Lesson 2.2Evaluating Energy Sources

Harnessing Human EnergyLesson Guides

Lesson 2.2

© The Regents of the University of California

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Harnessing Human Energy—Lesson 2.2—Activity 2

Reread the last two paragraphs of the “Energy Inventions” article and highlight evidence that supports or goes against the claims:

• Claim 1: Objects can make their own energy.

• Claim 2: Objects get energy from other objects that have energy.

Which claim do you think is most convincing based on the evidence you have gathered so far? (check one)

 Claim 1

 Claim 2

Second Read of “Energy Inventions”

© 2018 The Regents of the University of California. All rights reserved. Permission granted to photocopy for classroom use.

37Harnessing Human Energy—Lesson 2.2—Activity 5

Homework: “How We Store Energy”

In this lesson, you evaluated different energy sources, including renewable energy sources such as solar and wind power. One of the big challenges humans face is how to store energy. To learn more about this challenge, read and annotate the “How We Store Energy” article. Then, answer the questions below.

1. How have batteries gotten better over time?

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2. Why is it important for scientists to find better ways to store solar and wind energy?

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Active Reading Guidelines

1. Think carefully about what you read. Pay attention to your own understanding.

2. As you read, annotate the text to make a record of your thinking. Highlight challenging words and add notes to record questions and make connections to your own experience.

3. Examine all visual representations carefully. Consider how they go together with the text.

4. After you read, discuss what you have read with others to help you better understand the text.

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Energy Inventions A1

Energy InventionsMany people around the world don’t have easy access to the energy they need to power lights, phones, and other electrical devices. There may not be an electrical grid nearby, or they may not have electrical wires to bring power from the electrical grid to their homes—or they may have electrical wires, but the nearest power plant may only provide energy part of the time, leaving people in the dark when it doesn’t work. These people may not have much money, so they can’t just buy lots of batteries to power their lights. They face an energy problem: they need access to cheap, reliable electricity. All over the world, people from professional engineers and energy scientists to students, makers, and inventors are working to solve this problem. They have designed ways to provide portable light in places where electrical power isn’t always available. In this article, you’ll read about a few of them.

The Little Sun lamp has a light bulb on the front and a solar panel on the back.

Gathering Energy from the Sun

When Olafur Eliasson and Frederik Ottesen heard that more than 1 billion people on Earth don’t have access to electricity, they wanted to help. In many places, lack of electricity means students can’t study after dark and families can’t cook after the sun goes down. It’s also harder for doctors and nurses to treat patients without good lighting. Some people light their homes by burning a type of oil called kerosene, but kerosene is expensive and produces thick, black smoke that causes lung disease—and it can cause houses to catch fire. Eliasson and Ottesen decided to invent a solar lamp that would provide light without costing a lot of money, polluting the air, or causing fires. Their solution? The Little Sun lamp, a sun -shaped light with a light bulb on one side and a solar panel on the other.

The Little Sun lamp uses energy to provide light to people who need it, but the Little Sun doesn’t make its own energy. To run, the lamp needs to get energy from somewhere else. In this case, that source of energy is the sun. The solar panel on the back of the lamp converts light energy

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A2 Energy Inventions

The Little Sun lamp allows people with no electricity in their homes to work when it’s dark outside.

When she was only 15, Ann Makosinski invented a flashlight that uses the heat of the human hand for power.

from the sun into potential energy that can be stored in a battery and used later to make the light bulb shine. Little Sun lamps charge in the sun during the day and provide light at night, allowing people to study, cook, work, and take care of other things even after the sun sets. They’re inexpensive, don’t pollute, and don’t cause fires. Eliasson and Ottesen’s plan turned out to be a good one—since 2012, their company has sold 200,000 lamps to people who don’t have electricity.

