energía eléctrica
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CIENCIAS NATURALES 5° BÁSICO GUÍAS DEL ESTUDIANTE ENERGÍA ELÉCTRICA Material elaborado por: Edwin Salazar P. Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación “GUÍAS DEL ESTUDIANTE”. ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico GUÍA 1. LA ENERGÍA ELÉCTRICA ACTIVIDAD 1. FUENTES DE ENERGÍA ELÉCTRICA La energía eléctrica es fundamental en el mundo actual. Permite iluminar nuestros hogares, hace posible el funcionamiento de múltiples aparatos, aporta la energía que requieren las industrias, etc. Para hacer uso de la energía eléctrica es necesario disponer de una fuente de energía eléctrica. Por ejemplo, en la unidad anterior tuviste ocasión de armar circuitos eléctricos sencillos empleando como fuente de energía una pila, de esas que se usan en las linternas. Claro que esta fuente de energía eléctrica es bastante limitada en cuanto a la cantidad de energía que podemos obtener de ella. Solo podemos hacer funcionar aparatos pequeños como linternas y juguetes. Pero hay muchas fuentes de energía eléctrica que el hombre ha diseñado para hacer funcionar máquinas y dispositivos diversos. Las fotografías siguientes muestran algunas fuentes de energía eléctrica numeradas del 1 al 6. Anota, en el listado de más abajo, el número de la fotografía que corresponde a cada fuente de energía que allí se menciona. 1 4 2 3 5 6 _____ Alternador de un automóvil _____ Generador portátil _____ Batería de automóvil _____ Panel solar _____ Pila _____ Generador de Central GUÍAS DEL ESTUDIANTE 2 ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico ¿Cómo funcionan las fuentes de energía eléctrica? Las diferentes fuentes de energía eléctrica tienen diversos mecanismos para transformar algún tipo de energía en energía eléctrica, sin embargo, todos ellos consisten, esencialmente, en entregar energía separando cargas positivas de cargas negativas, de modo que, al conectarse a algún circuito cerrado, esa energía se transfiera a las cargas libres de moverse que contienen los cables conductores del circuito. Por ejemplo, en el interior de una pila, mediante un proceso químico, se logran separar las cargas positivas de las negativas. En la figura siguiente se simboliza el proceso químico, en una pila, por un enano que dispone de energía como para separar cargas, llevándolas a los extremos opuestos de la pila. De este modo, las cargas libres de moverse, que contenga un circuito cerrado al cual se conecte, establecen una corriente eléctrica que al pasar por una ampolleta, por ejemplo, transforma la energía eléctrica en energía radiante o luminosa. - - - + + - + + + - + Figura 7 Por supuesto que no hay tal enano, es solo una representación del proceso químico que realiza un trabajo semejante al de este enano. Las otras fuentes de energía eléctrica realizan un trabajo semejante, solo que no se trata necesariamente de un proceso químico sino magnético o de otra índole. GUÍAS DEL ESTUDIANTE 3 ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico Baterías: Estas fuentes de energía eléctrica funcionan por un proceso químico. En eso se parecen a las pilas, sin embargo tienen la posibilidad de recargarse, es decir, restaurar las condiciones iniciales cuando se han agotado. Claro está que también hay algunos tipos de pilas que permiten eso. Generadores electromecánicos: Los generadores electromecánicos transforman, en energía eléctrica, la energía cinética de un embobinado (enrollado de cable) que gira dentro de un campo magnético creado por imanes. Dependiendo de dónde se obtiene la energía para hacer girar el embobinado, se tiene diferentes tipos de generadores. Antes de seguir, conviene hacer notar que el nombre, “generador”, que se da a estas fuentes de energía eléctrica no es adecuado, porque da la idea que estos aparatos crean energía, lo que es falso. Ya sabes que la energía no se crea. Lo que estos aparatos hacen es transformar energía cinética en energía eléctrica. A este tipo de fuente de energía pertenecen los llamados alternadores, que poseen los automóviles. El motor del auto hace girar la bobina del alternador. El alternador entrega energía eléctrica a la batería para mantenerla cargada. A su vez, es la batería la que proporciona energía eléctrica para hacer funcionar el motor de partida, las luces, la radio, etc. También el generador portátil es del tipo electromecánico. En este caso, la bobina del generador la hace girar un motor que funciona con bencina u otro combustible líquido. Igualmente los generadores de las centrales, que entregan energía eléctrica a