La Energía es una propiedad de los cuerpos. Es “algo” que poseen los cuerpos todos algo” cuerpos, los cuerpos del Universo y que tiene varias características características: • Permite producir cambios en los cu cuerpos (como el aumento de temperatura de la leche cuando Belén la mete en el microondas). • Puede ser almacenada (por ejemplo la energía que almacenan las pilas de del despertador de Belén Belén). Puede ser transformada de una a otra forma (por ejemplo, la energía solar que se transforma en energía calorífica en la placa solar térmica de Teresa). Puede ser transferida de uno a otro cuerpo (como al de Teresa cuando se ducha con el agua caliente procedente de la placa). • • Como hemos visto con las historias de Belén y Teresa la energía se manifiesta de muchas formas, pero todas las formas de la energía son intercambiables entre sí. Por ejemplo… Como la transformación de energía solar en energía calorífica en la placa de Teresa, o como en una bombilla, donde la energía eléctrica se transforma en luz y calor es decir, en energías luminosa y calorífica. ía calor, El ser humano explota los recursos naturales (carbón, petróleo, viento, sol, etc.) y obtiene de ellos energía para usarla directamente o para transformarla en otra forma más adecuada para su uso. Comprueba que lo has entendido 1. 2. 3. ¿Qué cuerpos del Universo tienen energía? ¿Cuáles son las cuatro características de la energía? ¿De dónde obtiene el ser humano la en energía que usa? ¿Y cuántos tipos o formas de energía hay? En los siguientes apartados v En vamos a dar un repaso a algunas de las más comunes. ¿Estás preparado/a? Bloque VII. Tema 1, Página 1 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. Formas de energía I Una cosilla… La energía se presenta de formas muy diversas y variadas, todas las cuales son igualmente importantes. Para no dar más importancia a unas y restarla a otras, te las presentaremos por orden alfabético. No obstante, algunas de ellas las estudiaremos con más profundidad, pues su estudio matemático es lo bastante sencillo como para que encaje dentro de la profundidad que pretendemos en este nivel. ndemos Energía calorífica o térmica érmica Convivimos con ella continuamente. Es la energía asociada a la temperatura y muy relacionada con el calor. La energía calorífica o térmica es la liberada por los cuerpos más térmica calientes en forma de calor y pasa de los cuerpos calientes a los fríos. Por ejemplo… El barrote de hierro al rojo vivo posee mucha energía calorífica Cuando tocamos el vaso de leche recién salido del microondas sentimos el calor que pasa de la leche caliente a nuestra mano, más fría. Al coger una cerveza fría del frigorífico sentimos justo lo contrario. Parece que la l cerveza nos pasa el frío. En realidad, es nuestra mano, más caliente, la que pasa calor a la cerveza La energía térmica la estudiaremos en profundidad en otro de los temas de este bloque. Allí aprenderás la relación entre la energía calorífica, el calor y la temperatura y a calcular cuánto aumenta o disminuye la temperatura de un cuerpo cuando gana o pierde cierta cantidad de energía calorífica calorífica. Energía cinética Esta energía, aunque tenga un nombre un poco raro y técnico, es también muy familiar para todos/as. Es la energía asociada al movimiento movimiento. La poseen los cuerpos por estar en movimiento, por tener velocidad , velocidad. Por ejemplo… Por ejemplo podemos observar sus efectos en la pelota de tenis que viene hacia nuestra cabeza a toda velocidad: cuanta más velocidad lleva, posee más energía cinética, y por tanto, si nos da en la cabeza más daño nos hace. También la energía cinética la estudiarás con profundidad en otro tema de este bloque, incluyendo la otro fórmula que se utiliza para calcularla. Verás que es muy fácil y que puedes aprender mucho sabiendo calcular la energía cinética de algunos cuerpos en movimiento. Energía eléctrica Esta es la energía más familiar de todas para nosotros. La . usamos continuamente y para casi todas las actividades que realizamos. Una parte muy significativa de la energía que obtenemos de los na recursos naturales la transformamos en energía eléctrica para usarla. Bloque VII. Tema 1, Página 2 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. ¿Por qué usamos tanto la energía eléctrica? Pues porque con la tecnología que tenemos, es: • Fácil de obtener a partir de otras formas de energía. • Fácil de transportar a grandes distancias. • Fácil de transformar en otros tipos de energía allí donde necesitemos utilizarla. La energía eléctrica está asociada a la corriente eléctrica, que no es más que un movimiento ordenado de electrones. Las pilas, baterías o los paneles fotovoltaicos, (corriente continua) o la dinamo de la bicicleta de Teresa (corriente alterna) producen dicho movimiento. Pero la energía eléctrica tiene un inconveniente, aunque quizá te suene algo increíble. La energía eléctrica no se puede almacenar; hay que consumirla (transformarla en otro tipo de energía) al mismo tiempo que se obtiene. Si la energía eléctrica no se puede almacenar,… ¿qué es lo que almacenan las pilas o las baterías? La importancia de la energía eléctrica en nuestra sociedad es tal que vamos a dedicar un tema completo de este bloque a estudiar cómo se produce y se transporta. En otro bloque del curso estudiarás con profundidad la corriente eléctrica. Energía eólica Esta es muy fácil de reconocer. Su nombre viene del nombre del dios griego del viento: Eolo. Es la energía del viento. Fíjate en que se trata de una energía cinética, puesto que el viento posee energía precisamente por tratarse de un cuerpo, el aire, en movimiento. La energía eólica se usa directamente, por ejemplo para impulsar los barcos de vela y también se usa para transformarla en energía eléctrica mediante los aerogeneradores, como los que puedes ver en la imagen. Energía geotérmica El interior de la Tierra conserva gran cantidad de calor que aún queda de los tiempos en los que se formó. En algunas zonas de la Tierra, normalmente asociadas a procesos volcánicos, como en Lanzarote o en Islandia, este calor aflora hasta la superficie terrestre y constituye lo que llamamos energía geotérmica. Se trata de una energía térmica o calorífica, que constituye un interesante recurso natural como fuente de energía, tanto directa como indirecta. Un géiser, una de las manifestaciones más bellas de la energía geotérmica Energía hidráulica Llamamos así a la energía que posee el agua que discurre por los ríos, cae por cascadas naturales o saltos de agua artificiales, como los que el ser humano construye en los embalses. A veces se aprovecha directamente, por ejemplo para mover una noria. Otras veces, como en el caso del agua almacenada en los embalses, se aprovecha para transformarla en energía eléctrica. Bloque VII. Tema 1, Página 3 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. Una noria movida por energía hidráulica, la del agua que corre por un río. La presa de un embalse. La energía hidráulica almacenada en el agua del embalse se libera en el salto de agua de la presa para producir energía eléctrica. Una cascada natural, bella manifestación de la energía hidráulica. Energía luminosa Es la energía asociada a la luz El sol desprende gran cantidad de a luz. esta energía; también una bombilla una vela encendida y cualquier objeto bombilla, luminoso desprenden este tipo de energía. Pero la energía luminosa es tan solo una clase de otra forma de energía más amplia, la energía electromagnética que está asociada a electromagnética, las ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas no se ven, solo se detectan por la energía que transportan a través del espacio. Las ondas de radio o de televisión, las microondas, las ondas que nos permiten comunicarnos a sión, través del móvil o acceder a internet vía inalámbrica son ondas electromagnéticas; tienen energía electromagnética. Parece imposible, pero así es… Incluso el calor, en algunos casos, es una forma de energía electromagnética. El una calor que nos llega del sol, o que irradia una estufa, llega hasta nosotros como una onda electromagnética. Por esta razón, a la energía electromagnética también se la conoce como energía radiante radiante. Comprueba que lo has entendido 4. Escribe junto a cada una de las frases de la siguiente tabla la forma de energía que esté más relacionada con ella, de entre las que has estudiado en este apartado. FORMA DE ENERGÍA Se puede transformar en energía eléctrica mediante aero aerogeneradores. La usamos continuamente en nuestras casas, pero no podemos almacenarla. Dentro de nuestro horno microondas hay mucha de esa energía. Si se mueve, tiene esta energía, pero si se está quieto no la tiene. En un embalse, el agua almacena e este tipo de energía. Pasa de los cuerpos calientes a los fríos pero nunca, nunca, al revés. En las zonas volcánicas de la Tierra esta energía es fácil de aprovechar. 5. ¿Qué características posee la energía eléctrica que la hace una de las más usadas? Bloque VII. Tema 1, Página 4 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. 6. Completa las siguientes frases empleando una de estas dos palabras: cinética, calorífica. a. b. 7. La energía eólica es también una energía ………………………… La energía geotérmica es también una energía ……………………….. ¿De qué tipo será también la energía hidráulica del agua que cae por una cascada, cinética o calorífica? Formas de energía II Energía mareomotriz El mar es un inmenso almacén de energía en muchas de sus formas. La energía mareomotriz es la asociada al movimiento de las olas y, sobre todo, de las mareas. , Fíjate que se trata de una energía asociada al movimiento y, te por tanto, es una energía cinética energía cinética del mar. cinética: Energía nuclear Es energía almacenada en el núcleo de los átomo Esta energía se átomos. libera cuando se rompen los núcleos de los átomos, proceso al que se llama proceso fisión nuclear nuclear. Los núcleos de algunos átomos se rompen de forma espontánea natural espontánea, y no violenta, dando lugar a fenómenos de radiactividad natural. , Pero la energía nuclear que aprovechamos los seres humanos se libera mediante reacciones nucleares de fisión provocadas y controladas reacciones artificialmente que liberan enormes cantidades de energía Los átomos que energía. suelen emplearse en esas reacciones son átomos de uranio uranio. Puedes ver una simulación de una reacción nuclear de fisión del uranio en la animación Reacción Nuclear de Fisión. Para saber más... La energía nuclear fue descubierta por los físicos en el primer tercio del siglo XX. Si tienes curiosidad por conocer un poquito mejor cuáles son los fundamentos de esta forma de la energía, le el documento Fusión y Fisión Nuclear. lee Energía potencial elástica lástica Es la energía asociada la deformación de los cuerpos elásticos, los , que recuperan su forma original cuando la fuerza que los ha deformado deja de actuar. Aunque todos los cuerpos son más o menos elásticos, esta forma de la energía es más evidente en cuerpos como los muelles. Cuando un muelle se comprime o se estira (se deforma), almacena energía potencial , elástica, pero cuando el muelle recupera su forma, pierde esa energía almacenada almacenada. Por ejemplo… ¡Cuántas veces no nos ha "saltado" la pila cuando intentábamos cambiarla en el mando a distancia de la televisión! La uántas energía potencial elástica que almacenaba el muellecito que sujeta la pila se ha liberado cuando el muelle ha recuperado su posición original. Bloque VII. Tema 1, Página 5 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. ¿Has visto alguna vez aquel juguete que salía al abrir una caja y nos pegaba un susto de Has muerte cuando éramos pequeños? Pues pasa lo mismo que con la pila. Dentro hay un muelle comprimido que almacena energía potencial elástica; cuand se abre la caja el cuando muelle recupera su forma original y libera esa energía. Lo mismo sucede con un arco que almacena energía potencial elástica al tensarse y la pierde cuando vuelve a su posición; se la da a la flecha, en forma de energía cinética. También nos encontramos con esta energía cuando damos cuerda a un juguete, o én a un reloj de cuerda (de los que ya no se ven…). En estos casos estamos tan solo enrollando una cinta metálica que almacena energía potencial elástica; a medida que la cinta se desenrolla va perdiendo esa energía y se la transfiere al mecanismo lla del juguete o del reloj para hacerlo funcionar. En la foto de la derecha puedes ver la cuerda de un reloj totalmente enrollada. Ves que solo es una cinta metálica enrollada, lo que se llama un mu muelle en espiral. La importancia de la energía potencial elástica en nuestra vida es mayor de lo que podemos imaginar. ¡Qué sería de nosotros si no estuvieran los muelles para almacenar la energía que se transmite a coches, motos o bicicletas cuando pi pillamos un bache! Los amortiguadores que “absorben” el bache son, en muchos casos, simplemente unos muelles que almacenan esa energía como energía potencial elástica. Energía potencial gravitatoria ravitatoria Es la energía asociada a la altura a la que se encuentra un cuerpo respecto a la un superficie de la Tierra (o de la Luna si el cuerpo está en la Luna, o de Marte si el cuerpo está en Marte, etc.). Es muy parecida a la energía potencial elástica: cuando un cuerpo gana altura almacena energía potencial gravitatoria. Esa energía se libera cuando el cuerpo cae y pierde altura . altura. Por ejemplo… El vaso de leche que llevamos por la cocina de un lado a otro posee energía potencial l gravitatoria por estar a