La Energía

La Energía

Por Manuel Arroyo y Hugo Sánchez 2º A

¿Qué es la energía ? 

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La energía es una magnitud física que asociamos con la capacidad que tienen los cuerpos para producir trabajo mecánico, emitir luz, generar calor, etc. En todas estas manifestaciones hay un sustrato común, al que llamamos energía, que es propio de cada cuerpo según su estado físicoquímico, y cuyo contenido varía cuando este estado se modifica.

En física la energía es uno de los conceptos básicos debido a su propiedad fundamental: La energía total de un sistema aislado se mantiene constante. Por tanto en el universo no puede existir creación o desaparición de energía, sino transferencia de un sistema a otro o transformación de energía de una forma a otra.

La energía es, por lo tanto, una magnitud física que puede manifestarse de distintas formas: potencial, cinética, química, eléctrica, magnética, nuclear, radiante, etc., existiendo la posibilidad de que se transformen entre sí pero respetando siempre el principio de la conservación de la energía.

¿Dónde se origina la energía? 

La energía primordial que mantiene la vida en nuestro planeta proviene de la radiación solar, la que se transfiere al ecosistematransformándose en las muy variadas formas de energía que conocemos.

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La radiación solar en conjunto con la fuerza gravitacional, genera los climas y los cambios climáticos, el desarrollo y crecimiento de plantas y animales, el calor y viento, y la evaporación del agua de los mares, la cual en forma de nubes, es transportada por los vientos hasta la cordillera, donde cae en forma de lluvia dando cuerpo a los ríos, lagos y caídas de agua que el ser humano aprovecha para producir electricidad.

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La vida de nuestra civilización depende de las diversas formas de energía, que extraemos de la naturaleza, las cuales convertimos en útiles para nuestro uso, mediante diversos procesos tecnológicos que se explicarán más adelante.

Características de la energía 

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La energía no tiene forma , ni peso, ni volumen, ni color, ni olor, pero posee otras características , que son importantes para reconocerla y comprende su utilidad .

Puede ser almacenada y, por tanto, usada cuando mas convenga.

Puede ser transportada es decir, puede pasar de un lugar a otro mediante un sistema que la traslade.

Puede transformarse de unas forma de energía a otras que sean mas útiles .

Se transfiere, es decir, puede pasar fácilmente de unos cuerpos a otros.

Se conserva, es decir, cuando se utiliza, la energía no se gasta.

Se degrada. Generalmente ,en los procesos de transformación de un tipo de energía en otra, se produce calor, que no es posible aprovechar ,lo que supone que parte de la energía se pierde.

Formas de representar la energía 

La energía se representa de diferentes formas y con diferentes nombres luz, calor, energía eléctrica, etc. Cualquiera de estas formas puede ser transformada en otra.

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Energía mecánica Energía eléctrica Energía interna Energía electromagnética o radiante Energía química Energía nuclear Energía térmica

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La Energía Mecánica 

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 de su posición de equilibrio. Puede ser de dos tipos: Energía cinética y energía potencial:

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La energía cinética:Es la que tiene un cuerpo que esta en movimiento. En este estado un cuerpo es capaz deprovocar cambios que no podria provocar si estuviera en reposo.

La energía potencial:Es la que tiene un cuerpo debido a su posicion ;por ejemplo, al estar a una determinada altura sobre la superficie de la Tierra .Es una energía que los cuerpos tiene almacenada y que en cualquier momento puede producir cambios en otros cuerpos.Así un objeto situado a cierta altura del suelo puede caer, ponerse en movimiento y empujar a otro.

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La Energía Eléctrica 

La energía eléctrica es una fuente de energía renovable que se obtiene mediante el movimiento de cargas eléctricas (electrones positivos y negativos) que se produce en el interior de materiales conductores (por ejemplo, cables metálicos como el cobre).

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El origen de la energía eléctrica está en las centrales de generación, determinadas por la fuente de energía que se utilice. Así, la energía eléctrica puede obtenerse de centrales solares, eólicas, hidroeléctricas, térmicas, nucleares y mediante la biomasa o quema de compuesto de la naturaleza como combustible.

