La Energía - IES Carlos Álvarez
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Tema 10: La Energía Lectura inicial Hongo atómico producido por una explosión nuclear A principios del siglo XX, una época en la que a las mujeres no les estaba permitido estudiar, Lise Meitner consiguió doctorarse en Ciencias Físicas. Durante unos treinta años, Meitner trabajó en Alemania junto a su amigo el químico Otto Hahn. El interés de ambos estuvo centrado en proseguir con los experimentos del italiano Fermi sobre la ruptura del núcleo del átomo de uranio. Cuando Hitler llegó al poder, Lise Meitner fue excluida de la investigación, por su condición de judía, y huyó a Suecia, desde donde siguió colaborando con Hahn a través de cartas. En una de estas comunicaciones, Lise informó a Hahn de que al bombardear los átomos de uranio con neutrones, se desprendía una gran cantidad de energía. Al proceso lo denominó fisión nuclear. Estos resultados fueron publicados en solitario por Otto Hahn, quien argumentó que Meitner había sido una interferencia y que su marcha facilitó el trabajo. En 1944, Otto Hahn recibió el Lise Meitner y Otto Hahn premio Nobel por el descubrimiento de la fisión nuclear, mientras que el trabajo de Lise no fue reconocido por la Academia. A Meitner la propusieron participar en el proyecto Manhattan, para la fabricación de la primera bomba atómica a partir de la fisión nuclear. Propuesta que Lise rechazó. A pesar de su rechazo, el proyecto Manhattan se llevó a cabo y una de las primeras aplicaciones de su descubrimiento fue la explosión de la primera bomba atómica sobre la ciudad japonesa de Hiroshima. Efectos de la bomba atómica en Hiroshima Recuerda y Contesta 1- Señala varios ejemplos de la vida cotidiana en los que se manifieste la existencia de energía. 2- ¿De dónde obtenemos las personas la energía para movernos diariamente? ¿Y una calculadora, de dónde obtiene la energía para funcionar? 3- ¿De dónde procede la energía eléctrica? 4- ¿Puede agotarse la energía? 5- Indica diferentes acciones que puedes hacer en tu casa o colegio para ahorrar energía. Esquema de contenidos Formas de energía Mecánica Eléctrica Interna Electromagnética Química Nuclear Térmica La energía Fuentes no renovables Definición Origen Características El futuro Carbón Petróleo Gas natural Uranio Fuentes de energía Clasificación Fuentes renovables Hidráulica Solar Eólica Biomasa Geotérmica Maremotriz 1- ¿Qué es la energía? Definimos la Energía como la capacidad de producir cambios en los cuerpos. La Energía se puede medir, todo aquello que podemos medir se denomina magnitud. Se ha de expresar mediante Unidades: Unidades de la Energía Unidad Símbolo Equivalencia Julio J Caloría cal 1 cal = 4,18 J Kilowatio hora kWh 1 kWh = 3600000J ENERGÍA Capacidad de producir cambios en los cuerpos Origen de la energía Casi toda la energía de que disponemos proviene del Sol. Esta energía: a) Proporciona un clima adecuado b) Origina el Ciclo del Agua. c) Posibilita la formación de materia orgánica a través de la fotosíntesis. Pág 182: Act, 1, 2 y 3 Página 183 2- Características de la energía. a) Puede ser almacenada b) Puede ser transportada -La Energía Química en Pilas -La Energía Eléctrica en Condensadores -La Energía Eléctrica mediante cables La Energía Eléctromagnética mediante ondas c) Puede transformarse de unas formas de energía a otras que sean más útiles. Página 183 d) Se transfiere: Pasa de unos cuerpos a otros e) Se conserva: La energía no se puede crear ni destruir, sólo se transforma o se transmite de un cuerpo a otro. Esto se conoce como Principio de Conservación de la Energía f) Se degrada: En las transformaciones de energía, se produce calor, que no es posible aprovechar. Página 183. Actividades 4, 5 y 6 3-Formas de presentarse la Energía La Energía se presenta en diferentes formas y con distintos nombres: luz, calor, energía nuclear, etc. Cualquiera de estas formas de energía puede ser transformada en otra. a) Energía Mecánica (Em): Es la energía que tiene un cuerpo por el hecho de ocupar una posición en el espacio y por tener una velocidad determinada. - Energía Cinética: Es la Energía que tiene un cuerpo por el hecho de estar en movimiento. 