ENERGÍA Y CALOR

El Universo está hecho de materia y energía. La energía permite que los cuerpos se muevan o que cambien de propiedades.La energía se manifiesta de diferentes maneras o formas:

La corriente eléctricatiene energía eléctrica

Los alimentos y los combustiblestienen energía química

El Sol tiene energíatérmica y luminosa

FUENTES DE ENERGÍA

Las sustancias, cuerpos o fenómenos que producen energía se llaman fuentes de energía.El Sol es una fuente de energía natural que nos proporciona energía luminosa y térmica. Una cerilla nos proporciona el mismo tipo de energía pero es una fuente de energía artificial.

FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES son aquellas que se pueden utilizar siempre sin agotarse:A las energías que se obtienen de estas fuentes se les llama energías renovables y energías limpias.

FUENTES DE ENERGÍA NO RENOVABLES son aquellas que pueden agotarse con el tiempo. Estas energías son sucias, pues contaminan el medio ambiente. Se obtienen de:.- LAS SUSTANCIAS COMBUSTIBLES  como el carbón, los derivados del petróleo (gasolina y gasóleo) y el gas natural, cuya energía química se puede trasformar en cualquiera de las otras formas de energía..-LAS SUSTANCIAS RADIACTIVAS ,como el uranio, del que se puede obtener energía eléctrica en las centrales nucleares.   LOS COMBUSTIBLES son aquellos cuerpos sólidos, líquidos o gaseosos que en presencia de oxígeno pueden arder.Los combustibles tienen energía química. Esta energía química se libera cuando arden pudiéndose transformar en energía luminosa, calorífica o mecánica. Combustibles derivados del petróleo (los más importantes):- La gasolina y el gasóleo. Con ellos funciona los motores de los vehículos.- El queroseno. Lo usan los aviones para moverse.- El fuel. Se usa en barcos, calefacciones y para producir electricidad. Otros combustibles son la madera, el carbón y el gas natural.

ENERGÍA ELÉCTRICA

La energía eléctrica la obtenemos a partir de otras formas de energía en las centrales eléctricas. Estas centrales reciben distintos nombres según sea la forma de energía que transformamos para obtener la energía eléctrica:Central hidroeléctrica.- Obtenemos la energía eléctrica a partir de la energía cinética del agua almacenada en los embalses al caer.Aerogeneradores.- La energía eléctrica se obtiene a partir de la energía cinética que posee el aire en movimiento (viento).Central termoeléctrica.- La energía eléctrica se obtiene quemando carbón, petróleo o gas natural.Central nuclear.- En este caso la energía se obtiene a partir de la energía nuclear almacenada en el uranio.

Para llevar la energía eléctrica desde las centrales a los lugares de consumo se transporta:Primero con los cables de alta tensión desde las centrales a las ciudades y polígonos industriales.Una vez en las ciudades la se transporta por los cables de baja tensión a las casas. Una vez en las casas instalamos los enchufes para conectar los receptores o aparatos eléctricos y hacer uso de la electricidadLos receptores eléctricos son los aparatos que hacemos funcionar gracias a la energía eléctrica. Estos aparatos transforman la energía eléctrica en otras formas de energía:

TRANSPORTE DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

• En luz; la bombilla transforma la energía eléctrica en energía luminosa.

• En movimiento; los motores eléctricos transforman la energía eléctrica en energía mecánica.

• En calor; los radiadores eléctricos transforman la energía eléctrica en energía calorífica.

• En sonido; los altavoces transforman las señales eléctricas en energía sonora.

CALOR Y TEMPERATURA El movimiento de los átomos y moléculas crea una forma de energía llamada calor o energía térmica, que está presente en todo tipo de materia. Incluso en los vacios más fríos del espacio hay materia que posee calor, muy pequeño pero medible

Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo este no es el caso. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos diferentes.

El calor es la energía total del movimiento de las partículas en una sustancia mientras que la temperatura es una medida de la velocidad media a la que se mueven esas partículas. Como lo que medimos es su movimiento medio, la temperatura no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño. Por ejemplo, la temperatura de un cazo de agua hirviendo es la misma que la temperatura de una olla de agua hirviendo, a pesar de que la olla sea mucho más grande y tenga millones y millones de partículas de agua más que el cazo. La olla tiene más energía calorífica que el cazo de agua hirviendo porque tiene más materia.