las ciudades, son del tipo electromecánico. En este caso la bobina del generador se hace girar utilizando la energía de una caída de agua (centrales hidroeléctricas) o energía térmica de un combustible fósil como el carbón o el petróleo (centrales termoeléctricas) o energía nuclear (centrales termonucleares). GUÍAS DEL ESTUDIANTE 4 ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico Central hidroeléctrica Paneles solares: Los paneles solares están formados por un conjunto de “celdas fotovoltaicas”, que son dispositivos que transforman directamente la energía radiante de la luz solar en energía eléctrica. Aplicando lo aprendido Ahora te proponemos responder algunas preguntas para que verifiques cuánto has aprendido de lo que te contamos en los párrafos anteriores. Seguramente necesitarás volver a leer parte de ese texto. Hazlo. a) ¿Qué representa el enano de la figura 7? b) Las baterías de automóvil y las pilas son semejantes ya que realizan el mismo tipo de transformación de energía. ¿En qué consiste esa transformación? c) ¿Qué ventaja tienen las baterías comparadas con las pilas, en cuanto a la duración de la energía que poseen? ¿Por qué? d) ¿Por qué se afirma que el nombre “generador” que se da a algunos tipos de fuente de energía no es adecuado? e) ¿Cuál es la transformación de energía que realizan los generadores electromecánicos? f) ¿De dónde obtiene energía un alternador de auto para, finalmente, entregar energía eléctrica? g) Anota la secuencia de transformaciones de energía que ocurren en un generador portátil. h) Anota la secuencia de transformaciones de energía que ocurren en una central hidroeléctrica. i) ¿Cuál es la secuencia de transformaciones de energía enESTUDIANTE una central 5 GUÍAS DEL termoeléctrica? ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico ACTIVIDAD 2. LA ENERGÍA ELÉCTRICA Y EL MEDIO AMBIENTE De las diversas formas en que se presenta la energía para el uso humano, la energía eléctrica es la que menos contamina y la que más fácilmente se distribuye para su empleo industrial y familiar. A continuación te presentamos una lista de artefactos que podemos encontrar en diversas versiones, según el tipo de energía que emplean: Cocinas: Cocina a leña, cocina a gas, cocina eléctrica. Calefacción: Estufa a gas, estufa eléctrica, estufa a parafina. Iluminación: Lámpara a gas para camping, lámparas con combustible líquido para camping, velas, ampolletas eléctricas, linternas a pilas. Locomoción: Vehículos con motor a bencina, vehículos con motor a petróleo, vehículos con motor a gas licuado, vehículos con motor eléctrico. Ejercicio 1. Forma un grupo de trabajo con 2 o tres compañeros y escojan, en cada categoría, el artefacto más contaminante del medio ambiente y el menos contaminante. Indiquen las razones para su elección. Si bien la energía eléctrica es la que menos contamina al momento de emplearla, la fuente desde la cual se obtiene no siempre resulta inofensiva para el medio ambiente. Por ejemplo, las pilas de linternas y las baterías de automóviles constituyen un problema cuando llega el momento de desecharlas, dado que contienen materiales nocivos (plomo, mercurio, ácido sulfúrico, etc.). Además, contienen material que no es biodegradable. Ejercicio 2. Averigua en Internet o en la biblioteca la información necesaria para responder las siguientes preguntas: a) ¿Qué significa que un desecho sea biodegradable? b) ¿Cuáles componentes de una pila son dañinos para la salud? c) ¿Cuáles de los componentes de una batería son dañinos para el medio ambiente? ¿Cuál o cuáles tardan mucho en degradarse? d) ¿Qué cuidados se deben tener para evitar daños al ambiente al eliminar pilas y baterías? Sitios web sugeridos: http://elblogverde.com/%C2%BFque-es-biodegradable/ http://www.duncan.com.ve/co_componentes.html http://www.wrsmexico.com/info/pilas.htm GUÍAS DEL ESTUDIANTE 6 ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico Las principales fuentes de energía para el consumo industrial y las ciudades son las grandes centrales que ya hemos comentado en esta misma guía. Lamentablemente casi todas ellas afectan el entorno natural en que están emplazadas. Algunas más que otras. Ejercicio 3. Forma un grupo de trabajo con 2 o 3 compañeros más y respondan las siguientes preguntas. Busquen información en Internet o en la biblioteca si es necesario. a) ¿De qué manera afectan el medio ambiente natural las centrales hidroeléctricas? b) ¿Qué tipo de daños ambientales pueden producir las centrales termoeléctricas? c) ¿Qué problemas pueden ocasionar los desechos radiactivos de las centrales nucleares? d) ¿Cuáles