1 tema 1: la energía: el motor de la...

[Hazlo Tú] CT_007 La Enegía.doc

- 1 -

1 Tema 1: La energía: El motor de la vida

1.1 PRACTICA LO APRENDIDO

1.1.1 Esa cosa llamada... energía"Energía" es una de esas palabras que todo el mundo usa sin pararse a pensar que, enrealidad, está empleando un concepto científico.En efecto, como has estudiado en los contenidos de este tema, la energía es unamagnitud física que se caracteriza por tener una serie de propiedades. Sobre estaspropiedades es sobre lo que va este ejercicio.A continuación tienes una serie de frases relativas a la energía. Tienes que indicar,haciendo una cruz en la casilla correspondiente, si la frase refleja alguna propiedad de laenergía o no.También debes escribir un ejemplo o contraejemplo que apoye tu respuesta:

Si has contestado que la frase es verdadera, pon un ejemplo en el que se veaclaramente que la energía tiene esa propiedad.

Si has contestado que la frase es falsa, pon un contraejemplo en el que se veaclaramente que la energía no tiene esa propiedad.

PROPIEDAD: La energía puede ser almacenada.

a) Verdadero

b) Falso

EJEMPLO Una pila o una batería almacenan energía química. En el agua de unembalse se almacena energía potencial gravitatoria. En general, la energía potencialde cualquier tipo, es energía almacenada de algún modo en el sistema que la posee.

PROPIEDAD: La energía se crea en las centrales eléctricas.

a) Verdadero

b) Falso

CONTRAEJEMPLO: Según el principio de conservación de la energía, la energía nose crea ni se destruye, solo se transforma. Por eso, las centrales eléctricas no creanenergía. Sólo transforman en energía eléctrica la energía de otro tipo que poseen lasfuentes de energía que usa la central.


- 2 -

PROPIEDAD: La energía se puede transformar.

a) Verdadero

b) Falso

EJEMPLO: Acabamos de decirlo en la frase anterior. Cada fenómeno del Universosupone una transformación de energía. Las centrales eléctricas transforman en energíaeléctrica otro tipo de energías. El motor de un coche transforma en energía cinética laenergía química del combustible, etc...

PROPIEDAD: La energía no se puede transferir de un cuerpo a otro.

a) Verdadero

b) Falso

CONTRAEJEMPLO: Claro que se puede transferir. Cuando un futbolista golpea consu pie a un balón parado, le transfiere parte de la energía metabólica que obtuvo delos alimentos que tomó. Por eso el balón se pone en movimiento, porque toma partede esa energía como energía cinética.

PROPIEDAD: La energía se destruye cuando se utiliza.

a) Verdadero

b) Falso

CONTRAEJEMPLO: No es cierto. Lo dice el principio de conservación de la energía:tan solo se transforma, no se crea ni se destruye. Lo que sí sucede es que en todatransformación de energía, parte de la energía obtenida está en forma de calor, que es laforma menos útil de la energía. Por tanto, cada vez que se usa la energía, una parte de lamisma se degrada, se convierte en calor que no puede volver a utilizarse.


- 3 -

1.1.2 Dime qué eres y te diré qué energía tienesAunque la energía es "una", se manifiesta a nuestro alrededor de muchísimas formas y

tenemos la mala (o buena) costumbre de utilizar un nombre distinto para cada una de lasmanifestaciones de la energía.

En la siguiente tabla se describen algunos sistemas físicos y algunas situaciones. Debescompletarla escribiendo al lado el tipo de energía que se pone de manifiesto en cada sistema osituación.

Pueden servirte de ayuda los siguiente términos que se emplean habitualmente parareferirnos a diferentes manifestaciones de la energía: eólica, solar, mareomotriz, química,fotovoltaica, nuclear, térmica, lumínica, cinética, sonora, potencial elástica, mareomotriz,geotérmica, hidráulica, potencial gravitatoria, electromagnética, eléctrica.