El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. Las temperaturas más altas tienen lugar cuando las moléculas se están moviendo, vibrando y rotando con mayor energía.Si tomamos dos objetos que tienen la misma temperatura y los ponemos en contacto, no habrá transferencia de energía entre ellos porque la energía media de las partículas en cada objeto es la misma. Pero si la temperatura de uno de los objetos es más alta que la otra, habrá una transferencia de energía del objeto más caliente al objeto más frío hasta que los dos objetos alcancen la misma temperatura.La temperatura no es energía sino una medida de ella, sin embargo el calor sí es energía.Qué objeto contiene más calor, un cazo de agua hirviendo o un iceberg gigante?

LA ENERGÍA PUEDE PRESENTARSE DE MUY DIFERENTES FORMAS Y PUEDE CAMBIAR DE UNA A OTRA.

Muchos tipos de energía pueden convertirse en calor. La energía electromagnética (luz), la electrostática (o eléctrica), la mecánica, la química, la nuclear, el sonido y la térmica, pueden calentar una sustancia haciendo que se incremente la velocidad de sus partículas. Si ponemos energía en un sistema éste se calienta, si quitamos energía se enfría. Por ejemplo, si estamos fríos podríamos ponernos a saltar para entrar en calor.

La energía mecánica se convierte en energía térmica siempre que botamos una pelota. Cada vez que la pelota rebota en el suelo parte de la energía de su movimiento (energía cinética) se convierte en calor, haciendo que la pelota cada vez rebote menosCuando calentamos agua en una cazuela, el calor de la estufa hace que las moléculas de la cazuela empiecen a vibrar más deprisa, haciendo que la cazuela se caliente. El calor de la cazuela hace a su vez que las moléculas de agua se muevan más deprisa calentándose. Por lo tanto cuando calentamos algo no estamos más que incrementando la velocidad de sus moléculas.

Nuestros cuerpos convierten a energía química de los alimentos que comemos en calor.La luz del Sol se convierte en calor y hace que la superficie de la Tierra esté caliente.La energía eléctrica se convierte en energía térmica cuando usamos estufas eléctricas, tostadores o bombillas.

Transferencia de Energía

La energía puede transferirse de un lugar a otro por tres métodos diferentes: conducción en sólidos, convección en fluidos (líquidos o gases) y radiación a través de cualquier medio transparente a ella. El método elegido en cada caso es el que resulta más eficiente.

Si hay una diferencia de temperatura la energía siempre viajará del lugar más caliente al más frío.

Ejemplos:– Cocinando pasta– Haciendo hielo– Haciendo palomitas

Conductividad

Agita tu sopa caliente con una cuchara de metal. Pronto notarás que necesitas un guante porque el mango de la cuchara se está calentando

Esto es transferencia de calor por conductividadLa energía viaja por el mango de la cuchara desde la sopa

caliente hasta tu mano

Conductividad

Por ejemplo, una cuchara en un tazón de sopa caliente se pone más caliente porque el calor de la sopa es conducido a lo largo de la cuchara

Hecho curioso: Has notado alguna vez que el metal tiende a sentirse frío? Te lo creas o no, no están más fríos! Sólo se sienten más fríos porque extraen el calor de tus manos. Tú percibes el calor que está escapando y enfriando tu mano.

Conductividad

Ejemplo de Conductividad

Pon tu mano sobre el pupitre.¿Cómo se siente?¿Está más frío o es el calor transfiriéndose a tu mano por

conductividad?Palomitas:

El calor se transfiere por contacto directo desde la olla, desde ésta al aceite y desde éste a los granos de maiz

Convección

La energía se transfiere a través el movimiento de fluidos a diferentes temperaturas (fluidos – líquidos y gases)

Ejemplo:– Fuegos de campamento, mira el hollín, las brasas subir y

arremolinarse. Se alzan hacia arriba- el aire caliente se expande. ¿Por qué?

– Corrientes de aire/viento– Agua hirviendo en un cazo

Convección

• Puedes mantener tus dedos a los lados de la llama sin hacerte daño pero no sobre la llama. ¿Por qué?