La Energía Interna 

Es la energía que poseen los cuerpos debido al movimiento de las moléculas o átomos que los forman. Tiene gran importancia para el estudio de los cambios de estado.

La energía interna de un cuerpo aumenta al pasar del estado sólido al líquido, y del líquido al gaseoso .

La Energía Electromagnética o Radiante 

Es la energía que poseen las ondas de radio y televisión, las microondas , algunas radiaciones solares, etc .Su principal característica es que puede transmitirse en el espacio en forma de onda sin que exista ningún medio material, por lo que no se degrada como otras energías al ser transportada .

En el vacío se propaga a una velocidad cercana a los 300.000 k/s .

El sol emite radiación electromagnética una parte de ella en forma de luz.

Además la radiación solar aporta el calor que, junto con la atmósfera, permite que se mantenga una temperatura perfecta para la vida. Así mismo , la energía luminosa es utilizada por los organismos fotosintéticos para elaborar materia orgánica.

La Energía Química 

Es la energía que poseen los compuestos químicos. Se pone de manifiesto en todas las reacciones químicas. Los alimentos , las pilas eléctricas y los explosivos contienen este tipo de energía.

Los organismos almacenan esta energía en compuestos orgánicos , principalmente en glúcidos y lípidos, a partir de los cuales las células la obtiene mediante reacciones de oxidación.

La Energía Nuclear 

Recibe este nombre porque se obtiene a partir del núcleo de los átomos. Se manifiesta en la reacciones nucleares ,en las que se liberan grandes cantidades de energía. Existen dos tipos de reacciones nucleares :

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Fisión: Es el proceso en un núcleo atómico se rompe en dos o mas fracciones mas ligeras, con liberación de una gran cantidad de energía.

Este tipo de reacción se emplea en las centrales nucleares.

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Fusión: Es el proceso que tiene lugar cuando se unen núcleos de átomos ligeros y producen un núcleo más pesado. En este proceso también se libera una gran cantidad de energía.

La Energía Térmica 

Este tipo de energía se transfiere de un cuerpo a otro al estar a diferente temperatura. Esta relacionada con la energía cinética del movimiento de los átomos y moléculas que forman los compuestos.

Este paso de energía es lo que denominamos calor. El calor, por tanto, no se considera un tipo de energía en sí, sino una energía en transito; es decir, una forma de pasar energía de un cuerpo a otro (desde el de mayor temperatura hacia el de menor temperatura).

Las Fuentes de Energía    

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Para clasificar las distintas fuentes de energía se pueden utilizar varios criterios: a) Según sean o no renovables. b) Según sea su utilización. a) Llamaremos fuentes de energía renovables a aquéllas cuyo potencial es inagotable por provenir de la energía que llega a nuestro planeta de forma continua como consecuencia de la radiación solar o de la atracción gravitatoria de otros planetas de nuestro sistema solar. Son la energía solar, eólica, hidráulica, maremotriz y la biomasa.

Las fuentes de energía no renovables son aquéllas que existen en una cantidad limitada en la naturaleza. No se renuevan a corto plazo y por eso se agotan cuando se utilizan. La demanda mundial de energía en la actualidad se satisface fundamentalmente con este tipo de fuentes. Los más comunes son carbón, petróleo, gas natural, uranio e hidrógeno (éstas utilizadas en fisión y fusión nuclear respectivamente). b) Según sea su utilización las fuentes de energía las podemos clasificar en primarias y secundarias. Las primarias son las que se obtienen directamente de la naturaleza, como ejemplo tenemos el carbón, petróleo, gas natural. Es una energía acumulada. Las secundarias, llamadas también útiles o fínales, se obtienen a partir de las primarias mediante un proceso de transformación por medios técnicos. Es el caso de la electricidad o de los combustibles.

Fuentes de energía no renovables 

Las fuentes de energía no renovables:

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El carbón El petróleo El gas natural El uranio

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El Carbón 

La formación del carbón comenzó hace millones de años, cuando grandes cantidades de restos vegetales se fueron depositando en zonas con una fuerte subsidencia , lo que permitió su acumulación a lo largo de millones de años. El aumento de la presión y temperatura debido a su enterramiento fue transformando la materia vegetal en carbón.

