Conservación y degradación de energía

Conservación y degradación de la energía.

Principio de conservación de la energía.

La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Por tanto, la energía total del universo se mantiene constante.

Degradación de la energía y el problema energético

El principio de conservación de la energía dice que toda la energía que intercambia un sistema se transforma en otras formas sin variar su valor.

Este principio no pone restricción sobre el sentido en el que ocurren los procesos físicos, pero una simple observación de los fenómenos muestra que se producen espontáneamente en un sentido determinado y no en el opuesto.

Algunos ejemplos:

-Cuando se ponen en contacto dos cuerpo de diferente temperatura el de mayor temperatura cede energía al de menos temperatura, pero nunca al revés.

-Si frotamos un papel de lija con un trozo de madera, aumenta su temperatura; la energía mecánica se ha invertido en calentar el papel.

La energía transferida mediante calor no puede transformarse íntegramente en otras formas de energía.

Si no existiesen pérdidas caloríficas, se podría construir una máquina que funcionara sin consumir energía, es decir, un móvil perpetuo.

Degradación de la energía.

Aunque en cualquier proceso la cantidad de energía se conserva, no se conserva su ''calidad'', porque tiende a transformarse en formas de energía menos útiles.

En las transformaciones energéticas, una parte de la energía inicial se disipa caloríficamente y no puede ser íntegramente convertida de nuevo en la forma que tenía la energía inicial. Esta energía transferida como calor es el resultado final de toda transformación energética.

La energía se conserva en los cambios, pero tiende a transformarse en formas de energía menos aprovechables.

Cualquier tipo de energía puede transformarse íntegramente en calor; pero, éste no puede transformarse íntegramente en otro tipo de energía. Se dice, entonces, que el calor es una forma degradada de energía. Son ejemplos:

·         La energía eléctrica, al pasar por una resistencia.

·         La energía química, en la combustión de algunas sustancias.

·         La energía mecánica, por choque o rozamiento.

Rendimiento energético.

En una transformación energética, la energía suministrada, es igual a la suma de la energía útil, o aprovechable, más la energía disipada caloríficamente.

Se denomina rendimiento energético, r, al cociente entre la energía útil y la energía suministrada. Se expresa en porcentaje.

R= Energía útil    x 100

     Energía Total

Energía-Fuerza y Trabajo

Energía, fuerza y trabajo

Energía humana y animal.

Energía, fuerza y trabajo son conceptos muy relacionados, aunque son distintos entre sí.

Básicamente, la energía está presente en todos los cuerpos (si el cuerpo está en reposo posee energía potencial y si está en movimiento la energía potencial se ha trasformado en energía cinética).

La fuerza es una acción que solo se puede expresar (ver sus resultados) cuando hay interacción entre dos cuerpos.
La Fuerza podrá ser por contacto (hay contacto entre los dos cuerpos) o a distancia (no existe contacto).Ej.  Imán
Fuerza aplicada de un cuerpo al otro transforma la energía potencial en cinética.

El resultado de esta aplicación de fuerza para transformar la energía se denomina trabajo.

Clarifiquemos un poco.

Respecto a la energía:

La energía es una propiedad o atributo de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éstos pueden transformarse modificando su situación o estado, así como actuar sobre otros originando en ellos procesos de transformación. Sin energía, ningún proceso físico, químico o biológico sería posible. Dicho en otros términos, todos los cambios materiales están asociados con una cierta cantidad de energía que se pone en juego, se cede o se recibe.

La fuerza al patear el balón lo desvía de su trayectoria.

Conceptualmente, energía es la capacidad para realizar un trabajo o para transferir calor; la energía a su vez se presenta como energía calórica, energía mecánica, energía química, energía eléctrica y energía radiante; estos tipos de energía pueden ser además potencial o cinética. La energía potencial es la que posee una sustancia debido a su posición espacial o composición química y la energía cinética es la que posee una sustancia debido a su movimiento.

Respecto a la fuerza:

De modo natural, todos los cuerpos ejercen interacciones entre sí. Al hacerlo, producen efectos que pueden cambiar la forma de algunos o pueden moverlos o detenerlos.

La mgnitud de estas interacciones se puede medir utilizando el concepto de fuerza, la cual podemos definir así:

“Fuerza es la interacción entre dos cuerpos, que produce cambios ya sea en la forma o en el estado (reposo o movimiento) de ellos.”

De forma simple: el trabajo es el resultado de la aplicación de una fuerza.

Las leyes que rigen el comportamiento de las fuerzas las enuncióNewton y hoy se conocen como Las tres leyes de Newton y conforman los Principios de la Dinámica.

