PROPIEDADES DE LA ENERGÍA. CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA

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PROPIEDADES DE LA ENERGÍA. CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA

Juan Gonzalez
Spain - Madrid
IES VALLECAS MAGERIT

Área

Ciencias Naturales - Física

Edad

15-16

Introducción

PROPIEDADES DE LA ENERGÍA

Formas de energía

  • Energías que se manifiestan directamente: cinéticacaloríficaluminosa y sonora.

  • Energías potenciales (las que están almacenadas): gravitatoriaelásticaquímica y nuclear

 

Energías potenciales 

Que la energía sea necesaria para que tengan lugar los procesos de transformación o cambio no significa, sin embargo, que haya que asociar la existencia de energía a la presencia de actividad. En muchas ocasiones, como en el agua de un embalse, la energía se encuentra almacenada en una forma útil, de manera que puede ser utilizada posteriormente. Existen diversas formas de almacenar energía: comprimiendo un muelle, mediante una pila, el agua de un embalse, etc.

La banda elástica está llena de energía potencial.

  • Energía química: Es energía almacenada en los enlaces de los átomos y moléculas. Las baterías, la biomasa, el petróleo, el gas natural y el carbón son ejemplos de energía química. La energía química se convierte en energía térmica cuando las personas queman leña en una chimenea o queman gasolina en el motor de un automóvil.
  • Energía mecánica: Es energía almacenada en objetos por tensión. Los resortes comprimidos y las bandas elásticas estiradas son ejemplos de energía mecánica almacenada.
  • Energía nuclear: Es la energía almacenada en el núcleo de un átomo, también es la energía que mantiene unido al núcleo. Se pueden liberar grandes cantidades de energía cuando los núcleos se combinan o se dividen.
  • Energía gravitacional: Es la energía almacenada en la altura de un objeto. Cuanto más alto y más pesado sea el objeto, más energía gravitatoria se almacena. Cuando una persona conduce una bicicleta cuesta abajo y sube la velocidad, la energía gravitatoria se convierte en energía de movimiento. La energía hidroeléctrica es otro ejemplo de energía gravitacional, donde la gravedad hace que el agua fluya a través de una turbina hidroeléctrica para producir electricidad.

Energía Cinética

Es la energía asociada al movimiento de los cuerpos. Cuanto más rápido se mueven, más energía posee. Se necesita energía para hacer que un objeto se mueva, y la energía se libera cuando un objeto disminuye la velocidad. El viento es un ejemplo de energía de movimiento.

La masa (peso) combinada con la velocidad (rapidez) crea energía cinética.

  • Energía radiante: Es la energía electromagnética que viaja en ondas transversales. La energía radiante incluye la luz visible, rayos X, rayos gamma y ondas de radio. La luz es un tipo de energía radiante. El sol es energía radiante, y a la vez proporciona el combustible y el calor necesario que hacen posible la vida en la tierra.
  • Energía térmica o calorífica: Es una forma de energía que proviene del movimiento de los átomos y moléculas en una sustancia. El calor aumenta cuando estas partículas se mueven más rápido. La energía geotérmica es la energía térmica en la tierra.
  • Energía del movimiento: Es la energía almacenada en el movimiento de los objetos. Cuanto más rápido se mueven, más energía se almacena. Se necesita energía para hacer que un objeto se mueva, y la energía se libera cuando un objeto disminuye la velocidad. El viento es un ejemplo de energía de movimiento.
  • Energía del sonido: Es el movimiento de energía a través de sustancias en ondas longitudinales (compresión/rarefacción). El sonido se produce cuando una fuerza hace que un objeto o sustancia vibre. La energía se transfiere a través de la sustancia en una onda. Típicamente, la energía en el sonido es más pequeña que en otras formas de energía.
  • Energía eléctrica: Es suministrada por pequeñas partículas cargadas llamadas electrones, que generalmente se mueven a través de un cable. Los rayos son un ejemplo de energía eléctrica en la naturaleza.

La energía se transfiere


La energía es la causa de los cambios que experimentan los objetos. Así, la energía puede hacer que un objeto se ponga en movimiento, cambie de forma, eleve su temperatura, aumente su altura, emita luz o sonido. Estos cambios tienen lugar cuando la energía se transfiere de unos cuerpos a otros.

Conservación de la energía

La  energía es como tener dinero. El dinero sólo es útil cuando lo podemos cambiar por un servicio o por objetos. Del mismo modo, la energía sólo es útil cuando se transfiere.

Cuando la energía se transfiere, nos podemos preguntar dónde ha ido a parar. Un científico interesado en la energía es como un  "contable de energía". Un contable hace un balance del estado financiero antes y después de cada negocio; el científico lleva a cabo un balance de la energía inicial y final en cada transferencia. Si éste tiene la precaución de contar toda la energía, llegará a la conclusión de que la cantidad de energía que hay antes de la transformación es la misma que la que hay después.

Energia mecánica y su conservación

La Energía mecánica es la producida por fuerzas de tipo mecánico, como la elasticidad, la gravitación, etc., y la poseen los cuerpos por el hecho de moverse o de encontrarse desplazados de su posición de equilibrio. Puede ser de dos tipos: Energía cinética y energía potencial (gravitatoria y elástica):

Energía cinética

Energía potencial gravitatoria

Energía potencial elástica

El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación

Principio de conservación de la energía mecánica

En el caso de la energía mecánica se puede concluir que, en ausencia de rozamientos y sin intervención de ningún trabajo externo, la suma de las energías cinética y potencial permanece constante.

SIMULACIÓN CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA MECÁNICA

DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA

Unas formas de energía pueden transformarse en otras. En estas transformaciones la energía se degrada, pierde calidad. En toda transformación, parte de la energía se convierte en calor o energía calorífica.