Existen cuatro tipos de carbón : antracita, hulla, lignito y turbo. Su poder calorífico, es decir, la energía al quemar un kilogramo de dicho carbón, es diferente de unos a otros.

Entre los usos del carbón destacan: -Como combustible, para la obtención de energía eléctrica en la centrales térmicas.

-Como combustible, para usos domésticos (calefacción, cocina, etc.).

-Como materia prima para obtener diversos productos, como plásticos, fibras sintéticas y productos farmacéuticos.

El carbón se puede extraer en minas a cielo abierto o de yacimientos a cientos de metros de profundidad mediante minas subterráneas.

El Petróleo 

Es la fuente de energía más utilizada en la actualidad. Como combustible, es más eficaz que el carbón, pues posee mayor poder calorífico.

Se originó hace millones de años en las costas del Báltico por la acumulación de organismos marinos en el fondo del mar. Al quedar enterrados por sucesivas capas de arcilla, y bajo condiciones adecuadas de presión y temperatura, se transformaron en petróleo. El petróleo se extrae en forma de crudo. Para su utilización debe someterse a un proceso de refinado, que es una destilación fraccionada en la que se obtienen productos gaseosos, líquidos y sólidos.

El transporte de crudo supone un gran problema, ya que las regiones donde se extrae se encuentran muy alejadas de las zonas de consumo. Así, este transporte se realiza por oleoductos y mediante grandes barcos petroleros.

Los derivados del petróleo se emplean como combustible y como materia prima para la fabricación de fertilizantes, plásticos, pinturas, etc.

El Gas Natural 

Se conoce como gas natural a una mezcla de gases, entre los que el metano se encuentra en mayor proporción.

Su origen es el mismo que el del petróleo, pero en condiciones de presión y temperatura mayores, por lo que se encuentra junto a él.

Una forma de conducirlo hasta los lugares de consumo es a través de gasoductos. Cuando las distancias son muy grandes, el gas se lleva en grandes buques cisterna. Su poder calorífico es alto y su combustión es limpia, por lo que cada vez es más utilizado.

Puede sustituir al carbón y al petróleo en casi todas sus aplicaciones. Se usa preferentemente en las siguientes: - En las cocinas y para la calefacción.

- Como combustión en ciertos vehículos, principalmente de transporte público.

- En las centrales térmicas para producir energía eléctrica, como sustituto del carbón.

El Uranio 

Es un elemento cuyos átomos son inestables y pueden romperse o fisionarse. Se utiliza como combustible base para la generación de energía nuclear.

En las centrales nucleares se rompen los átomos de uranio mediante reacciones de fisión nuclear. La energía que se libera se usa para calentar agua y producir vapor con el que se mueve una turbina y se genera energía eléctrica.

Las centrales nucleares no producen contaminantes atmosféricos; sin embargo generan residuos radiactivos que deben ser cuidadosamente controlados y almacenados en depósitos o “cementerios nucleares” de alta seguridad para evitar daños a las personas y al medio natural. Algunos de estos residuos duran miles de años.

Fuentes de energía renovables 

Las fuentes de energía renovables son:

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La energía hidráulica La energía solar La energía eólica La energía geotérmica La energía maremotriz

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La Energía Hidráulica 

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Esta energía se obtiene en las presas a partir del agua almacenada en los embalse de los ríos que al dejarse salir al cauce del río, pasa a través de una turbina que gira y que se encuentra acoplada a un generador eléctrico, mediante el cual se produce electricidad. De esta forma, la energía potencial del agua almacenada se transforma en energía cinética y, en último término, en energía eléctrica.

Las instalaciones que transforman la energía del agua en energía eléctrica se llaman centrales hidroeléctricas.

Ventajas de la energía hidráulica: - Las centrales hidroeléctricas tienen un mantenimiento mínimo y un coste de explotación bajo.

- Es un tipo de energía que no genera residuos ni contaminantes.