1 m v2 Ec = 2 - Energía Potencial: Es la Energía que tiene un cuerpo por estar situado a una determinada altura. Ep = m g h En estas expresiones: m= masa (kg); v = velocidad (m/s); h = altura (m) Y g es la aceleración de la gravedad y vale 9,8 m/s2 La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la potencial: Em = Ec + Ep Tienen energía potencial Disminuye su energía potencial Tiene energía cinética, que va en aumento No tienen energía potencial No tienen energía cinética b) Energía eléctrica Aparece cuando las partículas cargadas (generalmente, electrones) se mueven en una dirección. Este movimiento ordenado produce la corriente eléctrica. La energía eléctrica tiene la ventaja de que es fácilmente utilizable. Por este motivo casi todos las fuentes de energía acaban siendo convertidas en energía eléctrica. ¿Cómo se produce la electricidad? De forma muy simple podemos decir que la corriente eléctrica se produce cuando un imán se mueve en el interior de una bobina de hilo conductor o viceversa. De esta forma la electricidad se genera a partir de otras fuentes de energía, principalmente en: -Centrales hidroeléctricas donde se usa la Energía mecánica del agua para hacer girar unas turbinas conectadas a un generador produciendo la electricidad. -Centrales termoeléctricas donde se produce electricidad a partir del carbón, petróleo y otros combustibles. La quema de los combustibles fósiles calienta vapor de agua que hace girar las turbinas conectadas a los generadores. -Centrales Nucleares: en ellas es la energía procedente de la fisión nuclear la que se utiliza para calentar el fluido que hace girar las turbinas. - También puede generarse a partir de la Energía Eólica, Solar y Biomasa entre otras. ¿Cómo se produce la electricidad? Central nuclear c) Energía Interna Es la energía que poseen los cuerpos debido al movimiento de los átomos o de las moléculas que los forman. La energía interna aumenta Estado sólido Estado liquido Estado gaseoso Movimiento de las moléculas o átomos d) Energía electromagnética o radiante Este tipo de energía lo poseen las ondas de radio y de televisión, microondas, la luz, etc. Se transmiten por el espacio sin necesidad de ningún medio material por lo que no se degrada. Se propaga a una velocidad de 300.000 km/s. Ondas de radio y televisión Se transmite por el espacio, no se degrada Microondas Luz e) Energía Química Es la que poseen todos los compuestos químicos. Se pone de manifiesto en todas las reacciones químicas. Los alimentos, las pilas eléctricas y los explosivos contienen esta energía. Reacciones de oxidación Pila En reacciones químicas Glúcidos Lípidos En los alimentos Energía química f) Energía Nuclear Se obtiene a partir del núcleo de los átomos. Se manifiesta en las reacciones nucleares, en las que se liberan grandes cantidades de energía. Puede ser de dos tipos: Energía Fusión nuclear Sol Los núcleos atómicos se unen Fisión nuclear El núcleo atómico se rompe Energía Explosión atómica Central nuclear g) Energía Térmica Es la energía que pasa de un cuerpo a otro al estar a distinta temperatura. A este paso de energía es a lo que denominamos Calor. El calor es energía en tránsito, no está en ninguno de los cuerpos sino que pasa del que está a mayor temperatura al que está a menor temperatura. CALOR Energía en tránsito Movimiento de átomos y moléculas Actividades 7, 8 y 9 de la Página 185 Transferencia de energía Resumen página 186 4- Las fuentes de energía y sus tipos Fuente de Energía es todo aquel medio natural o artificial del que podemos extraer energía y utilizarla. Fuentes no Renovables: