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La materia Se puede decir que la materia es aquello de lo que están hechos los cuerpos y sustancias que nos rodean.
Las principales características de los cuerpos y sustancias son:
• Masa. Es la cantidad de materia que poseen.
• Volumen. Es el espacio que ocupan.
• Peso. Es la fuerza con la que son atraídos por la Tierra. El peso de un cuerpo depende de su masa y de la distancia de la superficie terrestre a la que se encuentra. El peso es:
Directamente proporcional a la masa. A más masa, más peso.
Inversamente proporcional a la distancia a la superficie terrestre. Cuanto más lejos, menos peso.
La materia La materia puede encontrarse en tres estados diferentes: sólido, líquido y gaseoso. El estado depende de la energía que poseen sus moléculas.
Cuerpos en estado sólido Sus moléculas tienen poca energía y se mantienen agrupadas. En este estado, los cuerpos tienen volumen y forma constante.
Cuerpos en estado líquido Sus moléculas tienen más energía que en el sólido. Su volumen es constante, pero adquieren la forma del recipiente que los contienen.
Cuerpos en estado gaseoso Sus moléculas poseen mucha energía. No tienen ni volumen ni forma constante; ocupan todo el recipiente que los contienen.
La materia La materia puede cambiar de un estado a otro. La forma más habitual es mediante la adicción o sustracción de energía en forma de calor.
También puede hacerse modificando la presión, como es el caso del butano contenido en las bombonas.
Dentro de la bombona, el butano está en estado líquido debido a que ha sido introducido a presión; Cuando se abre la bombona y disminuye la presión, el butano vuelve al estado gaseoso.
SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO
Fusión Ebullición
Solidificación Condensación
Sublimación
Sublimación
ADICIÓN DE ENERGÍA
SUSTRACCIÓN DE ENERGÍA
La energía se define como la capacidad para realizar un trabajo. La energía interviene en todos los fenómenos que ocurren en el universo. Hace falta energía para levantar un saco, para leer, para calentar agua o para derretir el hielo.
Existen varios tipos de energía: eléctrica, mecánica, calorífica, química, luminosa, y nuclear. Podemos transformar un tipo de energía en otro según nuestras necesidades.
Cualquier transformaciones de un tipo de energía en otro se realiza cumpliendo estas dos leyes fundamentales:
• La energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma. De este modo, la cantidad de energía inicial es igual a la final.
• La energía se degrada continuamente hacia una forma de energía de menor calidad. Dicho de otro modo, ninguna transformación se realiza con un 100% de rendimiento, ya que siempre se producen unas pérdidas de energía no recuperable. El rendimiento de un sistema energético es la relación entre la energía obtenida y la que suministramos al sistema
La energía
Tipos de energía Energía mecánica Hay dos tipos de energía mecánica, la potencial y la cinética.
La energía potencial es la que posee un cuerpo debido a su estado o posición. Es una energía almacenada que no se manifiesta, pero que puede hacerlo en cualquier momento.
La energía cinética es la que posee un cuerpo en movimiento. Depende de la masa y de la velocidad. A mayor masa y velocidad mayor energía.
La suma de ambas energías se mantiene constante. La pérdida de energía de un tipo supone el aumento del otro tipo de energía.
Un muelle contraído o el agua de un embalse poseen energía potencial. Cuando se libera el muelle o el agua del embalse, el muelle se estira y el agua corre convirtiéndose la energía potencial en energía cinética.
Transformación de energía potencial en cinética y viceversa.
Tipos de energía
Energía eléctrica La energía eléctrica se manifiesta como corriente eléctrica, es decir, como el movimiento de cargas eléctricas negativas, o electrones, a través de un cable conductor metálico.
La energía eléctrica apenas existe libre en la Naturaleza de manera aprovechable. El ejemplo más relevante y habitual de esta manifestación son las tormentas eléctricas.
La eléctrica es una de las formas de energía más utilizadas debido fundamentalmente a su limpieza y a la facilidad con la que se la genera, transporta y convierte en otras formas de energía.