cierta altura respecto al suelo. Si no lo sujetamos bien y se nos cae, la pierde y puede acabar hecho añicos y manchándonos el pantalón s pantalón. La maceta que los vecinos del tercero tienen el balcón y que no estaba bien sujeta a puede caerse y abollar el coche que está aparcado debajo. La energía potencial gravitatoria que tenía almacenada se ha empleado en abollar el coche. tenía La bici de Teresa va ganando y perdiendo energía potencial gravitatoria a medida a que ésta sube y baja cuestas. Si el camino es cuesta arriba Teresa tiene que gastar su energía para que la bici y ella la acumulen como energía potencial gravitatoria. Pero acumulen cuando es cuesta abajo no tiene que gastar nada, pues la energía potencial gravitatoria que han almacenado se libera al perder altura. Energía química Cuando Belén arranca el todo terreno, en el motor se q quema gasoil. Esta reacción nos permite extraer la energía que estaba almacenada en el combustible en el gasoil, que es la que combustible, llamamos energía química. Para entender esta nueva forma de la energía, tienes que a encender una pantallita en tu me mente. Imagina bolitas de colores, varias, unidas por barritas. Es nidas Estás imaginando una molécula de gasoil, o también de glucosa de azúcar o de cualquier otra azúcar, sustancia. Bloque VII. Tema 1, Página 6 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. Las moléculas son las estructuras más sencillas que forman los átomos cuando se unen unos a otros. Los átomos son las bolitas y están unidos por enlaces, que son las barras que hacen que se queden juntos. Si se rompe el enlace, el átomo que se separa gana libertad. Libertad para chocar, libertad para cambiar de sitio. Libertad para llevar energía de un sitio a otro. O sea, que en un enlace hay almacenada energía, la que retiene al átomo que está esperando hacer algo (igual que el agua está en lo alto del embalse Modelo de una molécula de glucosa. Las bolitas esperando caer o el muelle está comprimido esperando negras representan átomos de carbono, las rojas de oxígeno y las grises de hidrógeno. Los enlaces están volver a su posición). representados por barritas de color azul. Esta energía que está almacenada en los enlaces es la energía química. Está en todos los enlaces de todas las moléculas de todos los cuerpos, pero no lo está en la misma cantidad en todos ni se puede extraer con la misma facilidad. Por eso no nos sirve cualquier sustancia como combustible. Para saber más... Si no sabes cómo funciona el motor de un coche, cómo puede extraer la energía química del combustible y transformarla en energía cinética, puedes leer el documento Motor de Combustión. ¿Te acuerdas de las pilas y las baterías? ¿Recuerdas la pregunta que te hicimos hace unas cuantas páginas?: Si la energía eléctrica no se puede almacenar, ¿qué es lo que almacenan las pilas o las baterías? Seguro que ya sabes la respuesta: Energía química. Almacenan energía química en las sustancias de las que están hechas. Al conectarlas tiene lugar una reacción química que transforma esa energía en energía eléctrica. Cuando se acaban las sustancias que contiene la pila, la reacción química deja de producirse y no se obtiene más energía eléctrica. Decimos entonces que la pila se ha gastad. La energía química es extremadamente importante para los seres vivos. De hecho, es la forma de energía fundamental para ellos. Los seres vivos son “máquinas” especializadas en extraer la energía química almacenada en los alimentos que toman. De manera muy similar a cómo el motor extrae la energía química del combustible y la transforman en calor y en energía cinética del coche, los seres vivos la extraen de los alimentos y la convierten. A la energía así obtenida por los seres vivos se la suele llamar energía metabólica. Es la energía que el ser vivo utilizará para todas sus actividades. No todos los alimentos tienen almacenada la misma cantidad de energía química, por eso no todos tienen las mismas “calorías”. Bloque VII. Tema 1, Página 7 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. Para saber más... Las reacciones químicas que tienen lugar en nuestro organismo y que liberan la energía química almacenada en los alimentos para convertirla en energía metabólica son muy variadas y complejas. Puedes conocer algo mejor las más sencillas leyendo el documento El Metabolismo. Energía sonora La música de la radio que escucha Teresa en el desayuno es una vibración que se transmite por el aire desde el altavoz hasta sus oídos. Esa vibración transporta energía. Podemos llamarla energía sonora. La energía sonora es, en muchos aspectos, similar a la energía electromagnética; es energía asociada a las ondas sonoras que se transmiten a través del aire. También pueden hacerlo a través de cualquier sustancia pero, a diferencia de las ondas electromagnéticas, no pueden hacerlo a través del vacío. Así sucede… El mecanismo de transmisión de energía sonora es más o menos como sigue: la Las partículas (átomos, moléculas) del aire reciben un choque (producido, por ejemplo, por la vibración del altavoz de la radio). Debido al choque empiezan a vibrar, chocan con otra molécula o átomo y le pasan la vibración, volviendo a su sitio. La que ha recibido el choque vibra, choca con otra y le pasa la vibración... etc. Y así hasta que llega al tímpano de Teresa, que también vibra y que pasa la vibración al interior del oído. Allí hay un líquido que vibra también y produce una corriente eléctrica que excita a las neuronas de tu cerebro. Que así se enteran de lo que pasa fuera. La energía sonora es un juego de "tú la llevas" entre moléculas, y tu tímpano se lo cuenta a tu cerebro. Puedes hacerte una idea mejor de cómo sucede abriendo la web www.iessuel.org/ccnn/flash/OndeLongitudinaleEs.swf Para saber más... La energía sonora puede llegar a ser molesta. Hablamos del ruido excesivo, de la contaminación acústica. Si te interesa el tema, aprende algo más sobre él leyendo el documento Contaminación Acústica. Energía solar Es la energía radiante del sol. Llega hasta nosotros en forma de ondas electromagnéticas: luz visible, microondas, rayos X, etc. Como ya has leído, la energía solar es la fuente de la que, directa o indirectamente, emana la mayoría de la energía de la que podemos disponer en la Tierra. La energía solar tiene su origen en reacciones nucleares de Bloque VII. Tema 1, Página 8 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. fusión que tienen lugar en el interior del Sol, iguales que las que ocurren en el interior de todas las estrellas. Hoy día se usa tanto directamente (¡qué placentero es tomar el solecito en una mañana de invierno!) como para transformarla en energía eléctrica o térmica. Comprueba que lo has entendido 8. Escribe junto a cada una de las frases de la siguiente tabla la forma de energía que esté más relacionada con ella, de entre las que has estudiado en este apartado. FORMA DE ENERGÍA Es la energía capaz de excitar nuestro tímpano y permitirnos oír. Cuanto más alto estés, más energía de esa tienes. Tu organismo está preparado para extraerla de los alimentos que tomas. ¡Ten mucho cuidado, si viene una ola muy grande comprobarás su energía! Fuente y origen de casi la totalidad de la energía que hay en la Tierra. Sale de un sitio muy, muy pequeñito, pero es muy, muy poderosa. Cuanto más tense el arquero su arco, más energía de esta almacena. uanto 9. ¿Por qué crees que la energía química está en todos los cuerpos? 10. ¿De dónde sacan las estrellas la enorme cantidad de energía que radian? 11. ¿De qué tipo será la energía mareomotriz una energía cinética o una energía calorífica? mareomotriz, Más cosas sobre la energía nergía Las mil y una caras de la energía Atención, pregunta… Después de estudiar los dos apartados anteriores puede que estés un poco liado/a ¡Hemos mencionado nada menos que 14 formas de la energía! Y seguro que hay alguna que se te puede ocurrir a ti y que no hemos dicho. ¡¿Cómo puede ser esto tan complicado?! ¡¿Cómo puede haber tantísimas formas de la energía?! energía?!… Pues ni es tan complicado ni hay tantas formas de la energía. La Naturaleza es mucho más simple que i La todo eso. La complicación la añadimos nosotros, los humanos. Sigue leyendo y lo entenderás. Tal vez te hayas dado cuenta de que al hablar de algunas formas de la energía hemos dichos que son, en el fondo, energías cinéticas: por ejemplo, lo hemos dicho de la eólica y de la mareomotriz. También habrás notado que hemos mencionado dos formas de energía potencial, la gravitatoria y la elástica. Pues bien, en el fondo del asunto resulta que todas las formas de energía de las que hemos hablado y todas las que te puedas imaginar están asociadas a una de estas dos cosas cosas: • Movimiento. • Posición. Todas las energías asociadas al movimiento de algo son energías cinéticas Todas las cinéticas. energías asociadas a la posición de algo son energías potenciales. Y no hay m . más: posición y movimiento, movimiento y posición, posición y movimiento. Si seguimos nos hac hacemos pesados, pero es que es eso: movimiento y posición…, energías cinéticas y energías potenciales… Bloque VII. Tema 1, Página 9 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. ...de cuerpos, de átomos, de conjuntos de cuerpos. Pero, de una u otra manera, es de posición y movimiento de algo. ¿Los átomos chocan al moverse? Eso es ener algo. energía. ¿Los átomos están pegados entre sí? Eso es posición y es energía. ¿Un cuerpo está en un sitio? Eso es energía. ¿Cambia de sitio? Cambia su energía. ¿Se rompe en dos trozos que se separan? Eso es cambio de energía. Posición y movimiento. Posición y movimiento. Posición y movimiento.... movimiento. Sucede que según en lo que nos fijemos, nos resulta útil darles a las energías cinética o potencial nombres distintos: : Por ejemplo… • • • • • Si me fijo en la posición de un cuerpo respecto a un planeta le llamo energ potencial energía gravitatoria. Si me fijo en la posición de un cuerpo elástico respecto a su posición de equilibrio le llamo energía potencial elástica. Si me fijo en la posición de unos átomos respecto a otros, en cómo se unen dentro de una molécula, le llamo energía química. Si me fijo en el movimiento de las partículas que forman un cuerpo le llamo energía calorífica. Si me fijo en el movimiento de los electrones cuando están fuera del átomo le llamo energía eléctrica. Así que a la pregunta ¿Por qué hay varias formas de energía? Tenemos que responder que formas no es verdad, no las hay. Para nosot s nosotros es útil decir que sí, que las hay. Pero en realidad, sólo s hay dos formas: cinética y potencial. Cada energía es distinta no porque lo sea, sino porque miro cosas distintas. Po eso Por hay muchos nombres para la energía Nos es útil mirarla desde diferentes puntos de vista. energía. Comprueba que lo has entendido 12. Clasifica los siguientes tipos de energía atendiendo a si se trata de una energía cinética o una energía potencial. ¿CINÉTICA O POTENCIAL? Energía calorífica. Energía que tiene un muelle que se comprime. Energía nuclear. Energía química. Energía eléctrica. Energía que tiene un ladrillo encima de un andamio andamio. Energía que tiene el agua almacenada en un embalse. Energía que tiene el agua que cae por una cascada. ía 13. Imagina una barra de pan que cae libremente desde un cuarto piso y va cayendo por el primero. Comenta los tipos de energía que posee la deliciosa barra de pan. ¿Nos estamos quedando sin energía? Atención, otra pregunta… ¡Vaya pregunta! Continuamente nos bombardean en los medios de comunicación con que tenemos que ahorrar energía, que no podemos gastar tanta energía,… En este mismo curso, en este mismo bloque, encontrarás consejos que te ayudarán a ahorrar energía eléctrica. ¿A qué viene entonces la preguntita? Pues sí, claro que se gasta. Bloque VII. Tema 1, Página 10 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. Bueno, todo depende de lo que entendamos por “gastar”. Está claro que si entendemos que tenemos que pagar un dinero por la energía que usamos, lo cual es lógico, pues entonces sí que se gasta. Pero fíjate entonces bien en la frase anterior: se gasta el dinero, la energía se usa usa. De hecho, una de las leyes más importantes de la Física nos dice que la cantidad de energía que existe en el Universo en todo el Universo, es fija. Y es siempre la misma. Universo, Pero, cuando usamos la energía, ¿no la estamos gastando?... Pues no, tan solo la estamos transformando en otro tipo de energía O sea, que energía. La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma a transforma. Como dice la versión más popular del principio de conservación de la energía energía. ¿Y qué significa entonces, para los científicos, que la energía se gasta? Para responder tenemos que tener en cuenta que no todas las formas de energía son igual de útiles no todas útiles; se pueden aprovechar igual. Cuando sucede cualquier transformación de la energía, hay siempre una parte de la misma ndo que se transforma en calor. Una forma de energía siempre se transforma en otra, e la que sea, en y en calor; siempre en algo de calor calor. La energía térmica es la única forma que aumenta, aumenta, y aumenta, mientras que todas las demás disminuyen, disminuyen y disminuyen. , ¿Adivinas? La energía térmica es la forma menos útil de energía Eso quiere decir algo terrible. Todas y cada una de las transformaciones de energía que existe en el universo, existen todas y cada una, reducen la utilidad de la energía Cada energía. vez que enciendes la radio, cada vez que llamas por móvil, la energía del Universo pierde