¡¡Ojo, no todos los tipos de energía mencionados arriba tienes que utilizarlos!!

SISTEMA O SITUACIÓN TIPO DE ENERGÍA1 Muelles del sistema de amortiguación de una bici.2 Ladrillo a punto de caerse del borde de un tejado.3 Piedra lanzada a gran velocidad.4 Olla de agua que lleva un rato al fuego.5 Batería del coche.6 Olas que rompen contra un acantilado.7 Bidón lleno de gasolina.8 Lo que hace moverse a los molinos que atacaba D. Quijote.9 Volcán que entra en erupción.

10 Cilindro de 1 kg de uranio-235

Solución:

1.-Energía potencial elástica que se va almacenando y liberando en los muelles de losamortiguadores.

2.-Energía potencial gravitatoria que tiene el ladrillo por estar a cierta altura respecto al suelo.

3.-Energía cinética que tiene la piedra por estar en movimiento.

4.-Energía calorífica que tiene el agua por estar a cierta temperatura.

5.-Energía química que está almacenada en las sustancias químicas que contiene la batería.

6.-Energía mareomotriz, que es la energía cinética asociada a los movimientos del mar.

7.-Energía química almacenada en los enlaces que mantienen a los átomos unidos en lasmoléculas de la gasolina.

8.-Energía eólica, que es la energía cinética del viento, la asociada al movimiento del aire.

9.-Energía geotérmica, que es la energía calorífica que posee el interior de la Tierra y que selibera en determinados lugares como, por ejemplo, los volcanes.

10.-Energía nuclear, que es un tipo de energía potencial almacenada en los núcleos de losátomos y que se libera en algunos tipos de átomos inestables, como el de U-235.


- 4 -

1.1.3 ¿En qué unidades lo expreso?Has aprendido en este tema que la energía se puede medir en diferentes unidades ytambién cuáles son las más utilizadas (aunque hay muchas más).Las tres unidades que has estudiado en el tema ni son igual de grandes ni se suelen usaren las mismas situaciones. En este ejercicio tendrás que manejarlas y practicar cómocambiar de una a otra. Se trata de que expreses las siguientes cantidades de energía enla unidad que te parezca más correcta y lo escribas en la columna correspondiente de latabla siguiente.En cada caso, indica con claridad todos los razonamientos y todas las cuentas que hastenido que hacer para realizar el ejercicio.

ALIMENTOCONTENIDO ENERGÉTICO ENUNIDADES DEL SISTEMAINTERNACIONAL

CONTENIDOENERGÉTICO EN LAUNIDAD ELEGIDA

Yogur desnatado 526680

Consumo eléctricomedio mensual porhogar

1308600000

Realiza aquí las cuentas y comprueba luego el resultado:


- 5 -

Solución:

126 kcal363,5 kWh

Las unidades que hemos estudiado en este tema son el julio (J) que es la unidad de energía enel S.I., el que usan los científicos, la caloría (cal) que suele usarse para indicar el contenidoenergético de los alimentos y el kilovatio-hora (kWh) que es la unidad en la que sueleexpresarse la energía eléctrica que consumimos en nuestras casas.Para pasar de una unidad a otra tenemos que conocer el factor de conversión correspondientey multiplicar o dividir por él, según el caso.Tras estudiar con atención los contenidos del tema nos damos cuenta de que los factores deconversión que necesitamos son:- 1 kWh = 3600000 J- 1 cal = 4,18 J

Con estos datos ya podemos hacer los cálculos para resolver el ejercicio.En el primer caso, el del yogur desnatado, expresaremos la energía en calorías, la unidad quesuele usarse para indicar el contenido energético de los alimentos. Como la caloría es unaunidad más grande que el julio y tenemos que pasar de julios a calorías, debemos dividir elnúmero de julios entre el factor de conversión (pasamos de una unidad pequeña, el julio, aotra más grande, la caloría)

