La energía y sus formas, conservación y efectos térmicos en Física

LA ENERGÍA Y SUS FORMAS

Es decir, todos pueden proporcionar energía. La energía es la capacidad que tienen los cuerpos para producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Cuanto mayor sea la energía que posee un cuerpo, más capacidad tendrá para producir esos cambios. La unidad de energía en el Sistema Internacional es el julio y su símbolo es J.

FORMAS DE ENERGÍA

La energía se manifiesta de distintas formas según el tipo de cambios que produce.

• Energía cinética La energía cinética, E., es la que tienen los cuerpos que se encuentran en movimiento. Depende de la masa y de la velocidad que tenga el cuerpo. La energía cinética de un cuerpo viene dada por la ecuación: Ec=12m.v2 Donde m es la masa expresada en kg y v es la velocidad expresada en m/s.
• Energía potencial La energía potencial, Ep, es la que tiene un cuerpo debido a la posición que ocupa en el espacio. Depende de la altura a la que se sitúa el objeto. La energía potencial gravitatoria se expresa así: Ep = m . g . h Donde m es la masa del cuerpo, expresada en kg; h, la altura a la que se eleva respecto al suelo, expresada en m, y g, la aceleración de la gravedad terrestre (g = 9,8 m/s2). Existe otro tipo de energía potencial, relacionada con la deformación que experimenta un cuerpo. Es la energía potencial elástica y se asocia, por ejemplo, a la posición de un muelle cuando está estirado.

Energía mecánica

La energía mecánica, Em, de un cuerpo es la suma de las energías cinética y potencial y se debe a la velocidad que lleva el cuerpo y a su posición en el espacio: Em = Ec + Ep

Otros tipos de energía

Aunque todas las energías dependen de la velocidad de un cuerpo o de su posición, es decir, son cinéticas y potenciales, se pueden distinguir, además, otras, en función del cuerpo que las almacena y de las transformaciones que se producen en él.

• Energía eléctrica: se produce por el movimiento de cargas dentro de un conductor.
• Energía electromagnética: es la que transportan las ondas electromagnéticas, como la luz del Sol.
• Energía térmica: se debe al movimiento de las partículas que forman un cuerpo. La transferencia de esta energía entre un cuerpo caliente y otro frío se llama calor.
• Energía química: es la que se produce en las reacciones químicas.
• Energía nuclear: es la que se almacena en el núcleo de los átomos. La energía nuclear de fisión se obtiene cuando se rompe el núcleo de un átomo pesado para obtener dos más ligeros, fundamento de las centrales nucleares. La energía nuclear de fusión se obtiene cuando se unen dos núcleos de átomos ligeros para obtener uno más pesado, como sucede en las estrellas.

TRANSFORMACIÓN DE LA ENERGÍA

Los cambios en la energía que se producen en un salto con pértiga son estos: Este es uno de los principios que explica el comportamiento de la energía y se llama principio de conservación de la energía. La energía ni se crea ni se destruye, únicamente se transforma. Sin embargo, cuando la energía se transforma, puede hacerlo a formas que no se pueden utilizar. En ese caso la energía se ha degradado. Por ejemplo, una pelota que alcanza cada vez menos altura en sucesivos botes está perdiendo energía cinética y potencial. Cada vez va más lenta y bota con menos altura, es decir, transforma su energía en calor.La energía se transforma, se conserva y se degrada. La energía eléctrica es la forma de energía que se emplea para su transporte. Una vez que llega al punto donde se va a utilizar, puede transformarse en energía de diferentes tipos: 00

LAS FUENTES DE ENERGÍA

Actualmente, en la mayor parte de los procesos industriales, así como en el ámbito doméstico, resulta imprescindible el uso de la energía eléctrica. La energía eléctrica, por ser fácil de transportar y transformar, es la más utilizada en nuestra vida cotidiana y se obtiene de una serie de fuentes de energía o recursos energéticos. Una fuente de energía es todo aquello que permite producir energía directamente o mediante alguna transformación. Existen muchos tipos de fuentes de energía, que se pueden clasificar así:

FUENTES DE ENERGÍA

No renovables Existen en una cantidad limitada en la naturaleza Renovables Existen en una cantidad ilimitada en la naturaleza Petróleo Carbón Gas natural Nuclear Geotérmica Solar Eólica Biomasa Hidráulica Maremotriz

FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES

Las fuentes de energía no renovables proceden de yacimientos naturales, por lo que se encuentran en cantidad limitada y sus reservas se van agotando a medida que se consumen.

• Carbón - Combustible fósil sólido formado por la descomposición de vegetales bajo la tierra durante millones de años. Contiene gran cantidad de carbono. - Su uso como combustible doméstico ha sido generalizado a lo largo de la historia. - Actualmente, se utiliza como combustible en centrales térmicas, que producen electricidad, pero son muy contaminantes.
• Petróleo - Combustible fósil líquido formado por la descomposición de animales y vegetales durante millones de años. - Se utiliza como combustible en centrales térmicas, para generar electricidad. - Se usa como materia prima para fabricar combustibles y plásticos. - Su combustión empeora el efecto invernadero.
• Gas natural - Combustible fósil formado, sobre todo, por gas metano. - Se utiliza como combustible en plantas de generación de electricidad, y es más eficiente que otros combustibles. - Su uso doméstico es muy común.
• Uranio - Elemento químico radiactivo. - Se utiliza como combustible en las centrales nucleares, mediante el proceso de fisión. - Su uso entraña riesgos porque genera residuos radiactivos que permanecen activos durante miles de años.