utilidad. A este proceso los científicos suelen denominarlo degradación de la energía energía. Así que la energía no se gasta,… pero se degrada. Piensa un poco… Por curiosidad te preguntamos. ¿Crees que es una buena bombilla la que se utiliza como estufa? ¿Por qué pasan tanto calor los artistas en un escenario? ¿Por qué los automóviles necesitan r radiador? ¿Te das cuenta? En cualquier transformación de la energía, una parte siempre se transforma en calor. En la mayoría de los casos los humanos no queremos que una parte significativa se transforme en calor y por eso buscamos y buscamos, investigamos tecnologías que sean más eficientes, que transformen la energía , minimizando las pérdidas en forma de calor calor. Muchos de los dispositivos que hoy utilizamos son más eficientes que en el pasado, por ejemplo, las bombillas de bajo consumo Una manera de consumo. comprobarlo es fijarse en cuánto calor desprenden. Menos que una bombilla arlo “tradicional”, “tradicional”, seguro. Pero algo. Siempre algo de calor. Eso es inevitable. Es una ley inviolable del Universo Universo. Comprueba que lo has entendido 14. Imagina un coche que está subiendo una cuesta. Describe de dónde obtiene la energía para hacerlo y en qué cuesta. otras formas de energía se está convirtiendo ésta mientras el coche va cuesta arriba. Bloque VII. Tema 1, Página 11 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. Unidades de la energía ¿Te has fijado en cómo se miden las dietas? Seguro que has oído alguna vez decir a alguien que está haciendo una dieta de 2000 calorías, o r que el chocolate engorda porque tiene muchas calorías. Pues eso de las calorías es en realidad una unidad para medir la cantidad de energía. La energía, como cualquier otra magnitud física, debe medirse empleando las unidades adecuadas. La unidad que emplean los científicos para medirla es el julio (J), que es la unidad del Sistema Internacional de , Unidades, más conocido como S.I. , Pero también se mide en otras unidades, dependiendo de la forma en la que se encuentre encuentre: • calorías (cal). Se usa sobre todo para medir el contenido energético de los alimentos, apareciendo habitualmente con su múltiplo kilocalorías (kcal) • kilovatio-hora (kWh). Se usa como unidad de medida habitual de la energía eléctrica. Cambiar de unidades Como todas estas unidades miden la misma magnitud física, la energía, tiene que ser posible pasar de unas a otras (igual que podemos pasar de metros a centímetros o de kilogramos a gramos, por ejemplo) Por ejemplo, para pasar de centímetros a metros tenemos que tener en cuenta centímetros que 1 metro tiene 100 centímetros: 1 m = 100 cm. Por eso, si queremos pasar de metros a centímetros tenemos que multiplicar por 100 y si queremos pasar de centímetros a metros tenemos que dividir entre 100. Pues con las unidades de la energía es lo mismo. Para pasar de julios a kilovatios s Para kilovatios-hora (o viceversa) tenemos que tener en cuenta que 1 kilovatio kilovatio-hora son 3,6·106 julios (se lee 3,6 por 10 elevado a 6, y es una forma de escribir el número 3.600.000 –tres millones seiscientos mil-) Entonces, si queremos pasar de julios a kilovatios hora tendremos que dividir entre 3.600.000 y si kilovatios-hora queremos pasar de kWh a J, multiplicaremos por 3.600.000. • • • • Para cambiar de unidades siempre tenemos que multiplicar o dividir por u un número, que se llama factor de conversión. El factor de conversión indica cuántas veces cabe la unidad más pequeña en la más grande. Para pasar de una unidad grande a otra más pequeña debemos multiplicar por el factor de conversión. Para pasar de una unidad pequeña a otra más grande debemos dividir entre el unidad factor de conversión. Por ejemplo… En el último recibo de la luz puedo ver que he consumido 58,6 kWh. ¿Cuántos julios serán? Para resolver este ejercicio tengo que conocer el factor de conversión entre el kWh y el J. Es fácil, lo tenemos un poco más arriba: 1 kWh = 3600000 J. Ahora tengo que pensar si cambio de una unidad grande a una pequeña o al revés. En este caso tengo que cambiar de kWh a J. Como 1 kWh es más grande que un J, paso de una unidad grande a otra pequeña. Por . unidad tanto, debo multiplicar por el factor de conversión: 58,6 kWh × 3600000 J/kWh =210960000 J 210960000 Así que 58,6 kWh es lo mismo que 210960000 J. Bloque VII. Tema 1, Página 12 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. Comprueba que lo has entendido 15. Observa la etiqueta de este producto envasado. La cantidad de oducto energía que aporta este alimento viene expresada tanto en kilojulios (kJ) como en kilocalorías (kcal). Con ayuda de este dato y haciendo una cuenta sencilla ¿A cuántos julios equivale una caloría? a. b. c. 1 cal = 4,17 J 1 J = 4,17 cal 1 cal = 0,04 J Fíjate que lo que te estamos pidiendo que calcules es el factor de conversión entre el julio y la caloría que ha utilizado el fabricante del producto. Cuando hagas tus cuentas, busca en internet o en alguna enciclopedia cuál es ese factor, para ver el fabricante ha utilizado el factor bricante correcto para hacer sus cálculos. Comprueba que lo has entendido (soluciones) entendi (soluci es) 1. 2. 3. 4. Todos los cuerpos del Universo tienen energía de una u otra forma, en mayor o menor cantidad, pero energía, todos, sin excepción tienen algo de ener energía. La energía puede producir cambios en los cuerpos puede ser almacenada en algunas de sus formas, cuerpos, puede ser transferida de unos cuerpos a otros u puede ser transformada de unas formas a otras. La obtiene de la Naturaleza. Explota recursos naturales tales como el viento, el petróleo, el sol, etc. para . es usar directamente la energía que tienen o para transformarla en otra forma de energía más conveniente. La tabla completa sería la siguiente FORMA DE ENERGÍA Se puede transformar en energía eléctrica media mediante aerogeneradores. La usamos continuamente en nuestras casas, pero no podemos almacenarla. Dentro de nuestro horno microondas hay mucha de esa energía. Si se mueve, tiene esta energía, pero si se está quieto no la tie tiene. En un embalse, el agua almacena este tipo de energía. Pasa de los cuerpos calientes a los fríos pero nunca, nunca, al revés. En las zonas volcánicas de la Tierra esta energía es fácil de aprovechar. 5. EÓLICA ELÉCTRICA ELECTROMAGNÉTICA CINÉTICA HIDROELÉCTRICA CALORÍFICA O TÉRMICA GEOTÉRMICA GEOTÉ La energía eléctrica es fácil de obtener a partir de otras formas de energía, fácil de transportar a grandes distancias, desde donde se obtiene hasta donde se usa, y fácil de volver a transformar en otras formas de energía (calor, luz, movimiento,…) movimiento,…). Las frases se completan así: a. La energía eólica es también una energía cinética Porque se trata de la energía que tiene el viento, el aire en movimiento. Si el aire no se mueve, no hay energía eólica. b. La energía geotérmica es también una energía calorífica Porque se trata de la energía asociada a las altas temperaturas del interior de la Tierra, que afloran a la superficie en determinados lugares del planeta. 6. 7. Será energía cinética, puesto que la posee el agua que cae por la cascada por el hecho de estar en , movimiento. Bloque VII. Tema 1, Página 13 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. 8. La tabla completa sería la siguiente FORMA DE ENERGÍA Es la energía capaz de excitar nuestro tímpano y permitirnos oír. Cuanto más alto estés, más energía de esa tienes. Tu organismo está preparado para extraerla de los alimentos que tomas. ¡Ten mucho cuidado, si viene una ola muy grande comprobarás su energía! Fuente y origen de casi la totalidad de la energía que hay en la Tierra. Sale de un sitio muy, muy pequeñito, pero es muy, muy poderosa. Cuanto más tense el arquero su arco, más energía de esta almacena. SONORA POTENCIAL GRAVITATORIA QUÍMICA MAREOMOTRIZ SOLAR NUCLEAR POTENCIAL ELÁSTICA 9. La energía química está en todos los cuerpos porque todos están formados por moléculas o por átomos unidos entre sí mediante enlaces, y es ahí, en los enlaces donde se almacena la energía química. 10. La energía que radian las estrellas, como nuestro Sol, procede de las reacciones nucleares de fisión que tienen lugar en su interior. 11. La energía mareomotriz es una energía cinética puesto que está asociada al movimiento del agua del mar: olas y mareas. 12. La tabla completa sería la siguiente: ¿CINÉTICA O POTENCIAL? Energía calorífica. Energía que tiene un muelle que se comprime. Energía nuclear. Energía química. Cinética, pues está asociada al movimiento de las moléculas de un cuerpo. Potencial, pues depende de la posición del muelle respecto de su posición normal. Potencial, pues está asociada a la posición de las partículas que constituyen el núcleo de los átomos: protones y neutrones. Potencial, pues está asociada a la posición relativa de los átomos dentro de las moléculas. Tanto cinética como potencial, pues está asociada tanto al movimiento de los electrones libres como a las posiciones que éstos van ocupando mientras se mueven. Potencial, pues está asociada a la posición del ladrillo respecto a la superficie de la Tierra, a su altura. Potencial, pues está asociada a la posición del agua respecto a la superficie de la Tierra, a su altura. Cinética, pues está asociada al movimiento del agua. Energía eléctrica. Energía que tiene un ladrillo encima de un andamio. Energía que tiene el agua almacenada en un embalse. Energía que tiene el agua que cae por una cascada. 13. Lo normal es que en un cuerpo estén presentes varias formas de energía, aunque según lo que nos interese en cada momento nos solemos fijar tan solo en una o en dos de ellas. La barra de pan tiene energía cinética, por estar en movimiento, cayendo. También tienen energía potencial gravitatoria por estar a cierta altura. Pero también posee energía química, como todos los cuerpos y energía calorífica por estar a cierta temperatura. 14. El coche obtiene la energía que necesita para subir la cuesta de la energía química almacenada en el combustible que usa. En el motor se extrae esa energía y se transforma en movimiento de las ruedas, es decir, en movimiento del coche y, por tanto, en energía cinética del coche y todas sus partes móviles. Por otro lado como el coche va subiendo una cuesta, parte de la energía la irá almacenando como energía potencial gravitatoria. Por último, y como en todas las transformaciones de la energía, una parte de ella se estará convirtiendo en energía calorífica que aumentará la temperatura del coche (éste se calienta, y más si va cuesta arriba ¿no?) Bloque VII. Tema 1, Página 14 de 15 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 1: La Energía: El Motor de la Vida. 15. Para resolver este ejercicio lo primero que tenemos que tener en cuenta es que nos preguntan por julios y caloría, mientras que en la etiqueta los datos están en kilojulios y kilocaloría. Así que lo primero que tenemos que hacer es pasar a las unidades correctas: de kilojulios a julios y de kilocalorías a calorías. Es muy fácil, puesto que 1 kJ = 1000 J y que evidentemente, 1 kcal = 1000 cal, tan solo tenemos que multiplicar por 1000 en ambos casos: 1175 1000 1175000 282 1000 282000 A continuación tenemos que darnos cuenta que este problema es como el del ejemplo; mejor dicho, casi como el del ejemplo, porque allí teníamos el factor de conversión y ahora no lo tenemos: es una incógnita, un número desconocido. Vamos a llamar a esa incógnita X. Si supiéramos cuánto vale el factor de conversión (al que hemos llamado X) para pasar de calorías a julios haríamos la siguiente cuenta: 282000 1175000 Es decir, al multiplicar el número de calorías que indica la etiqueta por el factor de conversión (que desconocemos) nos debe salir el número de julios que indica la etiqueta. Lo que tenemos arriba es una ecuación (muy sencilla, pero una ecuación). Para calcular X solo tenemos que despejarla. Esto, aunque suene a muy técnico, es muy sencillo: dividimos los julios que están detrás del igual entre las calorías que están delante del igual. 1175000 4,1666666 282000 Ahora solo tenemos que redondear el resultado: 4,16666666 4,17 (el símbolo significa aproximadamente igual). Y ya podemos dar una respuesta: la respuesta correcta, de las que se ofrecen en el enunciado es la a, puesto que lo que hemos obtenido con nuestros cálculos es que hay 4,17 julios por cada caloría. Buscando en internet el factor de conversión que aceptan los científicos hemos obtenido que 1 cal = 4,184 J. Bloque VII. Tema 1, Página 15 de 15 TAREA 7.1 NECESITAMOS ENERGÍA. ¡CUIDADO CON LOS RECURSOS! LA ENERGÍA: EL MOTOR DE LA VIDA ALUMNO/A: FECHA: 1. Transformadores de energía Pila de petaca Hornillo de gas Teresa pedaleando Lámpara de mesa Lavadora Transforma energía ... en energía ... Todoterreno de Belén Microondas de Belén Paneles fotovoltaicos Dinamo de la bici Aerogeneradores Transforma energía ... en energía ... Posibles tipos de energía: eléctrica química térmica luminosa cinética 2. Analizando etiquetas Calorías aportadas por cada 100 g de cacao … Calorías aportadas por dos cucharadas de cacao (6 g) … Julios aportados por 100 g de caballa … Julios aportados por una lata de caballa (80 g) … 1. ¿Cuántos kWh aportarían las dos cucharadas de cacao? 