El resultado que hemos obtenido podemos expresarlo en otra unidad más adecuada, lakilocaloría (kcal), un múltiplo de la caloría que es la que más se usa para los alimentos. Como1 kcal son 1000 cal, para pasar de calorías a kilocalorías solo tenemos que dividir entre mil(como para pasar de metros a kilómetros o de gramos a kilogramos).Así que 126000 cal = 126 kcal

En el segundo caso, el del consumo eléctrico, expresaremos la energía en kilovatios-hora, launidad que suele usarse para indicar la energía eléctrica que consumimos en nuestras casas.Como el kilovatio-hora es una unidad más grande que el julio y tenemos que pasar de julios akilovatios-hora, debemos dividir el número de julios entre el factor de conversión (pasamosde una unidad pequeña, el julio, a otra más grande, el kilovatio-hora)


- 6 -

2 Tema 2: El recibo de la luz

La factura incompleta

Seguro que a estas alturas una factura de laluz no tiene secretos para ti. Ahora es unbuen momento para comprobar si de verdadhas entendido dónde está cada cosa dentrode la factura.Para ello observa con atención la factura queverás mejor al hacer click en la imagen.¡Esta incompleta! ¿Lo has notado?Pues tienes que rellenar lo que falte...Intenta hacer este ejercicio y... si ves que teatrancas más de la cuenta o resulta que lahas terminado y quieres comprobar qué tal lohas hecho, entonces, pulsa el botón de másabajo para ver la solución.

Lo primero que tenemos que hacer esobservar atentamente la factura para ver qué datos son los que faltan. Esteexamen atento nos revela que faltan siete datos (hay siete espacios en blanco):

En los datos del cliente falta la potencia contratada.

En consumo falta el consumo del periodo.

Y en facturación están todos los demás datos que faltan:

El precio (por kW y mes) de la potencia contratada.

El coste del consumo (y ni siquiera sabemos la energía quese ha consumido)

Lo que pagamos por IVA y el total de donde se calcula elporcentaje.

Pero enseguida nos damos cuenta de que muchos de esos datos no tenemosque calcularlos, porque ya están en la factura escritos en otros lugares. Porejemplo:


- 7 -

En los datos del cliente falta la potencia contratada: No es problema, tambiénestá en el apartado de facturación, donde se calcula lo que pagamos por eltérmino de potencia: Luego la potencia contratadaserá 4,4 kW.En consumo falta el consumo del periodo: Para averiguar este dato sí quetenemos que hacer un cálculo sencillo. El consumo del periodo es la diferenciaentre las dos lecturas del contador que aparecen; la actual menos la anterior (lamayor menos la menor): 1029 - 847 = 182Por tanto, el consumo del periodo es de 182 kWh (poner la unidad en la quese mide cada magnitud es fundamental, no lo olvides)El precio (por kW y mes) de la potencia contratada: también lo calculamoshaciendo una cuenta sencilla. El coste total del término de potencia sí que losabemos (12,64 €). Y también sabemos que se calcula multiplicando lapotencia contratada (4,4 kW) por el número de meses facturados (2 meses) ypor el precio de la potencia contratada por kW y mes.Tan solo tendremos quedividir:

Luego el precio de la potencia contratada debe ser 1,43636 €El coste del consumo: para calcularlo necesitamos saber el consumo delperiodo, que ya hemos averiguado antes (182 kWh). Solo deberemosmultiplicar este consumo por el precio del kWh, que sí aparece en la factura:

182 kWh × 0,081587 €/kWh = 14,848834 €Como tenemos que redondear al céntimo de euro, el coste del consumo será14,85 €Lo que pagamos por IVA y el total de donde se calcula el porcentaje: El IVAse paga "al final del todo". Es decir, se suman todos los conceptos de la factura(términos de potencia y de consumo, impuesto sobre electricidad y alquiler deequipos) y, a todo eso, que se llama base imponible, se le calcula el IVA.En la factura incompleta sí aparece la base imponible (29,98 €)

. Esa es la cantidad sobre la quetendremos que calcular el 16% de IVA:

De nuevo, redondeamos al céntimo y tenemos que de IVA hay que pagar4,80 €.