Respecto al trabajo:

En el lenguaje cotidiano, la palabra “trabajo” se asocia a todo aquello que suponga un esfuerzo físico o mental, y que por tanto produce cansancio.

En física se produce trabajo sólo si existe una fuerza que al actuar sobre un cuerpo da lugar a su desplazamiento.

Entonces, se llama trabajo al resultado o efecto producido luego de aplicar  una fuerza para hacer que algo se desplace en la dirección de esa fuerza.

Energía Actividades

Actividades para resolver:

Mediante el siguiente enlace se puede comprender el concepto de energía y sus formas. Con esta información, resuelvan el siguiente cuestionario y luego elaboren un informe con las respuestas utilizando un procesador de texto de sus equipos portátiles.

a) Definan el término energía.

b) Expliquen cuál es la principal fuente de energía de la Tierra.

c) Existe una clasificación que divide en dos grandes grupos a los diferentes tipos de energía. Comenten cuáles son y qué significado tiene cada uno.

d) La energía, tal como se la encuentra en la naturaleza, debe ser transformada para se utilizada. Expliquen cómo y por qué.

e) ¿Cuál es la importante transformación de energía que realizan las plantas?

f) ¿Qué tipo de transformación de energía es la que genera fuego?

g) Expliquen de dónde proviene la energía eléctrica.

h) ¿Cómo utiliza la energía eléctrica en su cuerpo el ser humano?

i) Comenten las diferentes maneras en que el ser humano genera energía eléctrica para el uso cotidiano.

j) Se dice que la electricidad es una fuente de energía eléctrica secundaria. Expliquen el significado de esa frase.

k) ¿Cómo se utiliza la energía cinética para producir electricidad? Den ejemplos.

l) La caída del agua debido a la fuerza de gravedad también es otra forma de generar electricidad. Expliquen cómo funciona y den ejemplos.

m) Expliquen qué es la energía eólica y den ejemplos de sus aplicaciones.

n) La luz solar se utiliza como fuente de energía. Expliquen cómo se puede realizar esto.

ñ) El calor producido por la Tierra es una excelente fuente de energía. ¿Cómo se llama a esta forma de energía?

o) La denominación de “energías limpias” es un concepto cada vez más utilizado, ¿qué significado tiene?

p) Bajo el concepto de “energías limpias o sucias”, ¿cuáles consideran que predominan en la actualidad?

q) El petróleo, el gas natural y el carbón, son…

- ¿energías renovables o no renovables?

- ¿energías limpias o sucias?

- ¿energías muy usadas en la actualidad o no?

r) Las energías provenientes de los fósiles (petróleo, gas natural y carbón), generan un problema importante en el ambiente que preocupa a los científicos, ¿a qué problema se está haciendo referencia? Propongan un listado de soluciones para este problema.

Energía

ENERGÍA.- 

Todos los cambios físicos y química están acompañados de energía. Ejemplos: Para un cambio de estado la sustancia debe absorber o liberar energía, tu cuerpo necesita energía para realizar sus actividades diarias, el automóviles necesitan energía para moverse y funcionar, los aparatos eléctricos necesitan energía para funcionar, etc. En todos los procesos la energía está presente de alguna forma.

Energía.- Es la capacidad para realiza un trabajo o para transferir calor.

Energía potencial.- Es la que posee una sustancia en virtud de su posición o de su composición química.

Energía cinética.- Es la que posee una sustancia en virtud de su movimiento.

Ejemplo: El agua que está en la parte superior de una presa tiene energía potencial debido a la fuerza gravitacional. Cuando se permite que el agua fluya por una turbina, hacia un nivel inferior, la energía potencial se convierte en energía cinética (energía de movimiento). Conforme el agua cae, su energía potencial disminuye y su energía potencial aumenta. La turbina convierte parte de la energía cinética del agua en energía eléctrica. La electricidad así producida se transporta por medio de cables hasta los hogares y fábricas, donde se puede transformar en energía lumínica, energía calorífica o energía mecánica.

Así pues, la energía puede manifestarse en diferentes formas y transformarse de una a otra. A continuación se muestra una tabla con diversas formas de energía y su fuente.

tabla con diversas formas de energía y su fuente.

Forma de energía	Fuente
Energía calorífica	Combustión de carbón, madera, petróleo, gas natural, gasolina y otros combustibles.
Energía eléctrica	Plantas hidroeléctricas o termoeléctricas.
Energía química	Reacciones química.
Energía hidráulica	Corrientes de agua.
Energía eólica	Movimiento del aire.
Energía nuclear	Ruptura del núcleo atómica mediante la fisión nuclear.
Biomasa	Cultivar plantas y quemarlas para producir energía.
Energía lunar	Potencia de las mareas
Energía geotérmica	Fuerzas gravitaciones y radiactividad natural en el interior de la tierra (géiseres y volcanes).
Energía radiante	Onda electromagnéticas (ondas de radio, rayos luminosos, etc.)