En todo proceso, la energía se conserva, pero algunas de las formas en que se convierte son menos útiles que al principio: la energía se ha degradado.En todo proceso, la energía se conserva, pero algunas de las formas en que se convierte son menos útiles que al principio: la energía se ha degradado.

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.

Una forma de representar los diferentes tipos de energía y las transformaciones que tienen lugar en un determinado proceso es mediante los diagramas de energía.

En ellos se pone de manifiesto las cuatro propiedades de la energía porque se detallan:

a) las diferentes formas de energía que intervienen en un proceso,

b) el proceso de transferencia de energía que tiene lugar: en la cola de la flecha señalamos qué energía o energías se aportan y en la flecha o flechas de salida, la energía o energías que se originan.

c) la conservación de la energía: el grosor de la flecha entrante ha de ser igual a la suma de las de salida.

d) por último, la degradación. En las flechas de salida debe aparecer siempre aquella parte de energía que no es útil para nuestros propósitos.

Fíjate en el ejemplo del diagrama de energías del proceso que tiene lugar al circular el coche de la imagen por una autopista: la energía potencial química de la gasolina se transforma en energía de movimiento del coche o energía cinética, energía luminosa de los focos y energía calorífica generada por el rozamiento de las piezas del motor, engranajes, juntas, etc. y de las ruedas

¿Existe alguna relación entre el trabajo y la energía ?

Trabajo, trabajo, trabajo ... ¡Uf, qué cansado!

La palabra trabajo, en el lenguaje cotidiano, significa hacer alguna cosa que requiere esfuerzo, como estudiar, trasladar un objeto, empujar una pared o cortar un árbol.

En el lenguaje científico esta magnitud tiene un significado algo más preciso: se produce trabajo cuando una fuerza provoca un movimiento. En la figura se muestra a Obelix golpeando con un martillo una roca. Por mucho esfuerzo que haga para romper la roca, ésta no se mueve; por lo tanto Obélix, al golpear, al ejercer sobre ella una fuerza, no realiza trabajo. En la figura de la derecha, Obélix mueve una roca que estaba depositada en el suelo. La fuerza que ahora se realiza sobre la roca provoca un desplazamiento y supone la realización de un trabajo.

Cuando una fuerza mueve un objeto, la cantidad de trabajo que se ha hecho depende de dos factores: del valor de la fuerza y de la distancia recorrida por el objeto.

Presentamos la energía como la capacidad de un cuerpo de modificar su entorno. La palabra "modificar" incluye muchas cosas: iluminar, calentar,....moverse. El trabajo desarrollado por una fuerza es en último término producido por algún tipo de energía. Dicha energía se transforma en trabajo, de ahí que compartan la misma unidad de medida el Julio (J.).

Pensemos en el Principio de Conservación de la Energía Mecánica. ¿Sólo es aplicable a la caída libre?

Si fuéramos capaces de tener en cuenta todas las transformaciones energéticas tanto en otras formas de energía (calor, luz, cinética...) como en trabajo que tienen lugar en un proceso, podríamos generalizar el Principio de Conservación de la Energía.

En un movimiento, fundamentalmente interviene todas o algunas de los siguientes tipos de energía y trabajo:

 


Tarea

1.La montaña rusa

Fíjate en el movimiento del punto que representa una vagoneta en la montaña rusa. Observa cómo varían la energía cinética (mayor cuanto mayor sea la velocidad de la vagoneta) y la potencial (que es mayor a alturas mayores). ¿Cómo se modifica la suma de los dos tipos de energía? ¿Qué crees que pasa con la energía cuando la vagoneta se detiene por acción de los frenos?

.SIMULACIÓN MONTAÑA RUSA

2.En la pista de skate

Selecciona Intro, activa los cuatro botones de información gráfica y fíjate en cómo evolucionan las energías potencial y cinética del chico en cada una de las tres pistas.

SIMULACIÓN PISTA DE SKATE

3.Diagramas de energía y propiedades de la energía

En los diagramas de energía se ponen de manifiesto las cuatro propiedades de la energía:

- Las energías que intervienen en el proceso son: la energía química de la gasolina, la energía cinética, la energía luminosa y la calorífica.

- Las transformaciones que tienen lugar: la energía de la gasolina se transforma en cinética, la energía luminosa y la calorífica.

- La cantidad de energía aportada por la gasolina se ha de convertir íntegramente en energía cinética, energía luminosa y energía calorífica: la energía se conserva.

- Las energías cinética y luminosa son energías útiles, pero la energía calorífica causada por el rozamiento entre ruedas y asfalto y entre componentes del coche es una energía no utilizable: la energía se degrada.

El tren de vapor

Los trenes que quemaban carbón hacían hervir agua que impulsaba una turbina que al girar movía las ruedas y hacía avanzar al tren (algo parecido a la tetera del simulador).

Pero ¿es el tren de vapor una máquina eficiente? ¿Transforma la energía del carbón en la energía que realmente interesa? ¿diagrama de energía de la maquina?

 


Proceso

.Las actividades se realizaran en su cuaderno:

  • recolección de datos
  • ideas de las transformaciones
  • conclusiones 

Se realizara un texto con las conclusiones en el procesador y será mandaado por correo al profesor


Recursos

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Evaluación

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EVALUACIÓN

  • ¿Conoces el significado de "trabajo" en física?

  • ¿Siempre que se realiza una fuerza se está haciendo un trabajo?

  • ¿Sabes diferenciar las distintas formas de energía?

  • ¿Conoces el principio de conservación de la energía?

  • ¿Es lo mismo trabajo y potencia?

AUTOEVALUACIÓN


Conclusión

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Notas

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Creditos

Autor: Juan Gonzalez , Proyecto creado 20 de Junio de 2019


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