Puedes comprobar qué tal lo hemos hecho viendo la factura completa.

http://www.juntadeandalucia.es/educacion/adistancia/noformal/file.php/149/Bloque01/Unidad01/Contenidos02/practica/factura_solucion.jpg


- 8 -


- 9 -

¿Hay algo que no cuadre?Sí, te habrás dado cuenta de que el precio de la potencia contratada no es elque hemos calculado, sino ligeramente menor (1,43614 €) ¿Por qué estadiscrepancia?Si hacemos la cuenta que viene indicada en la factura obtenemos: 4,4 kW × 2meses × 1,43614 €/kW·mes = 12,638032€Al redondear esta cantidad al céntimo, nos salen los 12,64 €que aparecen enla factura. Algo más que el coste teórico, pues el redondeo ha salido al alza.Como nosotros hemos usado los 12,64 €, el precio de la potencia contratadanos ha salido algo mayor también.

La factura del gimnasioEn este tema has visto que la relación entre el coste en euros que pagamos por lostérminos de potencia y consumo juntos y el consumo de energía en kWh, tiene comorepresentación gráfica una linea recta que no pasa por el origen.Pero no solo esta relación es así; hay otras muchas.Teresa va de forma habitual a un gimnasio. Cada mes, debe pagar una cuota de 35 €y, además, si se apunta a las actividades con monitor que oferta el gimnasio, debepagar por cada sesión, 1,32 €.1. Completa la siguiente tabla en la que debes calcular cuánto pagará Teresa al finaldel mes, según el número de sesiones a las que asista:

2.Cuanto tengas la tabla rellena, representagráficamente los datos en una hoja de papelmilimetrado.Intenta hacer tú solo/a este ejercicio y... si vesque te atrancas más de la cuenta o resulta quela has terminado y quieres comprobar qué tal lohas hecho, entonces, pulsa el botón de másabajo para ver la solución.

Esta situación es totalmente similar a la que has estudiado en el factura dela luz. Teresa siempre pagará algo en su factura; aunque no asista a ningunasesión con monitor. Siempre tiene que pagar la cuota mensual: ¡los dichosos35 €!


- 10 -

1. La fórmula que me permitirá calcular el importe total de la factura a partirdel número de sesiones a las que asista Teresa será:

IMPORTE DE LA FACTURA = 35 + 1,32 × NÚMERO DE SESIONESAplicando esa fórmula y sustituyendo sucesivamente los números de sesionesque nos indican en la tabla, tendremos:

Para 0 sesiones: IMPORTE DE LA FACTURA = 35 + 1,32 × 0 = 35 €

Para 5 sesiones: IMPORTE DE LA FACTURA = 35 + 1,32 × 5 = 41,6 €




La tabla quedaría tal y como se ve a la derecha.2. Para hacer la representación gráfica tendremos que tener en cuenta, sobretodo, las escalas que elegimos para los ejes.

En el eje de abcisas, donde pondremos el número de sesiones (lavariable independiente), elegiremos una escala de 0 a 20 sesiones, enintervalos de 5.

En el eje de ordenadas, donde pondremos el importe de la factura (lavariable dependiente), elegiremos una escala de 0 a 75 €, en intervalosde 15 €

La gráfica quedaría más o menos así:


- 11 -

3 Tema 3: GENERACIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Las fábricas de la electricidadEn los contenidos has estudiado que la energía eléctrica de la que tanto dependemoshoy día en nuestras casas se obtiene en unas auténticas "fábricas de electricidad":las centrales eléctricas.Aunque cada tipo de central eléctrica tiene sus peculiaridades, este proceso essimilar en la mayoría de ellas. ¿Recuerdas cuál es el proceso?