El átomo está compuesto por diferentes partículas. Las principales son el protón (+), el neutrón (sin carga eléctrica) y el electrón (−). El núcleo está formado por protones, neutrones y otras partículas. Los electrones giran alrededor del núcleo Los átomos son neutros; tienen igual número de cargas positivas (protones) que negativas (electrones).
Tipos de energía
Energía eléctrica La energía eléctrica se producen mediante generadores. Básicamente, un generador eléctrico consta de un imán y un conductor eléctrico en forma de bobina (cable enrollado). La corriente eléctrica se produce cuando una de las partes (el imán o la bobina) se mueve. Para producir el movimiento se acopla el generador a una turbina, a unas hélices u a otro dispositivo como la rueda de una dinamo.
Esquema de un generador eléctrico Interior de una dinamo. En este caso, es el imán el que gira.
Tipos de energía Energía luminosa Es la energía transportada por la luz. Es la forma de energía que hace visibles a los cuerpos. Los cuerpos que desprenden este tipo de energía reciben el nombre de luminosos.
Calorífica o térmica Es la energía que se percibe como calor. Con frecuencia es un tipo de energía que se obtiene de forma no deseada y que, no solamente no se puede aprovechar, sino que puede resultar perjudicial. Parte de la energía obtenida en una bombilla es calorífica y no deseada, ya que no la podemos usar. Asimismo, el rozamiento de las piezas de un motor produce energía calorífica no deseada que, además, resulta perjudicial para las piezas, que deben ser refrigeradas para evitar su deterioro.
En un relámpago, la energía se manifiesta de varias formas: eléctrica, calorífica y luminosa.
Tipos de energía Energía Química Es la energía que une los átomos de las moléculas de las sustancias. Esta energía se libera en las reacciones exotérmicas (desprenden energía), como las combustiones.
En una reacción de combustión, la sustancia reaccionante, llamada combustible, da lugar a otras sustancias con menos energía, llamadas residuos. La diferencia de energía entre los combustibles y los residuos se libera principalmente en forma de energía calorífica o luminosa.
C4H10
butano O2
oxígeno H2O
agua CO2
dióxido de carbono + + ENERGÍA
Las combustiones son reacciones de oxidación. Es necesario el oxígeno (O2) para que se produzca y uno de los productos resultantes o residuos es un óxido* (en el caso anterior, el CO2).
Óxido: sustancia compuesta formada por oxígeno y otro elemento.
Tipos de energía Energía nuclear Es la energía que hay en el núcleo de los átomos. Las fuerzas que mantienen unidas las partículas del núcleo son muy fuertes, por lo que se puede conseguir gran cantidad de energía de la manipulación de los núcleos.
Hay dos formas de obtener la energía nuclear:
• Fisión. Consiste en romper los núcleos de ciertos átomos. Al romperse los núcleos se libera gran cantidad de energía. Su gran problema es la contaminación, ya que sus residuos son radiactivos durante muchos años.
• Fusión. Consiste en unir núcleos pequeños para obtener uno más grande. Esta es la reacción que se produce en el Sol para producir la energía solar. Origina menos residuos y contaminación que la fisión.
Fuentes de energía Se llaman fuente de energía a todo aquello de lo que se puede obtener energía en cualquiera de sus tipos. Se clasifican en dos grupos: renovables y no renovables.
Energías no renovables Son aquellas que se originaron hace millones de años y cuyo consumo ocasiona su agotamiento en pocos años, sin tiempo suficiente para su renovación. Es el caso de las energías fósiles (carbón, petróleo y gas natural) y la energía nuclear. Además, el uso de estas fuentes genera contaminación.
Energías renovables Su formación es constante y no existe peligro de agotamiento. Además, la mayor parte de ellas no ocasionan contaminación o muy poca, por lo que reciben el nombre de energías limpias. Es el caso del viento, el sol, el agua y la biomasa
Hace millones de años, los restos vegetales acumulados en fondos pantanosos, lagunas o deltas fluviales sufrieron una serie de transformaciones dando como resultado el carbón mineral.