Gathering Energy from the Human Body

The sun is one source of energy in places where there’s no electrical grid; another source may be closer than you think—the human body! The human body contains energy. Most of that energy is used to keep us alive and active, but some of it can be captured and used for other things. Just ask Ann Makosinski, a young inventor from British Columbia, Canada. At the age of 15, after hearing of a friend in the Philippines who was failing her classes because her home didn’t have light to study by, Makosinski invented a flashlight that uses the heat of the human hand to power a light bulb. Her flashlight, called the Hollow Flashlight, has a handle made of special tiles and nothing but air inside. The tiles get energy from the human hand and convert it into electrical energy, which powers a light bulb. The Hollow Flashlight doesn’t have a battery, or even an on/off switch—it lights up as soon as the user picks it up. That makes it lightweight, reliable, and cheap to own: users of the Hollow Flashlight never have to buy flashlight batteries or worry about their old batteries running out of power.

Comparing Solutions

Using solar energy and capturing energy from humans are just some of the exciting ways people are using science to solve energy problems. There is no perfect solution, however. Solar energy relies on the sun and doesn’t work as

Energy Inventions A3

Solar panels don’t work as well at night or on cloudy days.

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well in the dark or on cloudy days. For example, if you were using your Little Sun to read at night and it ran out of energy, you would need to wait for the sun to come up so that more energy could be captured and transferred to the battery in your light. Just imagine if the next day was very cloudy! Your energy system would not be able to capture very much energy from the sun, so your light would not stay on for long.

The Little Sun lamp and the Hollow Flashlight have something in common: they get energy from somewhere else instead of making it themselves. In fact, that’s true of every object in the universe. Engineers must think about energy sources as they design their inventions. They must find an energy source that will do a good job of transferring energy to the object. The Little Sun lamp gets energy from the sun, while the Hollow Flashlight gets energy from the human body. There are many other possible energy sources to consider. For example, some devices transfer kinetic energy (energy of motion) from wind, water, or even people to power devices! There isn’t a single right way to provide energy when there’s no electrical grid available, and each source has its strengths and drawbacks. Which energy source would YOU choose?

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How We Store Energy B1

How We Store EnergyHumans have always been good at transferring energy from place to place—long ago, we figured out how to transfer energy from fire to cook our food, how to use sails to harness the wind and take us where we want to go, and how to use tools that transfer energy from our bodies to get a job done. We found plenty of ways to transfer energy that we could use right away. Storing energy for later, however, has never been easy. For thousands of years, scientists have tried to find better ways to store energy—and the search continues today as we look for better ways to store renewable energy from sources like the sun and the wind.

There’s one way of storing energy that you’re probably pretty familiar with: batteries power all kinds of devices, from phones to cars, even when they’re not plugged into a source of electricity. Batteries store energy using

Scientists are still looking for ways to store energy from sources like wind and the sun.

chemicals. The first batteries were invented back in 1800 by an Italian scientist named Alessandro Volta, and they were big and messy—they contained liquid that could leak out. Today’s batteries are neater and can store much more energy for their size. However, the batteries we need to produce a lot of power still don’t work as well as scientists would like: they can be heavy and expensive and still not store enough energy to, say, power an electric car on a long road trip.

One of the most common ways to store energy without using batteries is by converting it to kinetic energy, or motion energy. For thousands of years, people have stored energy by using it to spin wheels called flywheels. Ancient people used basic flywheels to store energy thousands of years before they began using electricity! The process of storing energy in a flywheel starts when energy is used to make the wheel spin, either by pushing on it or by using a motor. As long as the flywheel keeps spinning, the energy that made it spin is stored as kinetic energy. When it’s time to use the stored energy, the spinning flywheel can transfer its energy to something else. Today,

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B2 How We Store Energy

One common way of storing energy is by moving water around.

we connect flywheels to generators and use the energy they store to produce electricity.

Another way people have been storing energy for hundreds of years is by moving water around. These systems use two human-made lakes, one located at the top of a hill and one located at the bottom of the hill. The two lakes are connected by a pipe with a turbine at the bottom. When it’s time to store energy, the turbine pumps the water uphill from the lower lake to the upper lake. When it’s time to use some of the energy that’s been stored, water from the upper lake flows downhill through the pipe, turning the turbine as it goes and converting the stored energy into kinetic energy, which can then be converted into electrical or other types of energy. This kind of energy storage is reliable, but it only works in places where it’s possible to build two lakes with an elevation difference between them. This type of system can also have serious effects on nearby plants and animals.