1. En las siguientes imágenes puedes ver una representación de los tres aparatosfundamentales en los que se basa el proceso industrial más habitual que se usapara obtener energía eléctrica "lista para ser llevada a nuestras casas". ¿Sabes cómose llaman? Escribe debajo de cada una de las imágenes el nombre del aparato querepresenta.

ALTERNADOR TRANSFORMADOR TURBINA

2. Bien, que sepas cómo se llaman está pero que muy bien, pero también esimportante saber lo que hacen ¿no crees?. Completa la tabla siguiente escribiendo elnombre de los aparatos anteriores en el orden en el que se utilizan en una centraleléctrica. Junto a cada nombre, describe brevemente qué es lo que hace, qué misióndesempeña en la central.

FUNCIÓN QUE DESEMPEÑA

1º

TURBINA La turbina es la primera que entra en juego. A partir de la energía de la fuente queuse la central, y mediante el mecanismo propio de cada central, se genera un fluido enmovimiento que hace girar a la turbina.

La misión de la turbina es aprovechar la energía cinética de ese fluido en movimiento paragirar y transmitir ese giro al alternador.

2º

ALTERNADOR Es el auténtico corazón de la central. Aprovechando las característicaselectromagnéticas de imanes y bobinas, el alternador puede transformar la energía cinética desu giro en energía eléctrica.

Esta energía eléctrica se obtiene del alternador en forma de corriente eléctrica.

3º

TRANSFORMADOR La corriente eléctrica producida por el alternador tiene un voltajemuy pequeño.

El transformador es la última etapa de la central y tiene como misión elevar ese voltaje hastavalores de alta tensión, preparando así a la energía eléctrica para su transporte hasta loscentros de consumo.


- 12 -

Distintas fuentes, distintos nombresComo has visto en los contenidos, la mayoría de las centrales eléctricas emplean elmismo sistema para producir energía eléctrica: el sistema turbina-alternador del quehas hablado en el ejercicio anterior. Sin embargo, las conocemos con nombres muydiversos ¿los recuerdas? La razón es que usan fuentes de energía diferentes paramover la turbina.En este ejercicio tendrás que demostrar que sabes qué fuente de energía empleanlas diferentes clases de centrales eléctricas.En la tabla siguiente se relacionan algunos de los tipos de centrales eléctricas de lasque has estudiado en los contenidos. Tienes que completar la tabla escribiendo,junto a cada tipo de central, cuál es la fuente de energía que emplea y señalando sise trata de una fuente renovable (R) o no renovable (NR) haciendo una marca en lacasilla correspondiente.

Es muy frecuente confundir los conceptos de fuente de energía y de forma deenergía. Cuando hablamos de una fuente de energía nos estamos refiriendo aun recurso natural del que "extraemos" energía para transformarla.Se dice que una fuente de energía (o cualquier otro recurso natural) esrenovable si con un uso adecuado siempre podremos disponer de ella, puestoque se regenera a corto o medio plazo. En otro caso decimos que el recursonatural es no renovable.Una vez que está claro lo que entendemos por fuente de energía, y por"renovable", la tabla quedaría así:

TIPO DE CENTRAL FUENTE DE ENERGÍA R NRHIDROELÉCTRICA Agua embalsada o corrientes de agua X

TÉRMOELÉCTRICA Combustibles fósiles y sus derivados (petróleo, carbón,gas natural, fuel oil) X

NUCLEAR Fundamentalmente uranio XTERMOSOLAR El sol. XEÓLICA El viento. X

DE BIOMASACombustibles vegetales procedentes de desechos deactividades agrícolas y ganaderas o cultivos realizadosespecíficamente como fuente de energía.

