tema 10: la energía. lectura inicial efectos de la bomba atómica en hiroshima lise meitner y otto...
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Tema 10: La Energía
Lectura inicial
Efectos de la bomba atómica en Hiroshima
Lise Meitner y Otto Hahn
Hongo atómico producido por una explosión nuclear
A principios del siglo XX, una época en la que a las mujeres no les estaba permitido estudiar, Lise Meitner consiguió doctorarse en Ciencias Físicas. Durante unos treinta años,Meitner trabajó en Alemania junto a su amigo el químico Otto Hahn. El interés de ambos estuvo centrado en proseguir con los experimentos del italiano Fermi sobre la ruptura del núcleo del átomo de uranio.Cuando Hitler llegó al poder, Lise Meitner fue excluida de la investigación, por su condición de judía, y huyó a Suecia, desde donde siguió colaborando con Hahn a través de cartas. En una de estas comunicaciones, Lise informó a Hahn de que al bombardear los átomos de uranio con neutrones, se desprendía una gran cantidad de energía. Al proceso lo denominó fisión nuclear.Estos resultados fueron publicados en solitario por Otto Hahn, quien argumentó que Meitner había sido una interferencia y que su marcha facilitó el trabajo. En 1944, Otto Hahn recibió el premio Nobel por el descubrimiento de la fisión nuclear, mientras que el trabajo de Lise no fue reconocido por la Academia.A Meitner la propusieron participar en el proyecto Manhattan, para la fabricación de la primera bomba atómica a partir de la fisión nuclear. Propuesta que Lise rechazó. A pesar de su rechazo, el proyecto Manhattan se llevó a cabo y una de las primeras aplicaciones de su descubrimiento fue la explosión de la primera bomba atómica sobre la ciudad japonesa de Hiroshima.
Recuerda y Contesta
1- Señala varios ejemplos de la vida cotidiana en los que se manifieste la existencia de energía.
2- ¿De dónde obtenemos las personas la energía para movernos diariamente? ¿Y una calculadora, de dónde obtiene la energía para funcionar?
3- ¿De dónde procede la energía eléctrica?
4- ¿Puede agotarse la energía?
5- Indica diferentes acciones que puedes hacer en tu casa o colegio para ahorrar energía.
Esquema de contenidos
La energía
DefiniciónOrigenCaracterísticasEl futuro
Formas de energía
MecánicaEléctricaInternaElectromagnéticaQuímicaNuclearTérmica
Fuentes no renovables
CarbónPetróleoGas naturalUranio
Fuentes de energía
Clasificación Fuentes renovables
HidráulicaSolarEólicaBiomasaGeotérmicaMaremotriz
1- ¿Qué es la energía?
Definimos la Energía como la capacidad de producir cambios en los cuerpos.
La Energía se puede medir, todo aquello que podemos medir se denomina magnitud. Se ha de expresar mediante Unidades:
Unidades de la Energía
Unidad Símbolo Equivalencia
Julio J
Caloría cal 1 cal = 4,18 J
Kilowatio hora kWh 1 kWh = 3600000J
Capacidad de producir cambios en los
cuerpos
ENERGÍA
Origen de la energíaCasi toda la energía de que disponemos proviene del Sol. Esta
energía:
a) Proporciona un clima adecuado
b) Origina el Ciclo del Agua.
c) Posibilita la formación de materia orgánica a través de la fotosíntesis.
Pág 182:Act, 1, 2 y 3
2- Características de la energía.
a) Puede ser almacenada
b) Puede ser transportada
c) Puede transformarse de unas formas de energía a otras que sean más útiles.
-La Energía Química en Pilas
-La Energía Eléctrica enCondensadores
-La Energía Eléctrica mediante cablesLa Energía Eléctromagnéticamediante ondas
Página 183
d) Se transfiere: Pasa de unos cuerpos a otros
e) Se conserva: La energía no se puede crear ni
destruir, sólo se transforma o se transmite de un
cuerpo a otro. Esto se conoce como Principio de
Conservación de la Energía
f) Se degrada: En las transformaciones de energía, se produce calor, que no es posible aprovechar.Página 183. Actividades 4, 5 y 6
Página 183
3-Formas de presentarse la Energía
La Energía se presenta en diferentes formas y con distintos nombres: luz, calor, energía nuclear, etc. Cualquiera de estas formas de energía puede ser transformada en otra.
a)Energía Mecánica (Em):
Es la energía que tiene un cuerpo por el hecho de ocupar una posición en el espacio y por tener una velocidad determinada.
- Energía Cinética: Es la Energía que tiene un cuerpo por el hecho de estar en movimiento.
Ec =
- Energía Potencial: Es la Energía que tiene un cuerpo por estar situado a una determinada altura.
Ep =
En estas expresiones: m= masa (kg); v = velocidad (m/s); h = altura (m)Y g es la aceleración de la gravedad y vale 9,8 m/s2
2
2
1vm
hgm
La energía mecánica es la suma de la energía cinética y la potencial:
Em = Ec + Ep
Tienen energía potencial
Disminuye su energía potencial
Tiene energía cinética, que va en aumento
No tienen energía potencialNo tienen energía cinética
b) Energía eléctrica
Aparece cuando las partículas cargadas (generalmente, electrones) se mueven en una dirección. Este movimiento ordenado produce la corriente eléctrica.
La energía eléctrica tiene la ventaja de que es fácilmente utilizable. Por este motivo casi todos las fuentes de energía acaban siendo convertidas en energía eléctrica.