- La construcción de embalse ayuda a controlar las inundaciones y suministra agua para la agricultura durante las estaciones secas.

Inconvenientes de la energía hidráulica: - Existen riegos de rotura de la presa, lo que pude provocar grandes inundaciones en las poblaciones cercanas.

-La cantidad de agua disponible depende del tiempo

La Energía Solar 

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Esta energía nos llega desde el sol en forma de radiación electromagnética.

España, por su elevado número de horas de sol al año, tiene un gran potencial de aprovechamiento de esta energía.

Según el modo en que se emplee la energía solar, se habla de energía solar térmica y energía solar fotovoltaica.

La energía solar térmica es la que se emplea para calentar un fluido, generalmente agua.

La energía solar fotovoltaica permite la transformación directa de la energía del sol en energía eléctrica por medio de unos dispositivos denominados paneles fotovoltaicos.

Ventajas de la energía solar: - Es una fuente inagotable a escala humana.

- Es una energía limpia. No produce ruido ni contamina.

- Mantenerla es barato y permite que llegue electricidad a zonas aisladas.

- Reduce la dependencia energética de los combustibles fósiles Inconvenientes de la energía solar: - Su disponibilidad varia en función de diferentes factores, como la latitud, las estaciones, la nubosidad, etc.

- La energía eléctrica producida no se puede almacenar.

- Su uso a gran escala necesita sistemas de captación que ocupan grandes extensiones de terreno que quedan inutilizadas para otros usos.

La Energía Eólica 

Es la energía cinética del viento. Se puede usar directamente o transformada en otras formas de energía. Las personas la han utilizado a lo largo de la historia; mover embarcaciones, molinos de viento, etc.

Actualmente la energía eólica se emplea para producir energía eléctrica. Para ello se utilizan unos aparatos llamados aerogeneradores.

Los aerogeneradores disponen de unas palas que giran gracias a la energía del viento. Este movimiento es transmitido por un eje a un generador alojado en el interior que transforma la energía mecánica de rotación en energía eléctrica.

Por último, la energía eléctrica generada es transferida a la red eléctrica para su consumo.

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Ventajas de la energía eólica: - El viento no se agota y es gratuito.

- Los aerogeneradores tienen bajos costes de instalación y de mantenimiento.

- No se producen residuos ni sustancias contaminantes.

Inconvenientes de la energía eólica: - Es intermitente y aleatoria, ya que depende del viento, que puede cambiar de intensidad en pocas horas.

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La Energía Geotérmica 

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Es la energía que proviene del calor almacenado en el interior de la Tierra.

Se obtiene de aperturas naturales o mediante la perforación de la superficie terrestre.

Actualmente, el calor terrestre se aprovecha por ejemplo en zonas volcánicas o en zonas de aguas termales, para calefacción y climatización de piscinas.

Esta energía esta asociada a las regiones del planeta en las que el gradiente geotérmico es elevado.

Ventajas de la energía geotérmica: - No produce residuos y es inagotable a escala humana.

- En algunos países resulta rentable utilizarla para producir energía eléctrica.

Inconvenientes de la energía geotérmica: - La localización de yacimientos geotérmicos es difícil y costosa. En muchos casos hay que perfora el suelo si no existen salidas naturales.

- Su explotación y mantenimiento pueden resultar muy costosos.

La Energía Maremotriz 

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Es la energía que se obtiene del movimiento del agua del mar, principalmente por las mareas.

Hay lugares en los que la diferencia del nivel del agua entre la marea alta y la marea baja es de varios metros. Esta diferencia de altura puede originar energía cinética utilizable para generar electricidad en una central maremotriz, mediante el uso de presas con compuertas y turbinas.

Ventajas de la energía maremotriz: - Es una fuente de energía limpia.

- No produce residuos.

- Es prácticamente inagotable.

Inconvenientes de la energía maremotriz: - Puede producir alteraciones en los ecosistemas próximos.

- Está limitada a zonas costeras con condiciones idóneas.

- Tiene un bajo rendimiento energético.

- Se necesita una alta tecnología, muy costosa.