2. ¿Por qué crees que no se utiliza el kilovatio-hora para expresar el contenido energético de los alimentos? EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. EL RECIBO DE LA LUZ Introducción Como hemos visto en la historia de Belén y Teresa la electricidad es la forma de energía más presente en nuestras vidas. Por ejemplo, a ver si eres capaz de hacer una lista de diez cosas que podamos hacer en casa cuando se va la luz, ¡pero de las que haces a diario y suponiendo que es de noche, claro! Realmente la electricidad nos ha cambiado la vida, aunque sin lugar a dudas la consumimos en una cantidad mucho mayor de lo necesario y de lo que nos podemos permitir en la situación actual de nuestro planeta. Desgraciadamente muchos de nosotros sólo nos acordamos cuando nos llega la factura, que cada vez va subiendo más. Pero ¿sabemos lo que estamos pagando? Para contestar a esta pregunta es necesario comprender los datos que vienen en la factura, eso es lo que vamos a explicarte en este apartado. La factura de la luz Trabajaremos con una factura de Sevillana Endesa por ser la empresa que suministra la electricidad en prácticamente toda Andalucía, pero si tuvieras otra compañía sólo tendrías que ir buscando los mismos datos, pues todas las facturas de la luz deben contenerlos. Una factura de la luz tiene la pinta que ves en la imagen de la derecha. Seguro que la has visto más de una vez, pero si es la primera vez que te la encuentras, te recomendamos que busques alguna de las que seguro tienes en casa o que mires al final de este apartado. Vamos a ir viendo qué información hay en una factura. Los datos de identificación Sirven para identificar a la propia factura y al cliente. • Resumen de la factura: Aquí nos indican los datos de nuestra factura: o La fecha en que se ha emitido. o El período que nos están facturando. o Nuestro número de contrato. o El número de factura (es importante porque si queremos hacer alguna pregunta o reclamación sobre esta factura nos lo pedirán). o Un número de referencia. o El importe total que debemos pagar. Bloque VII. Tema 2, Página 1 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. • Datos del cliente: En este apartado, además de los datos personales del cliente, nos indican tres cosas importantes: o La actividad económica: este número indica el tipo de instalación eléctrica que tenemos (si es una vivienda, una fábrica,...) o La tarifa: la empresa nos ofrece varios tipos de tarifas. Para saber más... En la página web de ENDESA puedes ver los tipos de tarifa que ofrece: http://www.endesaonline.com/ES/Hogares/teguia/asesoramientotarifas/tarifas_electricas/tarifas/index.asp o Según el tipo de tarifa que tengamos contratada, el precio que pagaremos tanto por disponer de electricidad como por la energía que consumamos será diferente. Potencia contratada: Vamos a pararnos un poco en esto, porque es algo importante. Veamos más despacio qué es la POTENCIA. Potencia es la velocidad a la que consume la energía. En realidad es una forma de hablar porque la energía no se consume, se transforma en otro tipo de energía, como calor en el caso de una estufa o luz en una bombilla. La unidad de medida de la potencia es el vatio (W), aunque quizá son más utilizados múltiplos o submúltiplos como el kilovatio (kW) (mil W), megavatio (MW) (un millón de W) o el caballo de vapor (CV) (735 W). Por ejemplo… Hay electrodomésticos o bombillas de diferentes potencias: una bombilla de 100 W, da más luz que una de 60 W, es decir, en el mismo tiempo, la de 100 W consume más energía. Para saber más... Si quieres informarte un poco mejor sobre las características, las ventajas y los inconvenientes de los distintos tipos de bombillas, abre la animación Para ver bombillas que encontrarás en los recursos de este tema. Cuanta más potencia tengamos contratada más aparatos eléctricos podremos tener enchufados a la vez sin que "salte el diferencial", llamado ICP, o interruptor de control de potencia, (situado en el cuadro eléctrico que tienes en la entrada de tu vivienda). En nuestras viviendas la compañía suministradora, nos coloca un contador eléctrico, que registra la energía eléctrica consumida. La unidad en que se mide es, como seguro que ya sabes, el kilovatio-hora (kWh). La seguridad ante todo… Además, la instalación contiene protecciones similares para cada circuito dentro de la vivienda (magnetotérmicos) y otros elementos de seguridad, para evitar fugas de corriente o descargas a personas (diferencial y toma de tierra). Bloque VII. Tema 2, Página 2 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la l luz. La compañía nos permite contratar la potencia según las necesidades de nuestra familia (en el caso de una empresa, las necesidades de la misma). Para saber más... Pulsando sobre la siguiente dirección web tienes una explicación sobre el cuadro eléctrico, así como unos sencillos consejos sobre seguridad: http://www.fecsa.es/ES/hogares/teguia/asesoramiento/seguridadproteccion/electricidad/index.asp http://www.fecsa.es/ES/hogares/teguia/asesoramiento/seguridadproteccion/electricidad/i • Consumo: Esta es la lectura real de nuestro contador, que viene a leer un trabajador de Endesa de vez en cuando. Como has leído antes, e el consumo de energía eléctrica se mide en kWh. (kilowatios-hora). Para calcular cuánta energía consume un determinado aparato eléctrico debemos tener en cuenta dos cosas: La potencia del aparato. El tiempo que está funcionando. Si esa energía la queremos calcular en kWh tendremos tan solo que multiplicar los kW del aparato por el número de horas que ha estado funcionando. Por ejemplo… Si tenemos una plancha de 1600 W de potencia funcionando durante 4 horas, para calcular cuánta energía ha consumido tendremos primero que expresar la potencia de la plancha en kW. Como 1 kW = 1000 W, para pasar de vatios a kilovatios tenemos que dividir entre 1000: 1600 1,6 1000 Una vez sabemos los kW del aparato, tan solo debemos multiplicar por las 4 horas que ha estado funcionando: 1,6 4 6,4 Si el tiempo de funcionamiento hubiese estado en otra unidad de tiempo (minutos, segundos, días, o días,…) tendríamos que haberlo pasado previamente a horas. Comprueba que lo has entendido 1. Calcula el gasto de electricidad de los siguientes electrodomésticos enchufados durante el tiempo que se indica. Escribe detalladamente en tu cuaderno todas las operaciones necesarias. 1.1. Un microondas de 900W durante 30 minutos. a. b. c. a. b. c. a. b. c. 45 kWh 4,5 kWh 0,45 kWh 24 kWh 2,4 kWh 240 kWh 30 kWh 0,3 kWh 3 kWh Bloque VII. Tema 2, Página 3 de 17 1.2. Un frigorífico de 100W funcionando todo el día. 1.3. La vitrocerámica de 1000 W durante 3 horas. EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la l luz. Los datos de la pasta…y más información • Facturación: En este apartado están los datos que más nos : interesan porque es donde nos indican de donde procede el importe total de la factura. Vamos a analizarlos uno a uno: o Término de potencia cada kW que tengamos contratados tiene un coste de 1,581887 potencia: € por mes. o Como en el contrato del ejemplo tenemos contratados 4,4 kW y la facturación es cada dos meses, por la potencia contratada tendremos que pagar: 4,4 2 1,581887 € 13,92 € 13 · Término de consumo Representa lo que pagamos por la energía que hemos consumo: consumido. Cuando se emitió nuestra factura cada kWh valía 0.089868 €. Así que esta parte de la factura la calculamos multiplicando el precio del kWh por el multiplicando número de kWh que hayamos consumido: 649 0,089868 € 58,32 € o Impuesto sobre electricidad electricidad: Este es un impuesto que pagamos para subvencionar la minería del carbón y por la moratoria nuclear. Este impuesto va a parar a la compañía eléctrica y por él se paga un tanto por ciento de la suma de los términos de potencia y consumo. ¿La moratoria nuclear…? Vaya nombre extraño. ¿Sabes lo que es? ¿No? Pues consulta el documento Moratoria nuclear, que encontrarás en los recursos y así te podrás enterar de qué cosas pagas en el recibo de la luz. o Alquiler de equipos: ¿Sabías que el equipo eléctrico que tienes en casa es propiedad : de Sevillana, que te lo alquila todos los meses por una cantidad? Cada mes pagamos 0,60 € por el alquiler de los equipos. Si quieres puedes comprarlo y decirle a Sevillana que se lleve su equipo no te cobrará más por el alquiler. equipo; Bloque VII. Tema 2, Página 4 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la l luz. o IVA: La electricidad también paga el Impuesto sobre el Valor Añadido Lleva un 16 % : Añadido. de IVA. Este impuesto va a parar al Estado y el porcentaje se calcula sobre la suma de . todos los conceptos mencionados hasta ahora. Para saber más... El IVA es un impuesto que pagamos por el simple hecho de comprar un artículo. Prácticamente todo lo que compras lleva IVA. Puedes conocer mejor qué es este impuesto y los tipos de IVA que hay consultando el documento IVA: Impuesto sobre el Valor Añadido que encontrarás en los recursos del tema. e • : Datos de pago: Aquí aparecerán los datos de la cuenta a la que cargarán el recibo. • Atención al cliente: En esta parte vienen los : teléfonos a los que podemos llamar, o página web que podemos visitar, si queremos consultar algo relacionado con nuestr factura nuestra o tenemos una avería. También viene un gráfico donde podemos ver los consumos de nuestras últimas facturas y pueden aparecer informaciones importantes para el consumidor como, por ejemplo, si se produce un cambio en las tarifas, o aparece alguna normativa relacionada con la electricidad. Para saber más... Si quieres saber más sobre tu factura de la luz tienes todas las explicaciones en la oficina on-line de ENDESA, visitando onla web: http://www.fecsa.es/ES/hogares/teguia/asesoramiento/comprendefactura/mercado_regulado1.asp Comprueba que lo has entendido 2. Contesta las siguientes preguntas sobre la factura que encontrarás en la página siguiente siguiente. 2.1. ¿Cuál es el nº de factura? a. b. c. A45367U2345363 S5401N04310942 D5894B04856688 2.2. ¿Qué potencia tiene contratada? a. b. c. d. 2.3. ¿Cuál ha sido el consumo en el período facturado? a. b. c. d. 4,4 kW 952 kWh 90,31 4672 a. b. c. d. 4,4 kW 952 kWh 3,3 kW 90,31 1,43614 € 0,081587 € 1,05113 € 0,54 € 2.4. ¿Cuánto cuesta el kWh al mes? Bloque VII. Tema 2, Página 5 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Bloque VII. Tema 2, Página 6 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Matemáticas, kWh y € Ha llegado el momento de ponerte a echar cuentas, así que coge una calculadora, un lápiz y un papel y vamos allá. Para que te resulte más sencillo vamos a suponer que en la factura solo existe el cobro por la potencia contratada y el cobro por el consumo realizado (nos olvidamos de impuestos y alquileres) Realizaremos un pequeño estudio para saber qué cantidades tendríamos que pagar para distintos consumos. Por ejemplo… Si en dos meses no consumo nada (0 KWh) ¿cuánto pagaré? Aunque muchas personas piensan que no deberían pagar nada la realidad es que la potencia contratada la tengo que pagar, aunque no consuma nada. Esto supone: 4,4 ℎ×2 × 1,581887 € = 13,92 € ℎ∙ Supongamos ahora que en dos meses consumo 35 kWh. en este caso pagaré por la potencia y por el consumo: • • Por potencia lo que habíamos calculado antes: 13,92 € Por consumo: 35 ℎ × 0,089868 € ℎ = 3,15 € € ℎ × 0,089868 € ℎ = 25,15 € Total (suma de ambas): 3,12 € + 17,04 € = 17,04 € Y si el consumo hubiera sido de 125 kWh, entonces: 13,92 € + 125 Como puedes ver, siempre pagamos una cantidad fija, el término de potencia, independientemente de lo que hayamos consumido. Esa cantidad es la que se conoce como “el mínimo”. Para analizar mejor los datos, los científicos suelen ordenarlos en una tabla (tabularlos). Vamos a actuar como científicos y tabularemos los datos obtenidos. En cada fila de la tabla van a aparecer los kWh consumidos y el coste total de los términos de potencia y consumo. Hemos añadido unos cuantos datos más para que luego podamos trabajar con la tabla. Te aconsejamos que realices tú también los cálculos a ver si te salen, pues en la tarea tendrás que hacer algo casi igual. Consumo en kWh 0 35 125 240 580 760 Euros a pagar en la factura 13,92 17,07 25,15 35,49 66,04 82,22 Observa que si llamamos C a la cantidad de kWh consumidos y E a la cantidad de euros que debemos pagar, para calcular E hemos tenido que hacer la operación: E = 13,92 + C x 0,089868 Si el precio del kWh hubiese sido otro en lugar de 0,089868, tendríamos que haber multiplicado el consumo C por el nuevo precio. Después de tabular los datos es frecuente que los científicos los representen en una gráfica. Eso es lo que vamos a hacer ahora. Pero antes puede que te resulte interesante estudiar las siguientes imágenes. En ellas encontrarás consejos útiles para hacer representaciones gráficas. Bloque VII. Tema 2, Página 7 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Bloque VII. Tema 2, Página 8 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Bloque VII. Tema 2, Página 9 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Bloque VII. Tema 2, Página 10 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Bloque VII. Tema 2, Página 11 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Bloque VII. Tema 2, Página 12 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Bloque VII. Tema 2, Página 13 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Bloque VII. Tema 2, Página 14 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Esperamos que este repaso te haya sido útil. Ya sólo nos queda realizar la representación gráfica de nuestra tabla, la que va a representar la cantidad de euros que pagamos en el recibo frente al número de kWh que hayamos consumido. Para hacer una representación gráfica debemos ser serios y utilizar una hoja de papel milimetrado, que puedes encontrar en cualquier papelería. Debe quedarte algo parecido a lo que ves en la imagen de la derecha. Como ves queda una recta