accidentes graves en centrales nucleares se pueden mencionar? (Buscar en Google “accidentes nucleares”) e) ¿Cuál de las formas de obtención de energía eléctrica, a nivel industrial, les parece preferible? f) Existen fuentes de energía, no convencionales, más amistosas con el medio ambiente, como por ejemplo, la energía eólica, la energía geotérmica, la energía solar. ¿En qué consisten estas fuentes energía? Sugerencia: http://www.maslibertad.net/espacio/motivos/energ3.htm ACTIVIDAD 3. TRANSFORMACIONES DE ENERGÍA EN UN CIRCUITO En la Unidad “Electricidad y Corriente Eléctrica” tuviste ocasión de armar circuitos simples, como el de una linterna. Ahora volveremos a estudiarlos, pero desde el punto de vista de las transformaciones de energía que tienen lugar en un circuito. Ejercicio 4. Veamos cuánto recuerdas acerca de las transformaciones de energía. a) ¿Cuáles son las transformaciones de energía y las transferencias de energía que tienen lugar en una estufa a parafina encendida? b) Cuando un niño lanza hacia arriba una piedra mediante una honda, ¿cuáles son las transformaciones energía que ocurren desde que la piedra está en la honda hasta que llega de vuelta al suelo? c) Ya sabes que una pila es una fuente de energía eléctrica en que la energía está inicialmente en ella bajo la forma de energía química. Entonces, ¿cuáles son las transformaciones de energía que ocurren en el circuito de una linterna, cuando la ampolleta está encendida? GUÍAS DEL ESTUDIANTE 7 ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico Un circuito semejante al de una linterna es el de una lámpara como la que muestra la figura. La principal diferencia es que esta lámpara no utiliza pilas sino que la energía eléctrica para funcionar la obtiene de la red de energía eléctrica domiciliaria. La energía eléctrica de la red domiciliaria proviene de una central hidroeléctrica o termoeléctrica y, por lo tanto, en el circuito de la lámpara sólo se tiene la transformación de la energía eléctrica que se ha tomado del enchufe, en energía radiante y energía térmica, en la ampolleta. Esta energía se transfiere al ambiente, iluminando el entorno y elevando levemente de temperatura del aire cercano a la lámpara. + Ejercicio 5. Otro aparato eléctrico de uso en las casas es la lavadora. Seguramente has visto a alguna funcionando. Júntate con dos o tres compañeros y analicen detalladamente las transformaciones de energía que ocurren al interior de la lavadora. a) ¿Qué transformaciones de energía ocurren en el motor? ¿Hay energía cinética? ¿Hay energía térmica? b) ¿Qué tipo de energía adquiere el agua por la acción del motor de la lavadora? GUÍAS DEL ESTUDIANTE 8 ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico GUÍA 2. APLICACIONES DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA ACTIVIDAD 1 En la guía anterior ya tuviste ocasión de analizar las transformaciones y transferencias de energía en algunos aparatos eléctricos caseros. Pero bien sabes que la energía eléctrica tiene múltiples aplicaciones en la vida moderna. Ejercicio 1. La energía eléctrica es tan fundamental para todos nosotros que resulta muy difícil de imaginar un mundo sin ella. Forma un grupo de trabajo con unos 2 o tras compañeros para responder y discutir las preguntas siguientes. A continuación hay ocho figuras de aparatos muy comunes. a) ¿Cuáles de ellos no hacen uso de energía eléctrica? 1 5 2 6 3 4 7 8 b) Comenta tus respuestas con tus compañeros. ¿Coinciden todas las respuestas? ¿Hay algunos desacuerdos? c) Anota otros aparatos o dispositivos que no usen energía eléctrica. d) ¿Qué conclusiones obtienen respecto al empleo de la energía eléctrica en la actualidad? GUÍAS DEL ESTUDIANTE 9 ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico Seguramente ya te has dado cuenta que es difícil encontrar aparatos de uso actual que no empleen energía eléctrica. Eso confirma lo que hemos comentado en anteriormente: la energía eléctrica es fundamental en la vida moderna. Ejercicio 2. Debido a fallas en el sistema general de abastecimiento de energía eléctrica se han producido en Chile lo que popularmente se conoce como “apagones”, es decir, falta total de energía eléctrica. Eso ha afectado a varias regiones simultáneamente. También ha ocurrido en otros países. a) Si te ha correspondido vivir un “apagón”, escribe en unas pocas líneas los problemas que esto ha generado en las casas, en el barrio y en la ciudad en general. Si no recuerdas esa situación, pregunta a tus familiares y amigos acerca de la experiencia que para ellos significó vivir un apagón. b) ¿Qué conclusión extraes acerca