X

FOTOVOLTAICA El sol X


- 13 -

4 Tema 4: RENDIMIENTO ENERGÉTICO

Buscando máseficiencia...¡La energía no se crea ni sedestruye, solo se transforma!Esto es lo que dice elprincipio de conservación dela energía ¿no? Entonces,¿por qué preocuparnos tantopor ahorrar energía? ¡Si nose puede destruir! En el primer tema del bloque ya había una razón para ahorrarenergía: la energía no se destruye, pero se degenera; pierde utilidad en cada una desus transformaciones.En este tema has encontrado otra importante razón. ¿Sabrías decir cuál?Quizá la lectura de este texto te de pistas...

"La tecnología del ciclo combinado de gas consiste en utilizar lacombustión del gas natural y el vapor que producen los gases deescape para generar electricidad. Es decir, con una misma fuenteenergética, el gas natural, se obtiene electricidad en dos etapas.

En La primera etapa una turbina de gas, el núcleo principal de lacentral, genera electricidad a partir de la combustión del gas.

En la segunda se reutilizan los gases de escape de dicha turbinagenerando vapor de agua, que se dirige a una turbina de vaporacoplada a otro generador eléctrico.

En definitiva, se trata de generar energía eléctrica por medio de lacombustión de gas natural en la turbina de gas y aprovechar el calorresidual en una turbina de vapor para generar más energía eléctrica. Seobtiene así un doble rendimiento de una misma fuente de energía, elcual se cifra en un 57%, superior al rendimiento de alrededor de un36% de una central convencional."

(Adaptado de Noticias.com)

¿Te ha dado pistas el texto? Pues sobre él te hacemos tres preguntas:

1. ¿Qué importante razón para ahorrar energía has aprendido en este tema?

2. ¿Qué significa el término "rendimiento" cuando se aplica, como en el textoanterior, a una central eléctrica?

3. Una central térmica de gas convencional produce 68 MW de potencia (porponer un ejemplo) ¿Cuánta energía se ahorraría usando una central de ciclocombinado para producir la misma cantidad de energía?


- 14 -

1. Lo que hemos aprendido en este tema, en lo tocante a ahorrar energía, esque en las transformaciones energéticas, el rendimiento nunca es del 100%.Eso significa que siempre se obtiene menos energía útil que la energía departida. Si se investigan y se consiguen sistemas más eficientes de transformarenergía, se estará avanzando en el camino de ahorrar energía.

2. El rendimiento es siempre la relación entre lo que se obtiene y lo que seinvierte. En el caso de las centrales eléctricas significará la relación entre laenergía eléctrica que producen y la energía que poseía la fuente que hanutilizado.

3.En primer lugar, aclaremos que 68 MW (68 megavatios) son 68 millonesde vatios (68000000 W). Es decir, la central produce 68 millones de julios deenergía ¡¡cada segundo!!Para contestar a la pregunta que se plantea tendremos que hacer algunascuentecillas.Lo primero será calcular cuánta energía necesita consumir cada central paraproducir esos 68 MW. Para esto necesitamos los datos del rendimiento de cadacentral y aplicar la fórmula del rendimiento:

de la que despejaremos la "Energía consumida":

Para no liarnos nos vamos a fijar en la energía consumida por cada central enun segundo. Recordemos que la energía obtenida en ese segundo debe ser 68millones de julios o, expresado en notación científica, 6,8·107 J.

La central convencional, con un rendimiento del 36%, consumirá:

La central de ciclo combinado, con un rendimiento del 57%, consumirá:

Ahora debemos restar ambos resultados para averiguar cuánto ahorra una

central respecto a otra:De modo que la central de ciclo combinado ahorra 0,7·108 J, que son70000000 J, o sea, para entendernos, 70 millones de julios ¡¡cada segundo!!


- 15 -

5 Tema 5: LA ENERGÍA MECÁNICA

¡Cuidado, modera tu velocidad!