Son las que no se regeneran a la escala humana de tiempo. Se forman durante períodos de tiempo muy largos y procesos geológicos muy lentos. Tipos de Son no renovables: el carbón, el petróleo, el gas natural y el uranio. Fuentes de Energía Fuentes Renovables: Son aquellas que se regeneran continuamente. Tienen su origen en el Sol. Son renovables: el Sol, el viento, el movimiento de los ríos, las olas y las mareas, el calor interno de la Tierra y la biomasa. El hecho de que una fuente sea renovable no significa que sea abundante, poco costosa o que no presente problemas ambientales. En los últimos años se ha incrementado el uso de las energías procedentes de fuentes renovables. Esto es debido al alto precio, al agotamiento y a los problemas ambientales de las fuentes no renovables. En la actualidad la tecnología de las Energías renovables está lejos de poder satisfacer un consumo energético cada vez mayor. Petróleo Carbón 8,9 % 28,2 % Fuentes renovables Gas natural Eólica 26,2 % 16,6 % 19,9 % Hidráulica 45,2 % 49,1 % 4% Uranio Biomasa 1% Solar Actividades 10, 11, y 12 página186 Participación de fuentes no renovables y renovables en la producción de energía eléctrica (2005) Efecto Invernadero, calentamiento global. Observa atentamente el siguiente video. En un folio indica con cuál de las dos opiniones te identificas más y por qué. ¿Qué crees que se puede hacer? 5- Fuentes no renovables de energía a) Carbón El Carbón se formó hace millones de años cuando grandes cantidades de restos vegetales quedaron enterrados en zonas poco profundas, como pantanos o lagos. Tipos de Carbón -Antracita -Hulla -Lignito -Turba % Carbono Poder calorífico Antracita 86-98 35 MJ/Kg. Hulla 45-86 33 MJ/Kg. Lignito 25-42 20 MJ/Kg. Turba Menos de 25 - -Como combustible en centrales térmicas Usos del Carbón - Usos domésticos: calefacción, cocina, etc. -Materia prima para obtener distintos productos: Plásticos, fibras sintéticas y productos farmaceúticos b) Petróleo El petróleo se originó hace millones de años por la acumulación de microorganismos marinos (plancton) en el fondo del mar. Al quedar enterrados Y bajo condiciones adecuadas de presión y temperatura, se transformaron en Petróleo. El petróleo se extrae en forma de crudo, y para su utilización debe someterse a un proceso de destilación llamado refinado. El transporte del petróleo se realiza por oleoductos y barcos petroleros, que presentan un elevado riesgo de contaminación por accidentes. Se emplea como combustible y como materia prima para la fabricación de fertilizantes, plásticos, pinturas, medicamentos, etc. La mayor problemática de la combustión del petróleo es la formación de CO2 (gas de efecto invernadero) y óxidos que provocan lluvia ácida. Actividad: Haz un informe sobre la catástrofe ambiental del Prestige,cuándo y dónde ocurrió, por qué estuvo causada, cuáles fueron sus consecuencias, en que estado se encuentra el juicio sobre el caso, etc Pag 187. Actividades 13, 14, 15 y 16 c) Gas Natural Es una mezcla de gases entre los que el metano CH4 se encuentra en mayor proporción. - Su origen es el mismo que el petróleo y por ello se encuentra junto a él. - Una vez extraído se licua y se transporta a través de gaseoductos. Para usarlo ha de ser de nuevo convertido en gas. -Su poder calorífico es alto y su combustión es limpia ya que no contiene Azufre y Nitrógeno. Elementos que forman óxidos que producen lluvia ácida -Se usa en: - Cocinas y calefacción. -Combustible en vehículos de transporte público -Producción de electricidad en centrales térmicas. d) Uranio Es un elemento químico radiactivo, es decir, sus átomos son inestables y se rompen formando elementos nuevos y desprendiendo energía. En las centrales nucleares se rompen los átomos de uranio mediante la fisión nuclear. La energía que se libera se usa para calentar agua, se produce vapor que mueve una turbina y produce electricidad. Las