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES

La energía de las fuentes renovables proviene de recursos inagotables en la Tierra, como el sol, el agua o el viento. En España, las fuentes de energía renovables suponen cerca del 14 % de toda la energía primaria utilizada. La eólica y la hidráulica son las que más energía proporcionan.

FUENTE RENOVABLE

ENERGÍA Agua Hidráulica

• Es inagotable.
• El agua se utiliza para generar energía eléctrica al caer desde una zona elevada.
• Se almacena en presas y pantanos, y procede de los ríos, la lluvia y el deshielo. Mar Mareomotriz
• Se trata de un recurso inagotable. Se puede aprovechar el movimiento debido a las corrientes y a las diferencias de temperatura y de concentración de sal entre las capas de agua.
• Se utiliza la energía mecánica de las olas y las mareas para producir energía eléctrica.
• Las instalaciones necesarias para generar este tipo de energía presentan problemas de construcción y mantenimiento, por lo que su aprovechamiento es escaso. Viento Eólica
• Es un recurso inagotable, limpio y de gran intensidad.
• Se aprovecha la energía mecánica del viento mediante aerogeneradores. Sol
• Es un recurso inagotable, limpio, gratuito y presente en todo el planeta.
• Llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética.
• La radiación solar se transforma en electricidad o calor, para ello se requieren grandes superficies. Se puede producir en el ámbito doméstico mediante paneles solares fotovoltaicos. Calor terrestre
• Procede del interior de la Tierra y se manifiesta en yacimientos termales en forma de volcanes, fumarolas, géiseres y fuentes.
• No es contaminante. Biomasa Energía de la biomasa
• Suministra energía de forma continua y contribuye a la eliminación de residuos. Se puede usar en el ámbito doméstico, como en calderas, y en centrales térmicas y de producción de biocombustibles.

LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Para satisfacer la demanda de energía, las centrales eléctricas producen electricidad a gran escala. En las centrales eléctricas, la energía procedente de las fuentes de energía primarias se convierte en energía mecánica al hacer girar una turbina. A su vez, esta turbina está unida a un generador y produce energía eléctrica. Atendiendo a la fuente de energía que se emplee, las centrales pueden ser: térmicas, hidroeléctricas, eólicas y solares. Geotérmica

• La energía térmica del interior de la Tierra se utiliza en las centrales geotérmicas para calentar un fluido que se vaporiza y, al mover una turbina, produce electricidad.
• Procede de los residuos agrícolas, forestales y ganaderos, así como de algunos restos sólidos urbanos.
• Su combustión puede aprovecharse en forma de energía térmica o eléctrica. Solar térmica y fotovoltaica Fuentes de energía primarias Son aquellas presentes en la naturaleza y que no han sufrido transformación mediante la intervención humana. No se pueden utilizar de forma directa. Necesitan ser transformadas para su aprovechamiento.

CENTRALES TÉRMICAS

Una central térmica es una instalación en la que se produce energía eléctrica al quemar un combustible fósil o nuclear. La energía térmica producida en la quema permite la vaporización de agua que mueve la turbina y genera energía eléctrica. Se aprovecha la energía química de los combustibles para generar energía eléctrica.

Centrales térmicas convencionales

Torre de refrigeración Turbina- 7 7 7 7 7 7 7 727 7 27- 7427 7 2 Transformador Emplean fuentes de energía no renovables (carbón, petróleo y gas) o renovables (biomasa). Generan mucha energía en un espacio reducido, pero contribuyen a agotar los yacimientos y, además, emiten gases muy contaminantes.

Centrales térmicas nucleares

Reactor Transformador -Turbinas Condensador Torre de refrigeración Son rentables, pero los residuos radiactivos a los que da lugar duran miles de años.

CENTRALES HIDROELÉCTRICAS

Una central hidroeléctrica es una instalación en la que se transforma la energía mecánica del agua, almacenada en una presa, en energía eléctrica. Red de transporte Generador Turbina La energía que se crea en estas centrales es limpia y renovable. Sin embargo, el impacto medioambiental de la presa es elevado, pues su construcción precisa grandes desniveles y un gran volumen de agua almacenada. Existen casos en los que se desalojó a los habitantes de determinados pueblos para construir estas centrales, de tal manera que esos pueblos deshabitados quedaron sumergidos.

CENTRALES EÓLICAS Y SOLARES

Una central eólica es una instalación en la que se transforma la energía cinética del viento en energía eléctrica mediante aerogeneradores. Una central solar es una instalación en la que se utiliza la energía del Sol como fuente de energía. Según el modo en que se transforma la energía solar, se distinguen dos tipos:

• Centrales solares térmicas - La energía radiante del Sol se transforma en calor mediante helióstatos, que son grandes espejos cóncavos que concentran la radiación solar en un receptor situado en una torre.
• Centrales solares fotovoltaicas - La energía radiante del Sol se transforma en calor mediante helióstatos, que son grandes espejos cóncavos que concentran la radiación solar en un receptor situado en una torre.