Aunque has visto que la energía se nospresenta de muchas formas distintas yrecibe muchos nombres diferentes, en elfondo, todas esas formas sonmanifestaciones de dos formas básicas deenergía: la energía cinética (asociada almovimiento) y la energía potencial(asociada a la posición)En los contenidos has estudiado concierta profundidad tanto la energía cinética como un tipo de energía potencialasociada a la altura, la energía potencial gravitatoria. En este ejercicio tendrás queusar sus fórmulas para resolver un par de problemas muy ilustrativos relacionadoscon la velocidad al volante.

1. Imagina que un coche de 1532 Kg de masa viaja a una velocidad de 108 Km/h ychoca frontalmente con un muro ¿chungo, verdad?. Chungo porque ese coche tendráun montón de energía cinética. ¿Calcula cuánta?2. Imagina ahora que ese mismo coche (bueno, ese no, que se ha destrozado; otrocoche idéntico) se eleva con una grúa hasta cierta altura y luego se deja caer paraque impacte sobre el suelo. ¿A qué altura hay que subirlo para que al chocar contra elsuelo los efectos sean los mismos que cuando chocó contra el muro?

1. Como en todos los problemas de cálculo, lo primero que tenemos quehacer es comprobar si los datos están en las unidades del S.I. En este caso lamasa del coche sí lo está, pero la velocidad que lleva no.Pasamos la velocidad de Km/h a m/s. Para eso tan solo tenemos que dividirla

entre 3,6:Ahora sustituimos los valores de los datos conocidos en la fórmula de laenergía cinética (Ec = ½·m·v2), que es lo que queremos calcular, y hacemos elcálculo:

Luego la energía cinética del coche cuando chocó contra el muro era de689400 J.


- 16 -

2. Para resolver este problema tenemos que acordarnos del principio deconservación de la energía mecánica, que dice más o menos que "la energíamecánica (suma de las energías cinética y potencial) de un cuerpo que soloesté sometido a su propio peso, se mantiene constante".Para que al impactar contra el suelo el coche sufra los mismos daños que alchocar contra el muro, su energía cinética al llegar al suelo tiene que ser lamisma que la que tenía al llegar al muro. La hemos calculado antes: 689400 J.Si aplicamos el principio de conservación de la energía mecánicadeducimos que esa misma energía será la que tendría que tener cuando está acierta altura sujeto por la grúa. Salvo que ahora no será cinética (el cocheestará parado a cierta altura) sino solo potencial gravitatoria.Por tanto, los datos de los que partimos para este problema son: EP = 689400 Jy m = 1532 kg. Además ya están en las unidades del S.I., de modo quepodemos sustituirlos en la fórmula de la energía potencial gravitatoria (dondela energía se expresa en julios; la masa (m) se expresa en Kg; y la altura (h) enmetros):

EP = 9,8·m·h:

Ahora hacemos las cuentas que se puedan hacer. Tan solo podemos multiplicar

9,8×1532:

Por último, despejamos la altura dividiendo ambos miembros entre 15013,6:

Por tanto, la altura a la que habría que subir el coche es de 45,9 m.¡¡Unos 13 pisos de alto, nada más y nada menos!!


- 17 -

6 Tema 6: LA ENERGÍA TÉRMICA

Midiendo temperaturasLa temperatura es una magnitud física muy familiar. Oímoshablar de ella cuando vemos o escuchamos las prediccionesmeteorológicas, vemos por todos lados instrumentos que sirvenpara medirla: en el coche, en paneles instalados por las callesde la ciudad, en nuestras propias casas tenemos esosinstrumentos e incluso la medimos para comprobar nuestro

estado de salud.

Pero estamos tan acostumbrados a medirla y a vermedidas de temperatura, que olvidamos que no todo elmundo lo hace del mismo modo, utilizando las mismasescalas termométricas. Las escalas termométricas másutilizadas son tres: la escala Celsius, la escalaFahrenheit y la escala Kelvin.

En la siguiente tabla tienes algunas de las características de estas tres escalastermométricas.Debes escribir junto a cada una de ellas la escala a la que corresponde.