centrales nucleares no producen gases de efecto invernadero ni lluvia ácida. Sin embargo, generan una gran cantidad de residuos radiactivos, perjudiciales para la salud y el medio ambiente, lo que obliga a almacenarlos en lugares de alta seguridad durante centenares o miles de años. En España estaba previsto el cierre de las instalaciones nucleares existentes en los próximos años. La nueva crisis del petróleo está haciendo replantearse el asunto de la energía nuclear en nuestro país. Actividad: Averigua cuántas centrales nucleares hay en España y dónde se encuentran. ¿Qué porcentaje de la energía que consumimos producen? Página 188: Actividades 17 y 18 Opiniones a favor y en contra de la energía nuclear Actividad: Mide tu huella ecológica en la siguiente página. http://www.vidasostenible.org/ciudadanos/a1_01.asp 7-Fuentes renovables de Energía Son fuentes de Energía no agotables, más respetuosas con el medio ambiente y con emisiones casi nulas de gases contaminantes. a) Energía Hidraúlica Se obtiene a partir del agua almacenada en las presas en los embalses de los ríos. La energía potencial del agua se transforma en Energía Cinética, el movimiento de las turbinas genera electricidad como vimos anteriormente. -Mantenimiento mínimo Ventajas -No genera residuos -Ayuda a controlar Inundaciones y suministra agua durante épocas de sequía Inconvenientes -Pérdidas en el transporte de la electricidad. -En períodos de sequía la producción es menor -Impacto ambiental de la construcción de presas -Riesgos de rotura de presas Ventajas: -No genera residuos ni contaminantes Centros de consumo Inconvenientes: - Su construcción produce alteraciones en el entorno Transformador Ec máxima Ep mínima Generador Central hidroeléctrica Compuerta Actividades 18, 20, 21 y 22. Pag 189 Turbina Ec máxima Ep mínima b) Energía Solar Esta Energía se puede aprovechar de dos formas -Térmica -Fotovoltaica - Térmica: Se usa la energía solar para calentar un fluido, generalmente agua, en unos aparatos llamados colectores. La energía obtenida se usa para obtener agua caliente y calefacción. En los últimos tiempos se está usando también, a altas temperaturas, para obtener energía eléctrica. Planta Solar térmica de San Lucar - Fotovoltaica: Transforma directamente la energía del Sol en energía eléctrica por medio de unos dispositivos de silicio, llamados paneles fotovoltaicos. Puede usarse directamente o transferirse a la red. Estación espacial Internacional La base científica de la energía fotovoltaica es el efecto fotoeléctrico (descubrimiento por el cual recibió Einstein el premio Nobel de Física Cuando el Sol choca contra un metal como el Silicio arranca electrones de él. -Es una fuente inagotable Ventajas de la Energía Solar -Es una energía limpia -Tiene un mantenimiento barato y llega a zonas aisladas -Reduce la dependencia de los combustibles fósiles -Su disponibilidad depende de factores atmosféricos Inconvenientes de La Energía Solar -No se puede almacenar, ha de ser transformada en energía eléctrica. -Necesitan grandes extensiones de terreno para los paneles solares Su desarrollo está aún muy limitado en España, a pesar de ser el país europeo con mayor radiación solar. Algunas de las causas de la escasa implantación de este tipo de energía son la falta de concienciación ecológica y la necesidad de realizar una inversión inicial alta que no todo el mundo está dispuesto a asumir. Actividades 23 y 24. Página 190 c) Energía Eólica Aprovecha la energía cinética producida por el viento. Se puede usar directamente o transformada en otras formas de energía. A lo largo de la historia se ha utilizado para diferentes actividades: Mover embarcaciones Mover molinos de viento Bombear agua Actualmente, los aparatos que se emplean para aprovechar la energía eólica son los aerogeneradores Ventajas de la Energía Eólica Inconvenientes de la Energía Eólica -El viento no se