que empieza en el punto (0, 13,92) y que podríamos continuar indefinidamente. Bloque VII. Tema 2, Página 15 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la l luz. La fórmula matemática que nos daría los euros en función del consumo sería: a EUROS = 13,92 + 0,089868 x CANTIDAD CONSUMIDA O más resumido: E = 13,92 + 0,089868 x C Dibujando rectas… Si quieres practicar más sobre rectas en el plano puedes hacerlo en cualquiera de los siguientes enlaces, que encontrarás en el apartado de recursos recursos: • • Representación de rectas 1. Representación de rectas 1. Comprueba que lo has entendido 3. Completa el siguiente cuadro de la misma forma que el anterior, pero teniendo en cuenta que la potencia contratada es de 3,3 kW. No tengas en cuenta los impuestos, ni los alquileres. Te recomendamos que uses la calculadora, pero escribe detalladamente en tu cuaderno todas las operaciones necesarias. Por último, escribe la respuesta con dos números decimales y usando bien las reglas del redondeo. Consumo en kWh 0 25 46 240 500 Euros a pagar en la factura Para tu información… Para terminar te ofrecemos unos datos que puede que te resulten interesantes (a ti y a tu familia): Los electrodomésticos, grandes responsables del gasto de energía • Calefacción, agua caliente y cocina representan el 24% del gasto La gasto. temperatura en casa no debe superar los 22 grados. Tampoco conviene prolongar las duchas ni utilizar agua a temperatura en exceso elevada. • • • • • El frigorífico, un 21% del gasto eléctrico. Dejar la puerta abierta o abrirla innecesariamente eléctrico. aumenta el consumo. Y el gasto subirá un 5% por cada grado de más que el frigorífico enfríe. El TV es el tercer aparato que más gasta: el 12%. Conviene mantenerlo apagado cuando no se le presta atención. La lavadora, el 5% del gasto energético, más que el lavavajillas que representa sólo el 1%. En ambos casos, evitar ponerlos en marcha si no es a carga completa. Otros electrodomésticos, como vídeos, aspiradores suponen el 13% del gasto de luz. Algunos aparatos consumen poco, pero al estar enchufados permanentemente su gasto acaba siendo elevado. Por eso, apaguemos los que disponen de modo de espera (" ("stand by") cuando no los usamos. Aislar la casa ayuda a ahorrar hasta un 40% del gasto energético energético. • Para saber más... Ahorrar energía eléctrica en casa es muy fácil. Tan solo poniendo en práctica algunos de los consejos que encontrarás en el documento Ahorrar electricidad en el hogar, podrás darte cuenta de lo fácil que es. ¡Tu familia lo notará en el bolsillo! Bloque VII. Tema 2, Página 16 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la l luz. Comprueba que lo has entendido (soluciones) entendi (soluci es) 1. Recuerda que para calcular el gasto energético de un electrodoméstico tan solo hay que multiplicar la potencia en kWh del electrodoméstico por el número de horas que ha estado funcionando. 1.1. Un microondas de 900W durante 30 minutos. Como 900 W = 0,9 kW y 30 minutos = 0,5 horas, el gasto habrá sido: 0,9 0,5 0,45 1.2. Un frigorífico de 100W funcionando todo el día. Como 100 W = 0,1 kW y 1 día = 24 horas, el gasto habrá sido: 0,1 1 24 2,4 1.3. La vitrocerámica de 1000 W durante 3 horas. Como 1000 W = 1 kW y ha funcionado 3 horas, el gasto habrá sido: 1 11 3 3 Las respuestas correctas son: 2.1. La b. Este dato viene en el apartado de resumen de la factura. 2.2. La a. Este dato viene en el apartado de datos del c cliente. 2.3. La b. Este dato viene en el apartado de consumo. 2.4. La b. Este dato viene en el apartado de facturación. Es el número por el que se multiplica el consumo en kWh para obtener el coste del consumo realizado. 2. 3. Recuerda que para obtener el coste total (sin tener en cuenta impuestos ni alquileres) debemos sumar dos términos: el de potencia y el de consumo. El término de potencia depende de la que tengamos contratada y podemos consultarlo en el cuadro de tarifas de la página web de la compañía. Para 3,3 kW el precio por kilovatio y mes, obtenido de la web de Endesa es de 1,634089. Por tanto, el término de potencia, que será fijo ascenderá a: 3,3 2 1,634089 € 10,78 € · Para el término de energía, el que depende de los kWh consumidos, también debemos consultar la web anterior para ver que con la tarifa de 3,3 kW contratada, cada kWh consumido nos sale a 0,107994 €. Con todos estos datos, ya sabemos qué fórmula tenemos que aplicar para rellenar la tabla: Euros a pagar en la factura = 10,78 + consumo en kWh × 0,107994 Aplicando esta fórmula para cada uno de los consumos de la tabla obtenemos: 10,78 € 10,78 € 10,78 € 10,78 € 10,78 € 0 25 46 240 500 0,107994 € 0,107994 € 0,107994 € 0,107994 € 0,107994 € 10,78 € 13,48 € 15,75 € 36,70 € 64,78 € Bloque VII. Tema 2, Página 17 de 17 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. TAREA En esta tarea vas a analizar en profundidad un recibo de la luz, por lo tanto en primer lugar busca uno de los recibos de luz de tu casa (o de la casa de algún amigo o vecino). Para hacerla tendrás que ir rellenando unas tablas que encontrarás más abajo. Completarlas es muy fácil; tan solo debes seguir paso a paso lo que has estudiado en los contenidos sobre la factura de la luz. Coge la factura y analízala con atención. Esta tarea es un poquito larga (solo un poquito), pero si has entendido bien los contenidos te darás cuenta de que también es muy muy fácil. ¡¡ÁNIMO!! 1. Empezamos por los datos generales, de identificación. Completa la siguiente tabla con los datos que se piden en ella: Datos generales Período de facturación Potencia contratada Consumo del Período 2. Seguimos con los datos de facturación. Deberás anotar los importes correspondientes a cada uno de los conceptos facturados y explicar brevemente qué es lo que pagas por cada uno de los conceptos facturados (no el importe, sino "qué cosa" estás pagando) y a quién va a parar el dinero de cada concepto. Concepto facturado Término de potencia Coste de consumo Impuesto sobre electricidad Alquiler equipos IVA Importe Bloque VII. Tema 2. Tarea, Página 1 de 4 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. Es... Coste del término de potencia Coste del consumo Impuesto sobre la electricidad Alquiler de equipos IVA El dinero va a... 3. Prepárate ahora para calcular unos porcentajes curiosos. Vas a utilizar los datos reales de tu factura. Tienes que calcular sobre el total del dinero que pagas en el recibo de la luz, qué porcentaje es por lo que consumes y qué porcentaje por todo lo demás (impuestos varios, potencia contratada, alquiler de equipos). Haz los cálculos en el espacio en blanco y resume los resultados en la tabla. % que supone el consumo frente al total (Ayuda: divide el coste del consumo entre el total y multiplicarlo por 100) TOTAL A PAGAR COSTE DEL CONSUMO % que supone todo lo que no es consumo frente al total (Ayuda: réstale a 100 el porcentaje anterior) CÁLCULOS: 4. Olvídate ahora de los impuestos y del alquiler de equipos y fíjate sólo en lo que pagas por la potencia contratada y por el consumo. Tienes que calcular cuántos euros pagarías para diferentes consumos. Para ello, tienes que escribir y aplicar la fórmula matemática que te permite calcular lo que hay que pagar (E) según los kWh que se consuman (C). Haz los cálculos en el espacio en blanco y resume los resultados en la tabla. Bloque VII. Tema 2. Tarea, Página 2 de 4 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. FÓRMULA MATEMÁTICA QUE VOY A USAR kWh consumidos 0 50 75 100 250 400 635 800 CÁLCULOS: Euros a pagar (Ayuda: recuerda que aunque no consumas nada hay que pagar la potencia que tenemos contratada) (Ayuda: tienes que multiplicar 50 por el precio del kWh y al resultado sumarle el número obtenido en el cuadro superior) Bloque VII. Tema 2. Tarea, Página 3 de 4 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 2: El recibo de la luz. 5. A continuación tienes que hacer una gráfica. Coge una hoja de papel milimetrado y representa los datos de la tabla anterior en unos ejes coordenados. Debe salirte una gráfica como la que has visto en el apartado de los contenidos. 6. Por último, responde a una pequeña cuestión. Supongamos que el kWh aumenta de precio y cuesta 2 € en vez de los poco más de 8 céntimos que cuesta ahora. Observa las cuatro gráficas siguientes. Debes señalar la que crees que correspondería a esta nueva situación y explicar en el espacio en blanco de abajo el porqué de tu elección. (Ayuda: fíjate bien en las escalas de los ejes de coordenadas) ¿Y por qué he elegido esa y no las otras?... Bloque VII. Tema 2. Tarea, Página 4 de 4 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 3: Generación y Transporte de Energía Eléctrica. GENERACIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA Introducción ¿Te has dado cuenta que la inmensa mayoría de la energía que solemos utilizar está en forma de energía eléctrica? ¿Por qué piensas que es así? La respuesta es muy sencilla. Se debe a que es una forma de energía fácil de: Obtener Transportar Transformar en otras formas de energía (mecánica, luminosa, calorífica, radiante, etc.) En este apartado conocerás dónde y cómo se produce la energía eléctrica que utilizaremos en nuestras casas y nuestras industrias. La energía eléctrica se produce, a escala industrial, en las centrales eléctricas. Una central eléctrica es una "fábrica de corriente eléctrica". La forma más habitual de producir energía eléctrica es usando un alternador. Un alternador está formado por un rollo de cable (bobina) que puede girar, y un imán que está fijo. La bobina gira dentro del imán, impulsada por el giro de una turbina que, a su vez, se hace girar gracias a un fluido en movimiento. El alternador transforma la energía cinética de la turbina en energía eléctrica Por último, la corriente eléctrica se modifica en un transformador, que la "prepara" para ser transportada. Alternador Turbina Transformador Según el sistema utilizado en la central para hacer girar la turbina, hay distintos tipos de centrales: 1. Centrales hidroeléctricas. 2. Centrales térmicas. 3. Centrales eólicas. 4. Centrales mareomotrices. También se obtiene energía eléctrica a escala industrial aprovechando el efecto fotoeléctrico, la capacidad de algunos materiales para convertir la energía luminosa en corriente eléctrica. Tan solo hay un tipo de centrales que empleen este sistema: • Centrales solares fotovoltaicas Bloque VII. Tema 3, Página 1 de 6 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 3: Generación y Transporte de Energía Eléctrica. Comprueba que lo has entendido 1. ¿Cuál es la forma más habitual de producir la energía eléctrica? a. b. c. 2. a. b. c. Usando un alternador. Usando el efecto fotoeléctrico. Usando los tendidos eléctricos. Turbina. Transformador. Alternador. ¿Cómo se llama el aparato que convierte la energía cinética en energía eléctrica? Tipos de Centrales Eléctricas Centrales hidroeléctricas. La turbina se mueve gracias un chorro de agua a gran velocidad, aprovechando los saltos de agua; ya sean: , • Naturales: cascadas, desniveles en los ríos. • Artificiales, construidos en los embalses. Visita la web http://www.unesa.es/ donde puedes encontrar un esquema de una central hidroeléctrica y una animación que te explica cómo funciona. Estudia ambos con atención. Centrales térmicas. La turbina es movida gracias a un chorro de vapor a presión obtenido calentando agua. Según el origen de la energía empleada para calentar el agua, pueden ser: igen • Térmicas clásicas, también llamadas termoeléctricas , o simplemente térmicas: obtienen la energía de la combustión : de combustibles fósiles (carbón, gas natural) o sus derivados (fuel-oil). Visita la web http://www.unesa.es/ puedes encontrar un esquema de una central térmica de carbón y una animación que te explica cómo funciona. Estudia ambos con atención. • Centrales de biomasa: obtienen la energía de la : combustión de residuos forestales, agrícolas o de los llamados cultivos energéticos. Central térmica de Carboneras (Almería) Visita la web http://www.unesa.es/ puedes encontrar un esquema de una central de cogeneración mediante biomasa y una animación que te explica cómo funciona. Estudia ambos con atención. • Centrales de incineración de residuos sólidos urbanos: obtienen la energía de la urbanos: combustión de la basura (una vez tratada convenientemente). Visita la web http://www.unesa.es/ puedes encontrar un esquema de una central de incineración de RSU y una animación que te explica cómo funciona. Estudia ambos con atención. Bloque VII. Tema 3, Página 2 de 6 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 3: Generación y Transporte de Energía Eléctrica. • Nucleares: obtienen la energía a partir reacciones de fisión de átomos de uranio. de Visita la web http://www.unesa.es/ puedes encontrar un esquema de una central nuclear y una animación que te explica cómo funciona. Estudia ambos con atención. • Termosolares: calientan el agua concentrando la energía procedente del sol. Visita la web http://www.unesa.es/ puedes encontrar un esquema de una central termosolar y una animación que te explica cómo funciona. Estudia ambos con atención. Central termosolar de Tabernas (Almería) • Geotérmicas: aprovechan el calor procedente del interior de la Tierra: Estudia con atención la animación que encontrarás en la siguiente página web: http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2004/11/19/140175.php. En ella te explican muy clarito cómo funciona una central geotérmica. Centrales eólicas. La turbina es movida gracias a la acción del viento sobre las aspas de un aerogenerador. Visita la web