Today, we still use batteries, flywheels, water-pump systems, and other methods to store energy, but scientists are still looking for easier, cheaper, and better energy storage methods. For example, using batteries to store large amounts of energy produced by renewable sources like solar and wind energy would be very expensive. That means right now it is only practical to use solar and wind energy as they’re produced. Scientists are working to find better ways to store solar and wind energy, so they can provide energy all the time.

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Aprovechar la energía humana—Lección 2.2—Actividad 2

Vuelve a leer los dos últimos párrafos del artículo “Inventos de energía” y destaca evidencia que respalde o contradiga las afirmaciones:

• Afirmación 1: Los objetos pueden crear su propia energía.

• Afirmación 2: Los objetos obtienen energía de otros objetos que tienen energía.

¿Qué afirmación piensas que es más convincente según la evidencia que has reunido hasta el momento? (marca una)

 Afirmación 1

 Afirmación 2

Segunda lectura de “Inventos de energía”

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Aprovechar la energía humana—Lección 2.2—Actividad 5

Tarea: “Cómo almacenamos energía”

En esta lección, evaluaste diferentes fuentes de energía, incluyendo fuentes de energía renovable, como la energía solar y eólica. Uno de los desafíos grandes que enfrentan los humanos es cómo almacenar energía. Para aprender más sobre este desafío, lee y añade apuntes al artículo “Cómo almacenamos energía”. Luego, responde las siguientes preguntas.

1. ¿Cómo han mejorado las pilas con el tiempo?

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2. ¿Por qué es importante para los/as científicos/as encontrar mejores maneras de almacenar energía solar y eólica?

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Pautas de la lectura activa

1. Piensa cuidadosamente sobre lo que lees. Presta atención a tu propia comprensión.

2. Mientras lees, añade apuntes sobre el texto para tener un registro de tus ideas. Destaca las palabras difíciles, y agrega notas para apuntar tus preguntas y hacer conexiones con tu propia experiencia.

3. Examina cuidadosamente todas las representaciones visuales. Considera cómo se relacionan con el texto.

4. Después de leer, discute lo que leíste con otros/as estudiantes para ayudarte a comprender mejor el texto.

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Inventos de energía A1

Inventos de energíaMuchas personas alrededor del mundo no tienen acceso fácil a la energía que necesitan para hacer funcionar sus luces, teléfonos y otros dispositivos eléctricos. Tal vez no haya una red eléctrica cercana, o tal vez no tengan cables eléctricos para traer energía de la red eléctrica a sus hogares. O tal vez tengan cables eléctricos, pero la planta de energía más cercana solo entrega energía parte del tiempo, dejando a la gente en la oscuridad cuando no funciona. Quizá estas personas no tengan mucho dinero, así que no pueden comprar muchas pilas para hacer funcionar sus luces. Ellos enfrentan un problema de energía. Necesitan acceso a electricidad a precios económicos y de la que puedan depender. Por todo el mundo, mucha gente, ya sean ingenieros/as profesionales, científicos/as especializados/as en la energía, estudiantes, o inventores/as, están trabajando para resolver este problema. Han diseñado maneras de proporcionar luz portátil en lugares donde la energía eléctrica no siempre está disponible. En este artículo, leerás sobre algunas de ellas.

Obtener energía del sol

Cuando Olafur Eliasson y Frederik Ottesen se enteraron que más de 1 billón de personas en la Tierra no tienen acceso a la electricidad, quisieron ayudar. En muchos lugares, la falta de electricidad significa que estudiantes no pueden estudiar después de que anochece y que familias no pueden cocinar después de la puesta del sol. También es más difícil para doctores/as y enfermeros/as tratar a sus pacientes sin buena luz. Algunas personas alumbran sus casas quemando un tipo de petróleo llamado querosén, pero el querosén es muy caro y produce un humo denso y negro que causa enfermedad en los pulmones y puede causar que las casas se incendien. Eliasson y Ottesen decidieron inventar una lámpara solar capaz de proporcionar luz sin costar mucho dinero, contaminar el aire o causar incendios.

¿Su solución? La lámpara Pequeño Sol, una luz con forma de sol con una bombilla en un lado y un panel solar en el otro.