Energía Hidroeléctrica

Las diferentes formas de energía tienen ventajas y desventajas que deben sera analizadas. Por ejemplo, la construcción de plantas para la utilización de la energía lunar destruiría bahías o costas apreciadas por su belleza natural.
Es cierto que el mundo enfrenta un problemas de recursos energéticos. La decisión debe ser tomada por personas bien informada que analicen los pro y los contra de las diversas alternativas que existen para obtener energía.

Ley de la conservación de la energía:

Todos los cambios físicos y químicos involucran energía, pero esta energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Unidades de la energía.-

CALORÍA.- Es la unidad estándar de la energía calórica (energía transferida de una sustancia a otra cuando hay una diferencia de temperatura entre ellas).
JOULE.- Es la unidad estándar para la medición de la energía calórica en el Sistema Internacional de unidades.

1 cal = 4.184 Joules

La Energía tiene ciertas características.

Almacenarse: Se puede guardar.

Transportarse: Se puede llevar de un lugar a otro

Transformarse: Se convierte en otra forma de energía

Transferirse: Pasa de un cuerpo a otro

Conservarse: (no se gasta)

Todo es ENERGIA. Hasta la misma MATERIA se puede transformar en ENERGIA.

La cuestión primordial es disponer de ENERGIA a toda costa. Y aquí empiezan los problemas.

¿Son inagotables las fuentes de energía que dispone el hombre? 

Sabemos que hoy estamos frente a un grave problema: el derroche energético.

Sin embargo, el ser humano tiene ante sí el desafío de resolver éste problema, que pareciera comprometer su futuro. Un futuro que es hoy. Un hoy con fuentes de energía renovables y limpias…. 

Ejemplos:

•  El motor de un auto si tiene nafta puede realizar un trabajo o actividad, que será que el auto se mueva o ande. Si no tiene nafta, el motor no puede trabajar. Por lo tanto la nafta contiene energía.

•  Una plancha desenchufada no puede realizar su trabajo de planchado pues no tiene energía, necesita que se la conecte a un enchufe y recibir energía para poder realizar su trabajo.

•   Un deportista que no se alimenta bien no puede realizar correctamente su actividad física ya que no tiene energía. Necesita incorporar una buena cantidad de ciertos alimentos para que éstos le aporten su energía y así poder desarrollar su trabajo.

Así como vimos que la MATERIA puede presentarse de diferentes maneras o tipos a los que denominamos MATERIALES, “su compañera” la ENERGIA también tiene distintas formas o tipos.

Veremos ahora algunos de esos tipos o formas de ENERGIA y de donde provienen tales formas energéticas

·       Energía química: es la que poseen los alimentos, los medicamentos, los combustibles, los vegetales, etc. y que produce transformaciones que implican reacciones químicas.

·       Energía calórica: es aquella que produce una elevación en la temperatura de los cuerpos.

·       Energía eléctrica: es la producida por ciertos generadores (pilas, centrales eléctricas, baterías) y por la cual las cargas eléctricas circulan a través de diferentes conductores (cables).

·       Energía sonora: es la producida por ciertos cuerpos al vibrar.

·       Energía nuclear o atómica: es la que está contenida en los núcleos de los átomos y que se aprovecha en las centrales nucleares.

·       Energía cinética: es la que poseen todos  los cuerpos que están en movimiento.

·       Energía potencial. es la que poseen aquellos cuerpos que están en reposo pero ubicados a cierta altura con respecto al suelo.

·       Energía lumínica: es la producida por alguna fuente luminosa (Sol, lámparas, velas, etc.)

·       Energía eólica: es la producida por el movimiento del aire.

·       Energía maremotriz: se origina a partir del movimiento de las aguas del mar (mareas).

·       Energía geotérmica: es un tipo de energía térmica que se origina a partir del calor proveniente del centro de la Tierra.

Ya hemos visto y podido comprobar que la ENERGÍA presenta distintas formas y que además la ENERGÍA sufre o experimenta constantemente TRANSFORMACIONES.

También se hace evidente en todas las situaciones analizadas que siempre donde está la ENERGÍA está su compañera la MATERIA.