http://www.unesa.es/ puedes encontrar un esquema de una central eólica y una animación que te explica cómo funciona. Estudia ambos con atención. Centrales mareomotrices. Funcionan de modo similar a las centrales hidroeléctricas, pero aprovechando las diferencias del nivel del mar entre la marea alta (pleamar) y la marea baja (bajamar). Central eólica en El Bierzo (León) También entran en esta categoría de centrales las que aprovechan el movimiento de las olas para mover la turbina. Visita la web http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2005/02/23/140205.php, donde puedes encontrar un una animación que te explica cómo funciona. Estúdiala con atención. Centrales solares fotovoltaicas. Convierten directamente la energía radiante del sol en energía eléctrica. Para ello se usan células solares fotovoltaicas que aprovechan el efecto fotoeléctrico, es decir la capacidad de algunos materiales para convertir la energía luminosa en corriente eléctrica. Visita la web http://www.unesa.es/ puedes encontrar un esquema de una central solar fotovoltaica y una animación que te explica cómo funciona. Estudia ambos con atención. Vista parcial de la central solar fotovoltaica de Sierra María (Almería) Bloque VII. Tema 3, Página 3 de 6 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 3: Generación y Transporte de Energía Eléctrica. Comprueba que lo has entendido 3. ¿Qué tipo de centrales eléctricas utilizan uranio como fuente de energía? a. b. c. 4. a. b. c. Las centrales mareomotrices. Las centrales nucleares. Las centrales térmicas clásicas. Las centrales hidroeléctricas. Las centrales solares fotovoltaicas. Las centrales solares térmicas. ¿Qué tipo de centrales eléctricas emplean el efecto fotoeléctrico para producir electricidad? El Transporte de la Energía E Eléctrica El transporte de la energía eléctrica forma parte de nuestros paisajes. Una vez producida, la energía eléctrica se transporta desde las centrales hasta nuestros hogares y nuestras industrias. Una de las grandes ventajas de la energía eléctrica es que es fácil de transportar porque "viaja por los cables de la luz". transportar, viaja Pero para que ese transporte se produzca de la mejor manera, es necesario transformar la corriente eléctrica al salir de las centrales y volver a transformarla al llegar a los centros de consumo. consumo Visita la web http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2005/12/07/147601.php http://www.consumer.es/web/es/medio_ambiente/energia_y_ciencia/2005/12/07/147601.php, donde puedes encontrar una animación que te explica cómo se transporta la energía eléctrica. Estúdiala con atención. Comprueba que lo has entendido 5. ¿Cuál es la misión de las subestaciones eléctricas dentro de la red de distribución y transporte de energía eléctrica? a. b. c. 6. Reducir el voltaje de la corriente eléctrica a valores adecuados para ser suministrada a los consumidores. Activar una señal de emergencia cuando se produce un corte en el suministro eléctrico. Actuar como centrales alternativas en caso de que se requiera más energía eléctrica en un momento determinado. La energía eléctrica se distribuye con diferentes voltajes según el uso que se vaya a hacer de ella. Escribe bajo ergía cada uno de los siguientes valores de voltaje cuál es el uso al que está destinado. 15.000 V – 25.000 V 220 V – 240 V 33.000 V 380 V – 415 V VOLTAJE USO Bloque VII. Tema 3, Página 4 de 6 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 3: Generación y Transporte de Energía Eléctrica. Las Fuentes de Energía. Como has estás viendo en este tema, la energía eléctrica se produce aprovechando recursos que nos ofrece la Naturaleza. A dichos recursos se les denomina fuentes de energía. Naturaleza. La mayoría de estas fuentes de ener a energía tienen su origen en el sol: • La lluvia, las olas del mar y el viento ocurren por efecto de la radiación solar. • La energía producida con el petróleo, el carbón, el gas natural y la biomasa proviene de la luz solar que fijan las plantas mediante la fotosí fotosíntesis. A partir de sedimentos ricos en materia orgánica de origen vegetal y animal se han formado rocas como el carbón y el petróleo por la acción de procesos geológicos que necesitan millones de años. Las fuentes de energía se clasifican en dos grandes grupos: renovables y no renovables; : según se trate de recursos naturales "ilimitados" o "limitados". Fuentes de energía renovables. Las fuentes de energía renovables son recursos que, uentes una vez utilizados, se pueden regenerar mediante procesos naturales o artificiales. Estas fuentes renovables están sometidas a ciclos que se mantienen de forma más o menos constante en la naturaleza. El viento es una fuente de energía renovable Fuentes de energía no renovables. Las fuentes de energía no renovables son recursos uentes que se encuentran de forma limitada en el planeta planeta. El estilo de vida que llevamos en las sociedades industrializadas impone una velocidad de consumo de estas fuentes de energía muy superior a su ritmo de regeneración. Un submarino nuclear. La nuclear es una fuente de energía no renovable Comprueba que lo has entendido 7. ¿Cuál de las siguientes frases crees que define mejor lo que es una fuente de energía? a. b. c. 8. Se trata de una instalación en la que se obtiene energía eléctrica. Se trata de un recurso natural a partir del cual obtenemos energía en una forma que podamos usar. Se trata del conjunto de procedimientos que nos permiten obtener energía de la Naturaleza. Central nuclear Central geotérmica Central eólica Clasifica las siguientes centrales eléctricas según utilicen una fuente de energía renovable o no renovable. Central térmica clásica Central termosolar Central fotovoltaica Bloque VII. Tema 3, Página 5 de 6 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 3: Generación y Transporte de Energía Eléctrica. Comprueba que lo has entendido (soluciones) entendi (soluci es) 1. 2. La respuesta correcta es la a. Aunque también se produce electricidad usando el efecto fotoeléctrico, tan solo las centrales fotovoltaicas se basan en ese fenómeno. La respuesta correcta es la c. La turbina solo sirve para hacer girar el rotor del alternador, mientras . que el transformador que hay en las centrales lo que hace es aumentar el voltaje de la corriente or eléctrica que produce el generador. La respuesta correcta es la b. Las centrales mareomotrices emplean la energía cinética de las olas y/o . las mareas, mientras que las centrales térmicas clásicas emplean como combustible carbón, gas natural o fuel-oil. La respuesta correcta es la b. De hecho, las centrales fotovoltaicas son las únicas que se basan en el efecto fotoeléctrico; mediante éste pueden transformar la energía luminosa pr procedente del sol directamente en energía eléctrica. Las centrales solares térmicas también aprovechan la energía del sol, pero para calentar un fluido que moverá una turbina como en cualquier otra central térmica. La respuesta correcta es la a. La electricidad se transporta a grandes distancias mediante líneas de alta idad tensión (alto voltaje) puesto que así se reducen las pérdidas de energía durante el transporte. Pero esos voltajes son muy peligrosos y por seguridad es necesario reducirlos hasta niveles más adecuados para su uso por los consumidores. El voltaje necesario para cada uno de los usos habituales de la energía eléctrica es: 15.000 V – 25.000 V TRANSPORTE (TREN, METRO, ETC.) 7. 220 V – 240 V CONSUMO DOMÉSTICO 33.000 V INDUSTRIA PESADA 380 V – 415 V INDUSTRIA LIGERA 3. 4. 5. 6. VOLTAJE USO La respuesta correcta es la b. Las fuentes de energía son recursos naturales de los que extraemos . energía para transformarla en otros tipos de energía. Es importante no confundir la energía con sus fuentes; una cosa es la energía y otra es el recurso natural de donde la extraemos. La respuesta correcta es: NO RENOVABLE RENOVABLE RENOVABLE Central nuclear Central geotérmica Central eólica NO RENOVABLE RENOVABLE RENOVABLE 8. Central térmica clásica Central termosolar Central fotovoltaica Bloque VII. Tema 3, Página 6 de 6 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 3: Generación y transporte de la energía eléctrica. TAREA La tarea de este tema tiene cuatro partes: algunas de escribir y otras de escribir también (pero menos) y de investigar. ¿De acuerdo? Pues vamos a ello: 1. En la primera parte te vamos a dar libertad para que elijas dos centrales eléctricas, las que tú quieras. Pero eso sí, una debe utilizar una fuente de energía no renovable y la otra una fuente de energía renovable. Cuando te hayas decidido tienes que buscar (por donde pilles) una foto de una central de ese tipo, y pegarla en el lugar correspondiente de la siguiente tabla. Bajo la foto pon el tipo de central de la que se trata, el lugar donde está, la fuente de energía que usa y si esta fuente es o no renovable. [pega aquí la foto de una de las centrales] [pega aquí la foto de la otra central] Tipo de central Está en… Fuente de energía que usa ¿Renovable o no renovable? 2. Esta parte es de escribir. De las dos centrales que has elegido antes, quédate con una y explica en un texto de entre 10 y 15 líneas cómo funciona esa central. Bloque VII. Tema 3. Tarea, Página 1 de 3 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 3: Generación y transporte de la energía eléctrica. 3. Ahora volvemos a la investigación. ¿Qué diferencias hay entre las fuentes de energía renovables y las no renovables? ¿Qué ventajas e inconvenientes tienen cada una de ellas? Para responder a estas preguntas deberás sacar tus propias conclusiones de lo que has leído en los contenidos pero, sobre todo, deberás investigar en la siguiente página web: http://www.appa.es/index.htm, donde encontrarás toda la información que necesitas y expuesta de una forma muy muy clarita. Cuando lo tengas claro responde a las dos preguntas anteriores usando "tus propias palabras". Es decir, no te limites a "copiar y pegar" los textos que encuentres durante tu investigación. Bloque VII. Tema 3. Tarea, Página 2 de 3 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 3: Generación y transporte de la energía eléctrica. 4. En este último apartado de la tarea tienes que analizar la tabla siguiente. No te asustes que lo que tienes que hacer no es nada difícil. En la tabla se muestra la cantidad promedio de sustancias contaminantes que se emiten al producir electricidad usando distintas fuentes de energía. Los datos están medidos en toneladas por cada GWh de energía producido. Sustancias contaminantes Fuente de energía dióxido de carbono (CO2) 1058,2 824 8,6 5,9 0 56,8 7,4 3,6 6,6 dióxido de nitrógeno (NO2) 2,986 0,251 0,034 0,008 0,614 TR TR TR TR dióxido de partículas azufre (SO2) 2,971 0,336 0,029 0,023 0,154 TR TR TR TR 1,626 1,176 0,003 0,017 0,512 TR TR TR TR monóxido residuos de carbono hidrocarburos radiactivos (CO) 0,267 TR 0,018 0,003 11,361 TR TR TR TR 0,102 TR 0,001 0,002 0,768 TR TR TR TR 3,641 total 1066,1 825,8 12,3 5,9 13,4 56,8 7,4 3,6 6,6 Carbón Gas natural Nuclear Fotovoltaica Biomasa Geotérmica Eólica Termosolar Hidráulica TR significa "trazas", que quiere decir que de esa sustancia se emite una cantidad insignificante, apenas medible. Lo que debes hacer es, para cada tipo de sustancia contaminante, ordenar las fuentes de energía desde la que contamina más hasta la que contamina menos. Hazlo en esta tabla: CO2 NO2 SO2 partículas CO hidrocarburos residuos radiactivos A la vista del análisis de datos que has hecho, ¿qué conclusiones puedes sacar? Bloque VII. Tema 3. Tarea, Página 3 de 3 de Ecuaciones pr¡mergrado I -:¡i:¡;r+i-*:!!:r]!¡!::]fui:!rr!g+i+!;!!;i!4i;irli:[., li:l i i Resuelve ¡r E 3 (r4 ?)¡5 ? Ltr :r=r'¡ Recuerda 3¡mb!:i6¿i96¿d5q@j46leda l lguaLdades údÉ elaúa 6 !tr bDbad @ bt2 [,, E:E:"#;;;-1 t fil bdca lds dc h! si$si6 ¡Ndd4 5ú lfud4debsiFdot4(üch^6!ae r=0 4¡ b):1r:!-¡ d5F¡=t d)r+¡ri 0 .é¡g!.q+rh+.¡@¡r]-I-i tl li 0 1fifi::ffi-t_*__ -l aü$¡ :t ro !iñ!! etrs t4ddúe: F- oqio¡& r*6;q ¡ !l hdla qú !dü eb! o¡¡ d Ird¡r¡ -ü5 iódüdE num¿nar L o¡ h¡l HdL d eb¡ d. hs rr4 L.leo¡d@s ctr h! ssior! ¡ i¡ü! f : r e ) J b u r 1 .r d ! - ¿ ú r r i { ¡ fi¡ Lbdoa*ti4{uilbdo,cud$ hns¡ 'l produclo 2 Regtas la sumay deL de s Édm4e aú¿M de r¡d4h!r4l F" "*..-",.-*.**'? :ll:r !)r+r=r.t¡=¡ 3 !r¡ e ¡ reú!!Ll!i¿!!:tr!nu!q6¡Pisoi¡ 6r,n=,i -.1 Lu!' ú! dr;=; q i¡ ,$ t)' e4!ii4e a h !r oi , l'i ,cüúo pei @ -br! s h !¡uoé rlhai eNDo¡¡:!|lj¡.]iri.d!r'i$¡ dd¡¡¡ded¡LiDtr!¡új}]:aqr¡+L ,! de Resolución ecuaciones prif ner qr¿do de , s ¡ ¡ I ¡ :. ! t' ; ! r i: . . oliñ6 úie i (i,* ,,r 4r ¡, ¡ [,, b, r+i 1 ¡' <!ú^e 7=1 R.! d4 h 14E¡E! fj;l baerú¡¡,úq! ¡o@ i r$r¡ r '! i. ¡¡ d in,! ¡ú¡:rq ; 1 ú""..".,..,..-,....*" l@i I : *r,'.-",::-= uaDL¡eltr !i!urrt.¡(r"i, ¡!rÉ ]]E RE¡UERZO at¿!r=,-15 n4¡+rl=r 5 ht: ,". 5r'ú'.-* e [".448 &"*tr5 91lE npee,#ru@bF_4a J tr*-*"j-"---"'"'"""' É,1 boEae d "ú^qo np r *. nF¡ruú ¿i o 6^¡tN,-F. "**" & L. [email protected]" **.i. tEl *,. cr05t4 al 06le 1l= o,rs dlrk ¡ 5=4t* 1l r+3 tl h" e b" &sd* "sd& - 'id!d" róN trl !¡ '!r n-. r ¡ia uo!5 0*." Füe r¡trsttr¿tr3=lm ,;' .tu]¿"ria nrEúF. '!@! h qinh. nt 5 7 h)21+1 e q!