Fuentes de energía no renovables: el carbón
Estas transformaciones ocurrieron por la acción unas bacterias anaerobias (no necesitan oxígeno para vivir) que descompusieron los hidratos de carbono (sustancias compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno).
El oxígeno y el hidrogeno que forman parte de los hidratos de carbono se desprendió a medida que aumentó la proporción de carbono en los restos.
La transformación de la madera en carbón se denomina carbonización y es un largo proceso que se produce en ausencia de aire.
Dependiendo de la cantidad de carbono que poseen, los carbones se clasifican en: turbas, lignitos, hullas y antracitas. A mayor cantidad de carbono, mayor cantidad de energía.
En la actualidad, el carbón mineral se usa casi exclusivamente para la producción de electricidad en las centrales térmicas.
Fuentes de energía no renovables: el carbón
Turbina movida por vapor de agua
Fuentes de energía no renovables: petróleo y gas natural
Modelo de una molécula de butano
Las esferas rojas representan los átomos de carbono y las azules, los átomos de hidrógeno
Modelo de una molécula de propano
El petróleo no puede usarse en el estado en el que se saca del interior de la tierra. En las refinerías se somete a un proceso llamado destilación fraccionada, obteniéndose de él numerosos productos.
El petróleo y el gas natural son productos formados a partir de materia orgánica transformada en el interior de la tierra en ausencia de oxígeno. Son una mezcla compleja de hidrocarburos. Un hidrocarburo es una sustancia formada exclusivamente por carbono e hidrógeno.
Fuentes de energía no renovables: petróleo y gas natural
La destilación fraccionada es la separación de los diferentes componentes de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de las sustancias que la forman.
Además de los productos que aparecen en la imagen, del petróleo se obtienen plásticos y fibras sintéticas.
Fuentes de energía no renovables: petróleo y gas natural
La Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) El petróleo y el gas natural son recursos energéticos que se encuentran en unos pocos países. Para defender sus intereses frente a los países consumidores, generalmente los países más ricos y desarrollados, los países que producen y exportan el petróleo crearon esta organización. Arabia Saudita
Irak Irán Kuwait Venezuela Argelia Angola Ecuador Nigeria Emiratos Árabes Unidos Libia Katar
Indonesia (exmiembro)
Gabón (exmiembro)
Fuentes de energía no renovables: energía nuclear El uranio y el plutonio son elementos cuyos núcleos pueden romperse (fisión). Esto se consigue en una central nuclear, empleando el calor generado para producir vapor de agua que mueve una turbina, que a su vez mueve el generador eléctrico.
Fuentes de energía renovables: el viento
El viento es una fuente inagotable, no contaminante y gratuita después de la inversión en las instalaciones para su captación.
Pero al mismo tiempo es dispersa, intermitente y aleatoria (no se sabe cuando se va a disponer de ella).
La utilización del viento como fuente de energía tiene su antecedente en los barcos de vela y en los molinos de viento.
Actualmente se emplea para mover embarcaciones de recreo, para producir electricidad mediante generadores eólicos y para la extracción de agua subterránea.
Extracción de agua mediante el viento
Fuentes de energía renovables: el viento Producción de electricidad mediante el viento Generador eólico y sus partes
Producción de electricidad mediante el viento Parque eólico de La Muela (Zaragoza)
El agua ha sido empleada como fuente de energía desde la antigüedad en los molinos movidos por el agua de los ríos. En la actualidad, el agua se emplea para producir electricidad mediante centrales hidráulicas situadas en los cauces de los ríos, mediante centrales geotérmicas que aprovechan el vapor de agua que existe dentro de la Tierra y mediante centrales mareomotrices que aprovechan la energía de las mareas.