Los diferentes tipos de energía pueden sufrir transformaciones, es decir una forma de energía puede transformarse en otra forma diferente y es allí donde se pone de manifiesto la energía y donde el hombre puede aprovecharla en su beneficio.

Toda transformación energética  está regida por el PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA cuyo enunciado dice:

Sin embargo cuando se produce una TRANSFORMACIÓN ENERGÉTICA hay una cierta cantidad de ENERGÍA que no es útil para el hombre y que por lo tanto no la puede aprovechar, debido a que esa ENERGÍA se “pierde” en el ambiente en forma de calor.

Dicha energía recibe el nombre de ENERGÍA DISIPADA.

Veamos un ejemplo concreto para que puedas comprender mejor “éste asunto“ de la

ENERGÍA DISIPADA.

•  Cuando encendemos una lámpara, ésta recibe una cierta cantidad de energía eléctrica (energía que ingresa). Esa energía eléctrica se transforma en dos tipos de energía: energía lumínica y  energía calórica. Nosotros aprovechamos la luz, es decir la energía lumínica (energía útil), pero el calor (energía calórica) que despide la lamparilla  no lo aprovechamos,  se “pierde en el aire”. En éste caso el calor sería la energía disipada.

Por lo tanto podemos concluir que en toda TRANSFORMACION ENERGETICA se cumple que:

 Para ir terminando con ésta cuestión de la ENERGÍA, sus formas, sus  transformaciones, su conservación, etc, etc…. Vamos a dedicarnos un  poco a dos formas de energía que tienen gran importancia desde el punto de vista de la BIOLOGIA y de la FISICO-QUIMICA, es decir de las CIENCIAS NATURALES.

¿Cuáles son esas formas de energía que tienen tanto interés para las CIENCIAS NATURALES?…..

Son la ENERGÍA CALÓRICA  y la  ENERGIA QUIMICA.

Veamos entonces algunos aspectos que deberás tener siempre muy en cuenta, con respecto a la primera, la ENERGÍA CALORICA o simplemente CALOR

CALOR es una forma de energía que produce un cambio en la temperatura de los cuerpos.

CALOR y TEMPERATURA están íntimamente relacionados, pero no son lo mismo.

CALOR es una energía que se transmite de un cuerpo a otro, provocando un aumento en la TEMPERATURA del cuerpo que lo recibe y consecuentemente una disminución de la misma en el cuerpo que lo pierde.

CALOR es la energía que produce un aumento en el movimiento de las partículas que constituyen un cuerpo y TEMPERATURA es la medida del movimiento de tales partículas.

CALOR se mide por medio de un instrumento denominado CALORIMETRO y se expresa, generalmente, en unidades llamadas CALORÍAS.

TEMPERATURA se mide mediante un TERMÓMETRO y comúnmente se expresa en

°C (grados centígrados o Celsius). Recordemos que en esta escala el punto de fusión del agua es de 0°C y el de ebullición es de 100 °C.

Existen otras escalas Kelvin y Fahrenheit.

Donde su punto de fusión corresponde a 32 °F y 273 ° K, mientras que el punto de ebullición es de 212 °F y 373 °K 

Cuando se ponen en contacto dos cuerpos que se encuentran a distintas

TEMPERATURAS, el CALOR se transfiere SIEMPRE desde el cuerpo que se está a ¿mayor temperatura hacia cuerpo de menor temperatura. Esta transferencia  continua hasta que ambos cuerpos igualan sus temperaturas, es decir que alcanzan el EQUILIBRIO TÉRMICO.

Le toca el turno ahora a la otra forma de energía: la ENERGÍA QUÍMICA.

Pero antes de indagar sobre algunos aspectos de ésta forma de energía, te pido que vayas a la parte donde abordamos el tema CONSTITUCIÓN DE LOS MATERIALES y analices con atención ………………………………………así podrás entender mejor lo que sigue a continuación.

Los aspectos a destacar sobre la ENERGÍA QUÍMICA son:

LA ENERGÍA QUÍMICA es la que está contenida o almacenada en todos los materiales que nos rodean ya  sean alimentos, combustibles, medicamentos, etc.

LA ENERGÍA QUÍMICA es la que mantiene unidas a los átomos que constituyen a las moléculas de los diferentes materiales.

LA ENERGÍA QUÍMICA  de un material es mayor, cuanto mayor es la cantidad de átomos y por ende de uniones que contiene una molécula de dicho material.

LA ENERGÍA QUÍMICA se manifiesta cuando un material sufre una transformación, es decir cuando las uniones entre sus átomos se rompen o bien cuando se producen uniones nuevas entre átomos, para formar en cualquiera de los dos casos nuevas moléculas.