-; et hda d5iruter 3 nt ü. -É-'-:- [, EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. LA ENERGÍA TÉRMICA Dejemos claros los conceptos En el primer tema del bloque ya estuvimos hablando de la energía térmica. Entonces ya te anunciamos que este tipo de energía merecía una atención especial; merecía dedicarle un tema completo. Y es que calor y temperatura, dos conceptos muy relacionados con la energía térmica, son muy frecuentes en nuestra vida cotidiana. Pero ¿estamos seguros de saber distinguirlos? A eso nos vamos a dedicar en este tema. Prestaremos atención a: • Comprender la diferencia que existe entre el calor y la temperatura (no son la misma cosa) • Conocer y usar las unidades en las que se suelen medir calor y temperatura. • Hacer cálculos relacionados con los intercambios de calor entre dos cuerpos y las variaciones de temperatura que producen en ellos. Energía térmica y temperatura En nuestra vida cotidiana empleamos con frecuencia términos como calor o temperatura. En este apartado vamos a aprender que en la Ciencia, a diferencia de lo que ocurre en el lenguaje cotidiano, ambos conceptos no significan lo mismo. También aprenderemos la relación que estos conceptos tienen con la energía. La energía térmica (o energía calorífica) es la que poseen los cuerpos debido al movimiento de las partículas que los forman. Por eso, este movimiento también se llama agitación térmica. La energía térmica que posee un cuerpo no se puede medir y tampoco calcular, puesto que es imposible conocer los detalles del movimiento de cada una de la inmensa cantidad de partículas que forman un cuerpo (por pequeño que éste sea). Sin embargo, la agitación térmica de las partículas que forman un cuerpo está relacionada con su temperatura: Cuanta mayor sea la temperatura de un cuerpo, mayor es la agitación térmica y la cantidad de energía térmica que posee. ¿Quieres ¿Quieres “ver” la agitación térmica? En el apartado de recursos encontrarás tres animaciones que simulan la relación que hay entre el movimiento de las partículas que forman un cuerpo y la temperatura del mismo. No dejes de visitarlos.  Agitación térmica en los sólidos.  Agitación térmica en los líquidos.  Agitación térmica en los gases. Bloque VII. Tema 6, Página 1 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Calor y temperatura Al poner en contacto dos cuerpos con diferente temperatura, podremos comprobar cómo, al cabo de cierto tiempo (más o menos largo, según el caso) ambos cuerpos terminan por tener la misma temperatura. En ese momento, los físicos dicen que los cuerpos han alcanzado el equilibrio térmico. Para llegar al equilibrio térmico el cuerpo caliente transfiere calor al más frío. El calor no es algo que posean los cuerpos. El calor se transfiere de los cuerpos calientes a los fríos. El calor y la temperatura no son lo mismo. Unidades de medida La unidad de calor en el Sistema Internacional, como del resto de las energías, es el julio (J). Sin embargo, es frecuente que el calor se mida en calorías (cal) o kilocalorías (kcal), como se puede ver en la información nutricional de la etiqueta de los alimentos. Equivalencia entre el julio y la caloría 1 J = 0,24 cal 1 cal = 4,18 J Dos unidades relacionadas… El julio y la caloría nos rodean por todas partes. Basta echar un vistazo a nuestra despensa o, mejor aún, a las estanterías de un supermercado. Si nos fijamos con atención en las etiquetas de los alimentos, veremos que la Física está en ellas. El “contenido energético” de los alimentos viene normalmente impreso en las etiquetas tanto en julios como en calorías (bueno, mejor en kJ y en kcal) Entre ambas unidades existe una equivalencia, puesto que las dos miden una misma magnitud física, la energía. ¿Cómo se escriben los símbolos?... Al igual que cualquier lengua, el lenguaje científico tiene sus reglas de ortografía. Aquí te recordamos dos de ellas: • El prefijo “kilo”, delante de una unidad, significa “mil”, y se simboliza con una k minúscula. Así, se escribe 1 km y significa 1000 m, o 1 kg y significa 1000 g. • Cuando el nombre de una unidad hace honor a una persona (normalmente un científico) la unidad se escribe en minúscula y su símbolo se escribe con mayúscula. Así, debemos escribir N para la unidad newton, o J para la unidad julio. Busca en etiquetas de alimentos la información relativa a su contenido energético, y fíjate cómo vienen expresadas las unidades. ¿Crees que debe ser igual de importante una falta de ortografía en el lenguaje científico que en el lenguaje “normal”? La temperatura es sólo la magnitud que miden los termómetros. Se mide en grados. • En nuestra vida cotidiana, usamos el grado centígrado o Celsius (ºC). • • En los países anglosajones emplean el grado Farenheit (ºF). En el Sistema Internacional se emplea el kelvin (K). Para comparar las distintas escalas termométricas te será muy útil abrir el recurso Escalas termométricas, que podrás encontrar en el apartado de recursos del tema. Bloque VII. Tema 6, Página 2 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Para saber más... La escala Celsius de temperatura fue propuesta por el físico sueco Anders Celsius a mediados propuesta del siglo XVIII. Desde sus inicios, se llamó escala centígrada porque dividía el intervalo entre la temperatura a la que funde el hielo y la temperatura a la que hierve el agua en 100 partes iguales, a diferencia de la escala Farenheit, que lo hacía en 180 partes iguales (y por lo tanto diferencia no era una escala centígrada) El término “grados centígrados” para referirse a la temperatura medida con esta escala se mantuvo oficialmente hasta 1948. En esta fecha, se cambió por el término “grados Celsius”, cambió haciendo honor al inventor de esta escala y para evitar confusiones con los grados centígrados empleados entonces en la medida de ángulos (ahora llamados grados centesimales). Además, también la escala Kelvin de temperaturas es una escala centígrada, puesto que también divide el intervalo temperaturas entre la temperatura a la que funde el hielo y la temperatura a la que hierve el agua en 100 partes iguales. La diferencia es que asigna la temperatura 273 K al punto de fusión del hielo y 373 K al punto de ebullición del agua, en hielo lugar de los habituales 0 ºC y 100 ºC No obstante, coloquialmente sigue utilizándose la expresión “grados centígrados” centígrados”. Comprueba que lo has entendido 1. ¿Cómo se llama el movimiento incesante de las partícu l partículas que forman un cuerpo? a. b. c. 2. a. b. c. 3. a. b. c. 4. a. b. c. Temperatura. Agitación térmica. Calor. Cuando están a la misma temperatura. stán Si contienen la misma cantidad de calor. ontienen Si contienen la misma cantidad de partículas. ontienen Kelvin. Vatios. Julios. El calor. La energía térmica. La temperatura. ¿Cuándo se dice que dos cuerpos están en equilibrio térmico os térmico? El calor, como energía que es, se mide en or, ¿Qué magnitud física es la que miden los termómetros? Calor intercambiado y variación de temperatura Ya hemos dicho antes, y tú mismo/a lo habrás comprobado miles de veces, que comprobado cuando dos cuerpos se ponen en contacto un tiempo suficiente, terminan por tener la misma temperatura, por alcanzar el equilibrio térmico. atura, Pero ¿de qué dependerá la temperatura final a la que alcancen ese equilibrio térmico? Estos sencillos experimentos te aclararán la respuesta. stos Experimento 1 Mete en el microondas dos recipientes con agua, de manera que uno de ellos contenga el doble de agua que el otro. Caliéntalos durante el mismo tiempo y a la misma potencia ¿cuál de el ellos se calentará más? Bloque VII. Tema 6, Página 3 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Con esta experiencia has comprobado que lo que un cuerpo se caliente (o se enfríe) no solo depende del calor que gane o pierda, sino también de la masa que tenga tenga. Cuanto mayor sea la masa de un cuerpo, más calor debe ganar o perder para que su temperatura cambie una cantidad concreta concreta. Por otro lado, no todos los cuerpos se calientan (o enfrían) lo mismo, aunque tengan la misma masa. Si no estás convencido/a de ello, prueba a hacer la siguiente experiencia: Experimento 2 Pon en el microondas, durante el mismo tiempo y a la misma potencia (así te aseguras de que suministras la misma l energía), dos vasos, uno de agua y otro de aceite, pero que tengan el mismo peso. ¿Cuál de ellos se ha calentado más?... La distinta capacidad de los materiales para cambiar de temperatura cuando ganan o pierden calor se llama calor específico específico. El calor específico de una sustancia nos indica cuánto calor debe ganar o perder 1 kg de una sustancia para que su temperatura varíe 1 K (o 1 ºC) A la derecha puedes ver una tabla de calores específicos de varias sustancias. Cuanto mayor sea el calor específico de un cuerpo, más calor debe ganar o perder para que su temperatura cambie una cantidad concreta. Como ves, el agua, por ejemplo, tiene un calor específico muy grande. Por el específico contrario, el plomo lo tiene muy pequeño. Esto significa que para calentar masas iguales de agua y de plomo una cierta cantidad de grados, necesitaremos gastar mucha más energía en el caso del agua. El plomo “se calienta enseguida”. El calor específico y el clima… La diferencia de calor específico entre el mar y la costa es la que propicia que en las zonas de costa las variaciones de temperatura no sean tan bruscas como en las de interior. Y es que aunque la tierra (las rocas, arena, etc.…) se calientan o enfrían arena, “rápidamente”, la presencia del agua del mar ralentiza ese cambio de temperatura. Esto se debe a que el mar, con su enorme masa y gran calor mar, específico, cambia de temperatura mucho más lentamente que la tierra. , saber Para saber más... Si te interesa o sientes curiosidad por ver los valores del calor específico de alguna sustancia en particular, en la siguiente dirección puedes consultar los de todos los elementos de la tabla periódica: http://herramientas.educa.madrid.org/tabla/properiodicas/calorespecifico.html Bloque VII. Tema 6, Página 4 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Haciendo cuentas con la temperatura y el intercambio de calor De nuevo tienes que coger tu material de matemáticas (calculadora, lápiz y papel) y (calculadora, ponerte manos a la obra. Si lo vas haciendo al mismo tiempo que lo ves lo comprenderás mucho mejor. Igual que hicimos en el apartado de “cuentas” del tema anterior, lo primero que tienes que tener claro es la fórmula que vamos a usar para hacer los cálculos, las magnitudes implicadas en la misma y sus unidades en el Sistema Internacional. Todo eso lo tienes aquí. Se ha comprobado experimentalmente (a base de probar y medir miles de veces) que la energía (en forma de calor) que necesita absorber o perder un cuerpo para que su temperatura varíe necesita se ajusta a la fórmula siguiente: · · ¡¡Vaya pedazo de fórmula! Pero no te asustes que no es tan complicado como parece: • Q es la energía, en forma de calor, qu el cuerpo ha ganado (si es +) o perdido (si es -) que ) • m es la masa del cuerpo. • ce es el calor específico del cuerpo (depende de la sustancia de la que esté hecho) • Tf y Ti son, respectivamente, las temperaturas final e inicial del cuerpo. En cuanto a las unidades, la siguiente tabla te resume la información. ades, MAGNITUDES IMPLICADAS Magnitud calor (Q) masa (m) Unidad julios kilogramos Símbolo J kg calor específico (ce) Julios por kilogramo y kelvin temperatura (T) kelvin K · Experimenta… Antes de ponerte manos a la obra, a hacer cálculos, puedes comprobar cómo influye el calor específico en la forma en la que se calienta una sustancia. En la dirección http://newton.cnice.mec.es/4eso/calor/calor-calentamiento22.htm http://newton.cnice.mec.es/4eso/calor/calor puedes calentar virtualmente un poco de agua y de alcohol. Observa cómo se calientan a distinta velocidad. La simulación trabaja con la misma masa de ambas sustancias y con la misma fuente de calor (es decir, se masa les suministra energía a las dos sustancias al mismo ritmo). Los datos aparecen en calorías, gramos y ºC que son las unidades más comúnmente usadas, aunque no sean las unidades del SI. Bloque VII. Tema 6, Página 5 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Recuerda que a la hora de hacer cuentas es fundamental que todas las magnitudes estén en las cuerda unidades del SI. Por eso, a veces tendrás que pasar de grados Celsius a kelvin o viceversa. La siguiente tabla te recuerda cómo hacerlo: Para pasar de.... kelvin grados Celsius ...a... grados Celsius kelvin Debes ... Restar 273 Sumar 273 Ejemplo 1 Un trozo de hierro de 200 gramos de masa que se encuentra a 30 ºC, se calienta hasta alcanzar 80 ºC ¿Qué cantidad de calor ha absorbido o desprendido? Lo primero que tenemos que hacer es c mero convertir todos los datos a las unidades al S.I. En este r caso convertiremos los gramos en kg, y los ºC en K: 200 g = 0,2 kg ; 30 ºC = 303 ºK y 80 ºC = 353 K Tenemos que buscar en la tabla de calores específicos el que corresp corresponda al hierro, material con el que estamos trabajando en el problema: ce = 450 J/kg·K A continuación sustituimos en la fórmula los valores de las magnitudes conocidas; todas en este caso, excepto el calor, que es precisamente lo que queremos calcular: Q = 0,2 kg · 450 J/kg·K · (353 K – 303 K) Ahora hacemos los cálculos, empezando por el paréntesis: Q = 0,2 kg · 450 J/kg·K · 50 K Q = 4500 J Solución: El trozo de hierro ha absorbido 4500 J. El valor obtenido es positivo, lo que significa que el hierro no ha cedido calor, sino que lo ha ganado. o Observa que era indiferente el cambio de uni te unidad de ºC a K ya que la diferencia de grados es la misma 50 misma: Comprueba que lo has entendido 5. Calentamos un balín de plomo de masa 400 g desde 10 ºC hasta 90 ºC ¿Qué cantidad de calor absorberá el balín de plomo al calentarse? a. b. c. 6. a. b. c. 4128 J 4128000 J 14400 J 209000 J - 209000 J - 209 MJ ¿Qué cantidad de calor desprenderán 500 gramos de agua al enfriarse desde 100 ºC hasta 0 ºC? Qué Bloque VII. Tema 6, Página 6 