Convección

Convección

Explica por qué las brisas vienen desde el mar hacia la tierra por el día y de la tierra al mar por la noche.

RadiaciónTransfiere la Energía por ondas electromagnéticasNo hay moviemientos de materia-tiene efecto en el vacío o en

el espacio exteriorNo hay contacto o movimiento de fluidosInfrarrojos, luz visible, rayos UVEjemplo

El fuego emite radiatión (infrarrojo), la piel absorbe E y aumenta la temperatura cuando tomas el sol

Radiación

El interior de un coche en un día soleadoLa luz solar incide como luz visibleLos asientos y el interior están mucho

más fríos por lo que irradian en infrarojos en vez de en luz visible.

Los cristales de las ventanillas bloquean los infrarrojos por lo que la energía no puede escapar del interior del coche.

El interior del coche se sobrecalienta.

RadiaciónRadiación: Ondas electromagnéticas que transportan

directamente la Energía por/a través el espacioLa luz solar en una forma de radiación que es irradiada a

través del espacio hasta nuestro planeta sin la ayuda de fluidos o sólidos. ¡La energía viaja a través del vacío/de la nada!¡ Piensa en ello! El sol transfiere calor a través/a lo largo de 149 millones de kilómetros de espacio vacío.

Debido a que no hay sólidos (como una enorme cuchara) tocando el sol y nuestro planeta la conductividad no es responsable de que el calor llegue a la Tierra. Como además no hay fluídos (como el aire o el agua) en el espacio la convección no es responsable de la transferencia de calor. Por tanto la radición trae el calor a nuestro planeta.

¿Qué tipo de transferencia de calor se da en estos casos?

• Calentar una habitación con una chimenea

• Cocinar un huevo en un cazo

• Techar una casa para hacerla más cálida

 Conjunto de detectores infrarrojo para medir el

calor procedente de objetos en el espacio.

 Termómetro exterior para medir la energía

térmica media en el aire.

 Cámara térmica infrarroja para tomar

imágenes del calor.

Hay muchas formas de detectar el calor. El método a elegir depende de la fuente de calor; por ejemplo, no es lo mismo detectar el calor del aire, que el del fuego o el de un objeto en el espacio.

¿Cómo medimos el calor?

El termómetro

Todos sentimos diferentes niveles de calor. Nuestra piel es un buen detector de calor que nos permite interpretar el movimiento molecular medio en un objeto como una sensación de frío o calor. Pero nuestra piel no siempre nos da medidas consistentes del calor.Para esto necesitamos instrumentos especiales que pueden medir de forma precisa el calor, como un termómetro

A principios del siglo XVIII, Gabriel Fahrenheit (1686-1736) creó la escala Fahrenheit. Fahrenheit asignó al punto de congelación del agua una temperatura de 32 grados y al punto de ebullición una de 212 grados. Su escala está anclada en estos dos puntos.Unos años más tarde, en 1743, Anders Celsius (1701-1744) inventó la escala Celsius. Usando los mismos puntos de anclaje Celsius asignó al punto de congelación del agua una temperatura de 0 grados y al de ebullición una de 100 grados. La escala Celsius se conoce como el Sistema Universal. Es el que se usa en la mayoría de los paises y en todas las aplicaciones científicas.

Hay un límite a la temperatura mínima que un objeto puede tener. La escala Kelvin está diseñada de forma que este límite es la temperatura 0A la temperatura del cero absoluto no hay movimiento y no hay calor. Es cuando todo el movimiento atómico y molecular se detiene y es la temperatura más baja posible. El cero absoluto tiene lugar a 0 grados Kelvin, -273.15 grados Celsius o -460 grados Farenheit. Todos los objetos tienen una temperatura más alta que el cero absoluto y por lo tanto emiten energía térmica o calor.

  oF oC oK

El agua hierve a 212 100 373

Temperatura Ambiente

72 23 296

El agua se congela a

32 0 273

Cero Absoluto -460 -273 0

DANIEL GABRIEL FAHRENHEIT (1686-1736), físico polonésANDERS CELSIUS (1701-1744), astrónomo suecoLORD KELVIN (WILLIAN THOMSON) (1824-1907,físico y matemático británicoJAMES PRESCOTT JOULE (1818 - 1889), físico inglés descubridor de que el calor es un tipo de energía.