La lámpara Pequeño Sol utiliza energía para proporcionar luz a las personas que la necesitan, pero la Pequeño Sol no hace su propia energía. Para funcionar, la lámpara necesita obtener energía de otra fuente. En este caso, esa fuente de energía es el sol. El panel solar en la parte posterior de la lámpara

La lámpara Pequeño Sol tiene una bombilla al frente y un panel solar atrás.

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A2 Inventos de energía

La lámpara Pequeño Sol permite que la gente sin electricidad en sus hogares trabaje cuando está oscuro afuera.

Cuando tenía solo 15 años, Ann Makosinski inventó una linterna que utiliza el calor de la mano humana como su fuente de energía.

convierte energía luminosa del sol en energía potencial que puede ser almacenada en una pila y utilizada más adelante para hacer que la bombilla se alumbre. Las lámparas Pequeño Sol se cargan en el sol durante el día y proporcionan luz en la noche, lo que permite que la gente estudie, cocine, trabaje y se hagan cargo de otras tareas incluso después de la puesta del sol. Son baratas, no contaminan y no causan incendios. El plan de Eliasson y Ottesen resultó ser un éxito. Desde el 2012, su compañía les ha vendido 200,000 lámparas a personas que no tienen electricidad.

Obtener energía del cuerpo humano

El sol es una fuente de energía en lugares donde no hay una red eléctrica. Otra fuente quizá esté más cerca de lo que crees: ¡el cuerpo humano! El cuerpo humano contiene energía. La mayoría de esa energía es utilizada para mantenernos vivientes y activos/as, pero una porción de ella puede ser captada y usada para otras cosas. Nada más pregúntale a Ann Makosinski, una inventora joven de British Columbia, Canadá. A los 15 años de edad, después de enterarse que una amiga en Filipinas no estaba pasando sus materias en la escuela porque su hogar no tenía luz para estudiar de noche, Makosinski inventó una linterna que utiliza el calor de la mano humana para hacer funcionar una bombilla. Su linterna, llamada Linterna Hueca, tiene un mango hecho de paneles especiales y no tiene nada más que aire por dentro. Los paneles obtienen energía de la mano humana y la convierten en energía eléctrica, la cual hace funcionar una bombilla. La Linterna Hueca no tiene pilas, ni tampoco un encendedor para prenderla y apagarla. Se alumbra tan pronto como el/la usuario/a la agarre con la mano. Eso significa que es liviana, confiable y barata. Los/as usuarios/as de la Linterna Hueca nunca tienen que comprar pilas ni preocuparse de que se les vaya a agotar la energía a las pilas viejas.

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Inventos de energía A3

Los paneles solares no funcionan tan bien durante la noche o en días nublados.

Comparar soluciones

Usar la energía solar y captar energía de los humanos son solo un par de maneras entusiasmantes en que la gente está usando la ciencia para resolver problemas de energía. No hay una solución perfecta, sin embargo. La energía solar depende del sol y no funciona tan bien en la oscuridad o durante días nublados. Por ejemplo, si estuvieras usando tu Pequeño Sol para leer en la noche y se le agotara la energía, tendrías que esperar hasta el amanecer para que más energía pudiera ser captada y transferida a la pila en tu luz. ¡Solo imagina si el próximo día estuviera nublado! Tu sistema de energía no podría captar mucha energía del sol, así que tu luz no funcionaría por mucho tiempo.

La lámpara Pequeño Sol y la Linterna Hueca tienen algo en común: Obtienen energía de una fuente ajena en vez de hacerla ellas mismas. De hecho, lo mismo es cierto de cada objeto en el universo. Los/as ingenieros/as tienen que pensar en las fuentes de energía al diseñar sus inventos. Deben encontrar una fuente de energía que hará un buen trabajo de transferir energía al objeto. La lámpara Pequeño Sol obtiene energía del sol, mientras que la Linterna Hueca obtiene energía del cuerpo humano. Hay muchas otras posibles fuentes de energía que considerar. Por ejemplo, algunos dispositivos transfieren energía cinética (energía de movimiento) del viento, del agua o incluso de personas para hacer funcionar dispositivos. No hay una sola forma correcta de proporcionar energía cuando no hay una red eléctrica disponible, y cada fuente tiene sus pros y sus contras. ¿Qué fuente de energía elegirías TÚ?