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Ejemplo 2 Un trozo de hierro de 200 gramos de masa que se encontraba a 200 ºC, desprende, al enfriarse, una cantidad de calor correspondiente a 3000 J ¿Qué temperatura tiene ahora? ¡Ojo! El calor desprendido tendrá signo negativo, ya que representa una pérdida de energía Pasamos todos los datos a las unidades del SI: 200 g = 0,2 kg 200 ºC = 473 K Buscamos en la tabla de calores específicos el que corresponde al material del problema. De nuevo es el hierro, cuyo calor específico era: ce = 450 J/kg·K. Ahora sustituimos los datos conocidos en la fórmula: -3000 J = 0,2 kg · 450 J/(kg · K) ·(Tf - 473 K) Hacemos las operaciones que podamos. En este caso tan solo podemos, por ahora, multiplicar 0,2×450. -3000 J = 90 J/K ·(Tf - 473 K) Y tan solo nos falta despejar la temperatura final, Tf, y terminar de hacer las operaciones: -3000 J = 90 · Tf J/K – 42570 J -3000 J + 42570 J = 90 · Tf J/K 39570 J = 90 · Tf J/K 439,67 Para finalizar, es conveniente que convirtamos los K en ºC con objeto de entender mejor el resultado (porque estamos acostumbrados a usar los Celsius y no los kelvin): 439,67 K = (439,67 – 273) ºC = 166,67 ºC Solución: La temperatura que alcanzará el trozo de hierro es de 166,67 ºC. Casi sin darte cuenta acabas de resolver otra ecuación de primer grado; ya sabes, esas en las que la magnitud desconocida, la incógnita, no está elevada a nada (bueno si, a 1). Pero esta es algo más complicada que las que resolviste en el tema de la energía mecánica; en la que has resuelto la incógnita estaba dentro de un paréntesis. Recuerda cómo lo has hecho repasando estas diapositivas: Bloque VII. Tema 6, Página 7 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Bloque VII. Tema 6, Página 8 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Puedes ver estas diapositivas en una presentación animada en el recurso: Ecuaciones de primer grado con paréntesis, que encontrarás en el apartado de recursos del tema. Comprueba que lo has entendido 7. ¿Qué temperatura en ºC alcanzan 100 gramos de oxígeno a 15 ºC al absorber 1804 julios de calor? a. b. c. 8. 35,6 ºC -20,7 ºC 19,3 ºC Despeja la variable g de la siguiente fórmula: a. 4· · b. · 4· · c. 4· Bloque VII. Tema 6, Página 9 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Comprueba que lo has entendido 9. Rellena las celdas vacías que hay en la tabla siguiente. Presta mucha atención, porque para ello tendrás que cambiar algunas veces las unidades que aparecen a la que corresponda en el Sistema Internacional (kg en el caso de la masa y kelvin en el caso de la temperatura También tendrás que buscar en la tabla de calores específicos el que temperatura). corresponde a cada sustancia. ¡Ojo, que algún calor se pide en calorías! masa 2 kg 300 g kg 234 cg 1/2 kg 10 g Sustancia Alcohol Hierro Vidrio Aire Nitrógeno Agua 36 ºC Temperatura inicial 40 ºC 60 ºC 349 K -35 ºC ºC Temperatura final 150 ºC 240 K 234 K 30 ºC 90 ºC ºC 12000 J 512 J -368000 J 368000 J Absorbido Calor J cal Desprendido ¿Absorbido o desprendido? Estos datos (como los de la tabla anterior) pueden representarse en una gráfica Así se puede tener gráfica. una información visual muy rápida de cómo se relacionan las magnitudes. Usaremos los datos la tabla que ves a la derecha. Se trata de la temperatura alcanzada por una vasija de cobre (calor específico del cobre 383 J/ J/kg·K) de 0,2 kg hemos ido calentando desde una temperatura inicial de 10ºC hasta que ha alcanzado los 100ºC. do Podemos observar una relación afín entre el calor que absorbe la vasija y la temperatura que alcanza. El mínimo valor alcanzado es de 10ºC y a partir de ahí va a aumentando proporcionalmente al calor suministrado. La gráfica correspondiente es una recta que no pasa por el origen de coordenadas (similar a la que viste en el tema de la factura de luz ¿recuerdas?) Calor suministrado ( (J) 0 766 2298 3830 5362 6894 Temperatura alcanzada (ºC) 10 20 40 60 80 100 Bloque VII. Tema 6, Página 10 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Comprueba que lo has entendido 10. Escribe, junto a cada una de las siguientes gráficas, la fórmula que le corresponda y el nombre de la relación entre las magnitudes. (Esta relación puede ser afín, lineal, cuadrática o de proporcionalidad inversa). Las fórmulas que debes asociar son: n = 3·b 2 + 1 10 y = 3·x r = 4·h + 5 Gráfica Fórmula Relación Para saber más... En la web hay muchos sitios donde puedes encontrar explicaciones, ejemplos y ejercicios para aprender y practicar la resolución de ecuaciones. Aquí tienes algunos para que los visites si te interesa el tema: nes http://descartes.cnice.mec.es/materiales_didacticos/ecuaciones_primer_grado/indice.htm http://descartes.cnice.mec.es/materiales_didacticos/Ecuacion_de_segundo_grado/index.htm Bloque VII. Tema 6, Página 11 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Comprueba que lo has entendido (soluciones) 1. 2. 3. 4. 5. La respuesta correcta es la b. La temperatura es sólo una manifestación de esa agitación térmica y, el calor es la . energía que los cuerpos calientes ceden a los más fríos cuando se ponen en contacto. La respuesta correcta es la a. La respuesta correcta es la c. El kelvin es la unidad de temperatura y los vatios la de potencia. . unidad La respuesta correcta es la c. Lo primero que tenemos que hacer es c convertir todos los datos a las unidades al S.I. En este caso convertiremos r los gramos en kg, y los ºC en K: 400 g = 0,4 kg ; 10 ºC = 283 ºK y 90 ºC = 363 K Tenemos que buscar en la tabla de calores específicos el que corresponda al plomo, material con el que estamos trabajando en el problema: ce = 129 J/kg·K A continuación sustituimos en la fórmula los valores de las magnitudes conocidas; to todas en este caso, excepto el calor, que es precisamente lo que queremos calcular: Q = 0,4 kg · 129 J/kg·K · (363 K – 283 K) Ahora hacemos los cálculos, empezando por el paréntesis: Q = 0,4 kg · 129 J/kg·K · 80 K Q = 4128 J Solución: El balín de plomo ha absorbido 4128 J, luego la respuesta correcta es la a a. 6. Lo primero que tenemos que hacer es c convertir todos los datos a las unidades al S.I. En este caso convertiremos r los gramos en kg, y los ºC en K: 500 g = 0,5 kg ; 100 ºC = 373 ºK y 0 ºC = 273 K Tenemos que buscar en la tabla de calores específicos el que corresponda al agua, material con el que estamos trabajando en el problema: ce = 4180 J/kg·K A continuación sustituimos en la fórmula los valores de las magnitudes conocidas; todas en este caso, excepto el calor, que es precisamente lo que queremos calcular: Q = 0,5 kg · 4180 J/kg·K · (273 K – 373 K) Ahora hacemos los cálculos, empezando por e paréntesis: el Q = 0,5 kg · 4180 J/kg·K · (-100 K) Q = - 209000 J Solución: Necesita desprender (calor negativo) 209000 J, luego la respuesta correcta es la b. : 7. Pasamos todos los datos a las unidades del SI: 100 g = 0,1 kg 15 ºC = 288 K Buscamos en la tabla de calores específicos el que corresponde al material del problema. De nuevo es el agua, cuyo calor específico era: ce = 4180 J/kg J/kg·K. Ahora sustituimos los datos conocidos en la fórmula: 1804 J = 0,1 kg · 4180 J/(kg · K) ·(Tf - 288 K) Hacemos las operaciones que podamos. En este caso tan solo podemos, por ahora, multiplicar 0,1 ones 0,1×4180. 1804 J = 418 J/K ·(Tf - 288 K) Y tan solo nos falta despejar la temperatura final, Tf, y terminar de hacer las operaciones: 1804 J = 418 · Tf J/K – 120384 J 1804 J + 120384 J = 418 · Tf J/K 122188 J = 418 · Tf J/K 292,3 Para finalizar, es conveniente que convirtamos los K en ºC con objeto de entender mejor el resultado ( para (y poder elegir la respuesta correcta, puesto que todas las opciones están en ºC ºC): 292,3 K = (292,3 – 273) ºC = 19,3 ºC Solución: La temperatura que alcanzará el agua será de 19,3 ºC. a Bloque VII. Tema 6, Página 12 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. 8. Para despejar la g, tenemos que dejarla sola en un miembro de la igualdad. Para ello, lo único que podemos hacer es multiplicar o dividir ambos miembros de la igualdad por un mismo número y restar o sumar un mismo número a los dos miembros de la igualdad. Partimos de la expresión n = 4·r·(h – g) Primero dividimos los dos miembros entre 4·r (pasamos el producto 4·r dividiendo al primer miembro). Con eso conseguimos dejar solo el paréntesis en el segundo miembro (y podemos quitarlo): 4∙ Ahora sumamos g a los dos miembros: = 4∙ + 4∙ 4 ∙ ∙ (ℎ − ) 4∙ =ℎ− 4∙ =ℎ− + =ℎ + Por último, restamos n/4·r a los dos miembros: 4∙ + − 4∙ =ℎ− 4∙ 4∙ =ℎ− Por tanto, la respuesta correcta es, por tanto, la a. 9. Realizando operaciones similares a las que hemos hecho en los problemas 5, 6 y 7, las soluciones son: masa 2 kg 300 g 4 kg 234 cg 1/2 kg 10 g Sustancia Alcohol Hierro Vidrio Aire Nitrógeno Agua Temperatura inicial 40 ºC 60 ºC 349 K -35 ºC 66,8 ºC 36 ºC Temperatura final 150 ºC 240 K 234 K 30 ºC 90 ºC 48,2ºC Calor 5050 J -3013,2 cal -368000 J 153,9 J 12000 J 512 J ¿Absorbido o desprendido? Absorbido Desprendido Desprendido Absorbido Absorbido Absorbido 10. La rellena sería ésta: Gráfica Fórmula Relación r = 4·h + 5 afín n = 3·b2 + 1 parabólica x= 10 z y = 3·x lineal proporcionalidad inversa Bloque VII. Tema 6, Página 13 de 13 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. TAREA En esta tarea vas a analizar con detalle algunos de los consumos de energía que Teresa y Belén hacen y que están relacionados de algún modo con el calor y la temperatura. ¿Baño o ducha? Belén es muy friolera. Le gusta darse un baño con el agua muy caliente ¡a 50ºC! incluso en verano, cuando el agua sale del grifo del agua "fría" a 18ºC. Además, disfruta con la bañera bien llena, y tiene una de esas bañeras grandes, de las que pueden contener fácilmente 180 L de agua. Las costumbres de Teresa son algo diferentes. A ella le gusta más la ducha templada, a no más de 35ºC, incluso en invierno, cuando la temperatura "normal" del agua no pasa de los 15ºC. Se ducha rápido y, estima (porque, aunque lo tiene pensado, aún no lo ha medido) que en cada ducha utiliza unos 50 L de agua. En los párrafos anteriores tienes toda la información que necesitas para completar la primera parte de la tarea. El objetivo final de esta parte es que calcules cuánta energía gasta en su aseo diario cada una de nuestras protagonistas a lo largo de un año completo y qué decida, a la vista de los resultados, cuánto ahorra una respecto de la otra. Para llegar a ese objetivo tendrás que hacer algunas cuentas. En las tablas siguientes están todas perfectamente detalladas. Para algunas tan solo tienes que entender bien las costumbres de Belén y Teresa; para otras, tendrás que utilizar la fórmula que relaciona el calor absorbido con la variación de temperatura. Ducha de Teresa Baño de Belén DATOS DEL ASEO DIARIO Masa de agua utilizada (Ayuda: cada litro de agua tiene una masa de 1 kg) ¿Cuánto debe aumentar la temperatura del agua en verano? ¿Cuánto debe aumentar la temperatura del agua en invierno? ¿Qué energía se necesita gastar para calentar el agua en verano? ¿Qué energía se necesita gastar para calentar el agua en invierno? CÁLCULOS: Bloque VII. Tema 6. Tarea, Página 1 de 4 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Supongamos que donde viven Belén y Teresa, la mitad del año es “verano” (agua del grifo a 18ºC) y la otra mitad “invierno” (agua del grifo a 15ºC). Completa la siguiente tabla, referida a la energía que Teresa y Belén emplean para calentar el agua de su ducha/baño: DATOS DE TODO EL AÑO Energía empleada en un mes de “verano” Energía empleada en todo el “verano” (seis meses) Energía empleada en un mes de “invierno” Energía empleada en todo el “invierno” (seis meses) Energía empleada en todo el año (“verano” + “invierno”) CÁLCULOS: Ducha de Teresa Baño de Belén ¿Cuánta energía ahorra Teresa respecto a Belén en un año? CÁLCULOS: Bloque VII. Tema 6. Tarea, Página 2 de 4 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. El vaso de leche de Belén 1. Ya sabes que a Belén le gusta calentar la leche del desayuno en el microondas. Un amigo Físico le ha dicho que para calentar los 250 g de leche que toma desde los 5 ºC a los que sale del frigorífico, hasta los 40 ºC a los que sale del microondas, gasta 5845 J de energía. Con todos estos datos, vas a ayudar a Belén a calcular el calor específico de la leche. Solo tienes que despejarlo de la fórmula que has estudiado en este tema. Resuelve el problema en el espacio siguiente y no olvidar seguir y detallar los mismos pasos que has estudiado en los ejemplos de este tema. 2. Belén, como cualquiera, ha comprobado que tarda menos en calentar la leche cuanta más potencia le ponga al microondas. No es de extrañar; la potencia y el tiempo son inversamente proporcionales. Se relacionan entre sí y con la energía mediante la fórmula: Energía (J) = Potencia (W) × Tiempo (s) El microondas de Belén puede programarse a tres potencias: 400 W, 750 W y 900 W. Pues bien, tú vas a calcular cuánto tiempo tardará la leche en calentarse en cada uno de los programas de potencia. Recuerda que la energía que debe usarse es 5845 J. POTENCIA DEL MICROONDAS 400 W 750 W 900 W CÁLCULOS: TIEMPO Bloque VII. Tema 6. Tarea, Página 3 de 4 EDUCACIÓN SECUNDARIA PARA PERSONAS ADULTAS NIVEL II ÁMBITO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO BLOQUE VII. TEMA 6: La energía térmica. Por último, contesta a la siguiente pregunta: ¿Cuál de estas gráficas representaría mejor la relación entre la potencia programada en el microondas y el tiempo que la leche tarda en calentarse? Explica por qué eliges esa y no las otras. Bloque VII. Tema 6. Tarea, Página 4 de 4