Para responder a este ejercicio tenemos que haber estudiado los contenidos yhaber visitado la animación sobre escalas termométricas.La tabla rellena quedaría así:

CARACTERÍSTICA ESCALA

Es la escala más utilizada en nuestra vida cotidiana. CELSIUS

No es una escala centígrada. FAHRENHEIT

Asigna 273 grados a la temperatura a la que funde el hielo. KELVIN

En esta escala no existen temperaturas negativas. KELVIN

Es la escala que se emplea en EEUU FAHRENHEIT

Es la escala que emplean los científicos, la escala que del S.I. KELVIN

En esta escala el agua hierve a 100 grados. CELSIUS

Si decimos que en un día normal de verano la temperatura amediodía ha sido de 87 grados, estamos usando esta escala. FAHRENHEIT

También se llama escala absoluta de temperaturas. KELVIN


- 18 -

¿Cuánto se calentará?Cuando a un cuerpo le suministramos calor lomás normal es que aumente su temperatura.Pero ¿todos los cuerpos aumentan del mismomodo su temperatura cuando absorben la mismacantidad de calor?En los contenidos de este tema has estudiado losfenómenos de transferencia de calor y has vistoque la respuesta a la pregunta anterior esnegativa. No todos los cuerpos se calientan (y seenfrían) del mismo modo. Todo depende de unacaracterística de los materiales conocida comocalor específico.El plomo, por ejemplo, es un material con un calor específico muy pequeño, tan solo129 julios por kilogramo y kelvin. Si quisiéramos calentar un bloque de 5 kg de plomodesde 22 ºC hasta 57 ºC necesitaríamos suministrarle 22575 J (que son unas 5,84kcal).Otros materiales tienen calores específicos más grandes. El del agua, por ejemplo, esde 4180 julios por kilogramo y kelvin.

Y ahora viene la pregunta:Si tuviéramos 5 kg de agua (el agua que hay en una garrafa normalita) a 22 ºC y lesuministrásemos la misma energía que al plomo de antes, ¿a qué temperatura sepondría el agua?No te apures, que te damos las fórmulas que pudieras necesitar:

La equivalencia entre el julio y la caloría es: 1 J = 0,24 cal.

La fórmula que relaciona el calor ganado con la variación de temperatura es: Q= m·ce·(Tf - T i) o dicho de otro modo:

calor = masa × calor específico × (temperatura final – temperatura inicial)Cuando lo resuelvas, corrígetelo tú mismo. Para ver la solución solo tienes quehacer...

Manos a la obra:Lo primero es tener claro qué datos son los que necesitamos para resolver elproblema porque, la fórmula que debemos usar ya nos la da muy gentilmenteel enunciado.

Tenemos el calor que le vamos a suministrar al agua: unas 5,84 kcal.Exactamente 22575 J.

Tenemos la masa de agua que vamos a calentar: 5 kg.

Tenemos el calor específico del agua: 4180 J/kg·K.

Tenemos la temperatura inicial del agua: 22 ºC.


- 19 -

Todas las magnitudes están en las unidades del S.I., excepto la temperaturadel agua. De modo que pasamos esta temperatura a kelvin:

22 ºC = 22 + 273 =295 K.

Ahora podemos sustituir en la fórmula los valores de todas las magnitudes

conocidas:Hacemos las cuentas que podamos:

Empezamos a despejar Tf, para lo cual pasamos el 209900 dividiendo alprimer miembro, con lo que conseguiremos despejar el paréntesis completo:

Hacemos de nuevo la cuenta que podemos hacer, la división:

Y terminamos de despejar Tf, sumando 295 K a los dos miembros, con lo quenos queda:

Solución: El agua se pone a 296,08 K. Dicho en Celsius, para que se entiendamejor, 296,08 K = 296,08 - 273 = 23,08 ºC

Es decir, los 5 kg de agua solo aumentan su temperatura en 1,08 grados,hasta los 23,08 ºC.

1 tema 1: la energía: el motor de la...

Documents