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Cómo almacenamos energía B1

Cómo almacenamos energíaLos humanos siempre han sido buenos para transferir energía de un lugar a otro. Hace mucho tiempo, descubrimos cómo transferir energía del fuego para cocinar nuestra comida, cómo usar velas en los botes para aprovechar el viento y que nos lleve a donde queremos ir, y cómo usar herramientas que transfieren energía de nuestros cuerpos para realizar labores. Hemos encontrado muchas maneras de transferir energía que podemos utilizar inmediatamente. Almacenar energía para más adelante, sin embargo, nunca ha sido fácil. Por miles de años los/as científicos/as han intentado encontrar mejores maneras de almacenar energía; y la inquietud continúa hoy, mientras buscamos mejores maneras para almacenar energía renovable de fuentes como el sol y el viento.

Los/as científicos/as aún están buscando maneras de almacenar energía de fuentes como el viento y el sol.

Existe una forma de almacenar energía la que probablemente te parecerá muy conocida: Las baterías hacen funcionar todo tipo de aparatos, desde teléfonos a autos, incluso si no están enchufados a una fuente de electricidad. Las baterías almacenan energía con el uso de sustancias químicas. Las primeras baterías fueron inventadas en el año 1800 por un científico italiano llamado Alessandro Volta, y eran grandes y problemáticas. Contenían un líquido que podía derramarse. Hoy en día, las baterías son más limpias y pueden almacenar mucha más energía dado su tamaño. Sin embargo, las baterías que necesitamos para producir mucha potencia aún no funcionan tan bien como los/as científicos/as quisieran. Las baterías pueden ser caras y pesadas y aún no almacenar suficiente energía para, por ejemplo, hacer funcionar un auto eléctrico durante un viaje largo.

Una de las formas más comunes de almacenar energía sin utilizar baterías es convirtiéndola en energía cinética, o energía de movimiento. Durante miles de años, la gente ha almacenado energía utilizándola para hacer girar ruedas

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B2 Cómo almacenamos energía

Una manera común de almacenar energía es con el movimiento del agua.

llamadas volantes. Los pueblos antiguos usaban volantes básicos para almacenar energía miles de años antes de empezar a usar electricidad. El proceso de almacenar energía en un volante comienza cuando la energía es utilizada para hacer que la rueda gire, ya sea empujándola o con el uso de un motor. Mientras el volante siga girando, la energía que lo hizo girar es almacenada como energía cinética. Cuando es tiempo de utilizar la energía almacenada, el volante girando puede transferir su energía a otra cosa. Hoy en día, conectamos volantes a generadores y usamos la energía que almacenan para producir electricidad.

Otra forma en la que la gente ha almacenado energía por cientos de años es moviendo agua de un lugar a otro. Estos sistemas usan dos lagos hechos por seres humanos, uno ubicado en la cima de una colina y otro ubicado en la base de la colina. Los dos lagos están conectados por un tubo con una turbina en la parte inferior. Cuando es hora de almacenar energía, la turbina bombea el agua colina arriba desde el lago inferior al lago superior. Al momento de usar algo de la energía que ha sido almacenada, el agua del lago superior fluye hacia abajo a través del tubo, girando la turbina al pasar y convirtiendo la energía almacenada en energía cinética, la cual puede ser convertida en energía eléctrica o en otros tipos de energía. Este tipo de almacenamiento de energía es confiable, pero solo funciona en lugares donde es posible construir dos lagos con una diferencia de elevación entre ellos. Este tipo de sistema puede también tener serios efectos sobre las plantas y los animales a su alrededor.

Hoy en día, todavía usamos baterías, volantes, sistemas de bombeo de agua y otros métodos para almacenar energía, pero los/as científicos/as aún están buscando métodos de almacenaje de energía más simples, más económicos y mejores. Por ejemplo, el uso de baterías para almacenar grandes cantidades de energía producida por fuentes renovables como energía solar o del viento sería muy caro. Eso significa que por ahora es solamente práctico usar energía del sol y del viento a medida que son producidas. Los/as científicos/as están trabajando para encontrar mejores formas de almacenar energía del sol y del viento para poder proporcionar energía en todo momento.

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