agota y es gratuito -Bajo coste de instalación y mantenimiento de los aerogeneradores -Alto rendimiento -Reduce la dependencia de los combustibles fósiles -Es intermitente y aleatoria ya que depende del viento - Es difícil de almacenar -Los aerogeneradores son un peligro para las aves - Producen alteraciones visuales en el paisaje - Generan interferencias en los radares, TV y radio. La producción de energía eólica en España es la segunda de Europa y la cuarta del mundo. En 2010 cubrió el 16,6% de la demanda eléctrica y se consolidó como la tercera tecnología que más aporta, tras la nuclear y los ciclos combinados. La eólica marina es también otro de los desafíos del sector. Mientras en tierra firme es una de las principales potencias del mundo, España no tiene ninguna instalación de este tipo en sus aguas. Act 25, 26 Y 27. Pág. 191 -Biomasa La Biomasa es el conjunto de materia orgánica de origen animal o vegetal procedente de la transformación natural o artificial de los restos de seres vivos. La Energía de la biomasa es la que se puede obtener de ella mediante la quema directa o mediante la transformación en otro tipo de combustible. -Mediante el cultivo agrícola de especies de alto crecimiento, como cardos, remolachas y cereales. Formas de producir Biomasa -Aprovechamiento de los residuos de las actividades domésticas, agrícolas, ganaderas y forestales. -Transformación química o biológica de ciertas especies Vegetales para convertirlas en productos energéticos como Los biocombustibles, como el biodiésel o el etanol Ventajas de la Biomasa Inconvenientes de la Biomasa -Produce pocos residuos -Los biocombustibles son menos contaminantes que los combustibles fósiles. -El uso energético de los residuos de la biomasa eliminan el coste del tratamiento de los mismos. -Bajo rendimiento energético -Dificultad de manipulación y transporte -La producción de Biocombustibles está directamente Relacionada con el aumento de los precios de los alimentos Y con la deforestación de grandes zonas que se están Dedicando al cultivo de cereales para biocombustibles. Actividades 28, 29 y 39. Página 192 A favor de los biocombustibles…. Profundicemos un poco más en el tema de los Biocombustibles Actividad: Resume las ideas principales de los dos videos anteriores. ¿Te parecen los biocombustibles una solución o una amenaza? ¿Por qué? -Energía geotérmica Es la energía procedente del calor almacenado en el interior de la Tierra. Se puede aprovechar mediante la perforación de la superficie terrestre. Ventajas: -Rentable en la producción de energía eléctrica Inconvenientes: - Localización difícil y costosa, genera impacto ambiental. Calor en zonas volcánicas Para calefacción y climatización de piscinas Calor en zonas de aguas termales Parque Nacional de Timanfaya, Lanzarote -Energía Maremotriz Es la energía que se obtiene del movimiento del agua del mar, principalmente por las mareas. Pleamar La energía cinética se emplea para generar electricidad Ventajas: -Limpia, inagotable, no produce residuos Inconvenientes: - Costosa, bajo rendimiento, alteración de ecosistemas Embalse llenándose de agua Bajamar Compuerta abierta Act 31, 32 ,33 Pág. 193 8- El futuro de la energía Medidas para garantizar el suministro de energía en el futuro: • Desarrollo de tecnologías que permitan el uso de energías renovables. • Concienciación ciudadana. El aprovechamiento de la energía depende de todos Apagar las luces que no se usan y aprovechar la luz natural Apagar totalmente los aparatos eléctricos Comprar electrodomésticos de clase A (bajo consumo) Llenar la lavadora el lavavajillas y usar programas de ciclo corto Usar bombillas de bajo consumo Facilitar el reciclaje de papel y vidrio Utilizar el transporte público El futuro ambiental del planeta depende de todos…. ¿Conoces la regla de las tres R? Haz una lista en la que pongas al menos 5 ejemplos de cada una de las Erres….