de la importancia de la energía eléctrica? Medidas de seguridad en el uso de la energía eléctrica Seguramente tú sabes que hay que ser cuidadoso cuando se utilizan aparatos eléctricos, especialmente cuando se manipulan dispositivos que funcionan conectados a la red de 220 volts. Los aparatos que funcionan con pilas o baterías son menos peligrosos, aunque de todos modos no es bueno que niños pequeños manipulen pilas, porque pueden llevárselas a la boca e intoxicarse si la pila está rota o en mal estado. Cuando se utiliza un aparato eléctrico en la casa o en otro lugar, se debe estar consciente que si se hace descuidadamente, puede recibirse una descarga eléctrica muy peligrosa. El cuerpo humano es, en cierto modo, una máquina eléctrica. Los músculos y toda la red nerviosa funcionan mediante pequeñas descargas eléctricas. Si una corriente eléctrica externa lo llega a recorrer debido a una conexión accidental con fuentes eléctricas, puede provocarse un daño irreparable en el organismo. El corazón es particularmente sensible. Además, la corriente puede provocar daños en la mayoría de los órganos debido a los efectos químicos que ella desencadena y las graves quemaduras que puede generar. Veamos algunos cuidados básicos que se deben tomar para evitar un accidente eléctrico. GUÍAS DEL ESTUDIANTE 10 ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico 1. Al enchufar o desenchufar cualquier dispositivo eléctrico, como un equipo de música, equipo de TV, juguera o batidora, entre otros: a) Observar que el enchufe esté en buen estado. Si hay cable metálico a la vista (cable pelado), no enchufar. En cambio, se debe hacerlo reparar por un adulto que sepa hacerlo. b) Al desenchufar un aparato, tirar desde el enchufe y nunca desde el cable, ya que esto puede provocar su desprendimiento del enchufe. c) No forzar la introducción del enchufe en el tomacorriente mural si es que no entra libremente. d) No se debe conectar varios artefactos a un mismo tomacorriente, especialmente si se trata de aparatos que consumen mucha energía eléctrica en poco tiempo. e) No apoyar una radio, ni un secador de pelo cerca de la tina de baño. f) Evitar el empleo de alargadores de dudosa calidad (cables muy delgados y tomacorrientes de poca presión). 2. Al usar electrodomésticos, como lavadora, aspiradora y todo artefacto con estructura metálica: a) Nunca pisar sobre suelo mojado mientras se está manipulando el artefacto, ni trabajar con él con las manos mojadas. b) Revisar que el enchufe esté correctamente conectado, incluyendo el tercer conector (el enchufe debe tener las 3 patitas). Uno de esos conectores se llama “tierra”, y es una conexión de seguridad, de modo que si, por una falla, la estructura del aparato queda electrizada, la corriente eléctrica se irá a tierra y no pasará por el cuerpo de la persona. GUÍAS DEL ESTUDIANTE 11 ENERGÍA ELÉCTRICA Ciencias Naturales 5º Básico 3. Precauciones con los niños pequeños: a) En general se debe mantener fuera del alcance de los niños pequeños los aparatos eléctricos, aún cuando estén desenchufados. En muy probable que, por imitación, un niño intente enchufar el aparato, corriendo serio riesgo de electrocutarse. b) Cubrir, mediante tapones plásticos diseñados para eso, los tomacorrientes murales. Así se evita que los pequeños introduzcan en ellos objetos metálicos, lo que implicaría que la vida del niño estaría en riesgo. 4. Otras precauciones: a) Nunca encumbrar volantines cerca de tendidos eléctricos, especialmente si se utiliza hilo “curado”. La verdad es que nunca se debe emplear hilo curado por los graves cortes que puede provocar en las propias manos o en otras personas. b) No trepar rejas ni árboles que puedan estar en contacto con tendidos eléctricos. c) Toda instalación eléctrica y reparación de artefactos eléctricos debe ser realizada por adultos cuya profesión los habilita para hacerlo. Ejercicio 3. Después de leer los párrafos anteriores responde el siguiente cuestionario. Repasa su lectura si es necesario. a) ¿Qué precauciones se debe tener al encumbrar volantines? b) ¿Qué cuidados se debe tener al enchufar o desenchufar un aparato eléctrico? c) ¿Por qué crees tú que no se debe tener un equipo de radio junto a la tina de baño? d) ¿Es conveniente emplear triples? ¿Por qué? e) ¿Qué cuidados se debe tener en la limpieza del suelo junto a una lavadora? f) ¿Cómo se puede evitar que un niño pequeño introduzca sus dedos u objetos metálicos en un tomacorriente mural? g) ¿Se te ocurre alguna medida de protección que no se haya mencionado en esta guía? Comenta con tus compañeros. GUÍAS DEL ESTUDIANTE 12