Esquema de una central hidroeléctrica
Restos de un antiguo molino de agua
generador
turbina Turbinas accionadas por agua
Fuentes de energía renovables: el agua
Esquema de una central mareomotriz
Esquema de una central geotérmica. El vapor de agua que hay en el interior de la tierra es extraído por un conducto. Hace girar una turbina que mueve un generador eléctrico. El agua utilizada se vuelve a inyectar en el yacimiento a través de otro conducto para que vuelva a convertirse en vapor y reiniciar nuevamente el ciclo.
Fuentes de energía renovables: el agua
turbina
generador
Fuentes de energía renovables: la biomasa
La madera Fue el primer combustible empleado por el hombre. Sigue teniendo gran importancia en los países subdesarrollados. En los países desarrollados, una de las formas de consumo de la madera es en forma de pellet. El pellet es un granulado fabricado con desperdicios de podas, talas y carpintería (serrín). Una sustancia propia de la madera, la lignina, hace de aglomerante, no siendo necesario añadirle pegamentos.
Caldera de calefacción que emplea pellet como combustible
Pellet
Por biomasa (bío = vida) entendemos el conjunto de materia de origen orgánico que puede ser empleada como combustible.
Fuentes de energía renovables: la biomasa Cultivos vegetales especializados De algunas plantas como el maíz, sorgo, girasol, caña de azúcar... se puede obtener sustancias para la fabricación de combustibles. En Brasil circulan automóviles utilizando alcohol procedente de la caña de azúcar como combustible. En España comienza a utilizarse un combustible conocido como bíodiesel para sustituir al gas-oil.
Fuentes de energía renovables: la biomasa
Residuos sólidos urbanos y agrícolas Los componentes de los residuos urbanos suelen ser de tres tipos: materiales inertes (vidrio, metales, cenizas...), materiales fermentables (materia orgánica) y materiales combustibles (papel, cartón, plásticos, textiles, gomas...). La energía se obtiene de estos materiales mediante: • La incineración de los materiales combustibles • La fermentación de la materia orgánica, proceso por el que se obtienen productos de elevado contenido energético conocidos como biogás, cuyo componente mayoritario es el metano (CH4)
De los residuos agrícolas (restos vegetales, excrementos y orina de los animales de granja) puede obtenerse biogás y abono de excelente calidad.
Fuentes de energía renovables: el Sol
El Sol es la fuente de energía principal de la Tierra. El resto de fuentes energéticas son almacenes de energía solar (carbón, petróleo, gas natural, biomasa) o consecuencias de la misma (viento, movimiento del agua). El Sol es una fuente de energía limpia y gratuita, después de la inversión en instalaciones de captación y almacenamiento.
Producción de calor Mediante colectores solares se capta la energía solar para la producción de agua caliente para viviendas, hospitales, etc. y de vapor de agua para generar electricidad.
Colector solar para calentar agua
Colectores solares para producir vapor de agua
Fuentes de energía renovables: el Sol
Paneles de células fotovoltaicas para la producción de electricidad
Barco eléctrico cuya energía está suministrada por células fotovoltaicas
Producción de electricidad Mediante células fotoeléctricas (foto = luz) que convierten la luz solar en electricidad.
Funcionamiento de una célula fotovoltaica
Fuentes de energía renovables: el Sol
Fuentes de energía renovables: el Sol
Transformación de la energía Cualquier tipo de energía puede transformase en otro si se dispone del aparato o la máquina adecuada. Como las máquinas o aparatos no son perfectos, no toda la energía se transforma en el tipo deseado.
Así, en el caso del motor de un coche, una parte de la energía suministrada se transforma en movimiento y otra parte en calor. Como la función del motor no es proporcionar calor, este tipo de energía se pierde.
Se llama rendimiento o eficiencia a la relación que hay entre la energía suministrada a una máquina o aparato y la energía útil que nos proporciona.
Como no hay máquinas perfectas, la eficiencia nunca puede ser del 100%
Energía calorífica
GASOLINA Energía química
MOVIMIENTO Energía mecánica
Consumo de energía: eficiencia energética La etiqueta energética, obligatoria para muchos electrodomésticos, nos indica su grado de eficiencia energética.
Etiqueta energética