¿Cómo se produce la electricidad? De forma muy simple podemos decir que la corriente eléctrica se produce cuando un imán se mueve en el interior de una bobina de hilo conductor o viceversa.
De esta forma la electricidad se genera a partir de otras fuentes de energía, principalmente en:
-Centrales hidroeléctricas donde se usa la Energía mecánica del agua para hacer girar unas turbinas conectadas a un generador produciendo la electricidad.
-Centrales termoeléctricas donde se produce electricidad a partir del carbón, petróleo y otros combustibles. La quema de los combustibles fósiles calienta vapor de agua que hace girar las turbinas conectadas a los generadores.
-Centrales Nucleares: en ellas es la energía procedente de la fisión nuclear la que se utiliza para calentar el fluido que hace girar las turbinas.
- También puede generarse a partir de la Energía Eólica, Solar y Biomasa entre otras.
¿Cómo se produce la electricidad? Central nuclear
c) Energía InternaEs la energía que poseen los cuerpos debido al movimiento de los átomos o de las moléculas que los forman.
Estado sólido Estado liquido Estado gaseoso
La energía interna aumenta
Movimiento de las moléculas o átomos
d) Energía electromagnética o radianteEste tipo de energía lo poseen las ondas de radio y de televisión, microondas, la luz, etc. Se transmiten por el espacio sin necesidad de ningún medio material por lo que no se degrada. Se propaga a una velocidad de 300.000 km/s.
Microondas
Ondas de radio y televisión
Luz
Se transmite por el espacio, no se
degrada
e) Energía QuímicaEs la que poseen todos los compuestos químicos. Se pone de manifiesto en todas las reacciones químicas. Los alimentos, las pilas eléctricas y los explosivos contienen esta energía.
Energía química
Pila
En reacciones químicas
En los alimentos
Reacciones de oxidación
Glúcidos
Lípidos
f) Energía NuclearSe obtiene a partir del núcleo de los átomos. Se manifiesta en las reacciones nucleares, en las que se liberan grandes cantidades de energía.
Puede ser de dos tipos:
Sol Fusión nuclear
Energía
Fisión nuclear
Energía
El núcleo atómico se
rompe
Los núcleos atómicos se
unen
Central nuclearExplosión atómica
g) Energía TérmicaEs la energía que pasa de un cuerpo a otro al estar a distinta temperatura.
A este paso de energía es a lo que denominamos Calor. El calor es energía en tránsito, no está en ninguno de los cuerpos sino que pasa del que está a mayor temperatura al que está a menor temperatura.
Transferencia de energía
CALOR
Energía en tránsito
Movimiento de átomos y moléculas
Actividades 7, 8 y 9 de laPágina 185
4- Las fuentes de energía y sus tipos
Fuente de Energía es todo aquel medio natural o artificial del que podemos extraer energía y utilizarla.
Tipos de
Fuentes
de Energía
Fuentes no Renovables: Son las que no se regeneran a la escala humana de tiempo. Se forman durante períodos de tiempo muy largos y procesos geológicos muy lentos.
Son no renovables: el carbón, el petróleo, el gas natural y el uranio.
Fuentes Renovables: Son aquellas que se regeneran continuamente. Tienen su origen en el Sol.
Son renovables: el Sol, el viento, el movimiento de los ríos, las olas y las mareas, el calor interno de la Tierra y la biomasa.
El hecho de que una fuente sea renovable no significa que sea abundante, poco costosa o que no presente problemas ambientales.
Resumen página 186
Carbón
Gas natural
Fuentes renovables
Participación de fuentes no renovables y renovables en la producción de energía eléctrica (2005)
Petróleo
8,9 %
19,9 %
28,2 %
16,6 %26,2 %
Uranio
49,1 %45,2 %
4 %
Hidráulica
Eólica
Biomasa 1% Solar
En los últimos años se ha incrementado el uso de las energías procedentes de fuentes renovables. Esto es debido al alto precio, al agotamiento y a los problemas ambientales de las fuentes no renovables.
En la actualidad la tecnología de las Energías renovables está lejos de poder satisfacer un consumo energético cada vez mayor.
Actividades 10, 11, y 12 página186
Efecto Invernadero, calentamiento global.
Observa atentamente el siguiente video. En un folio indica con cuál de las dos opiniones te identificas más y por qué. ¿Qué crees que se puede hacer?
5- Fuentes no renovables de energía
a)Carbón El Carbón se formó hace millones de años cuando grandes
cantidades de restos vegetales quedaron enterrados en zonas poco profundas, como pantanos o lagos.
Tipos de Carbón
-Antracita-Hulla-Lignito-Turba
Usos del Carbón
-Como combustible en centrales térmicas
- Usos domésticos: calefacción, cocina, etc.
-Materia prima para obtener distintos productos:
Plásticos, fibras sintéticas y productos farmaceúticos
% Carbono Poder calorífico
Antracita 86-98 35 MJ/Kg.
Hulla 45-86 33 MJ/Kg.
Lignito 25-42 20 MJ/Kg.
Turba Menos de 25 -
b) Petróleo
El petróleo se originó hace millones de años por la acumulación de microorganismos marinos (plancton) en el fondo del mar. Al quedar enterrados Y bajo condiciones adecuadas de presión y temperatura, se transformaron enPetróleo.
El petróleo se extrae en forma de crudo, y para su utilización debe someterse a un proceso de destilación llamado refinado.
El transporte del petróleo se realiza por oleoductos y barcos petroleros, que presentan un elevado riesgo de contaminación por accidentes.
Se emplea como combustible y como materia prima para la fabricación de fertilizantes, plásticos, pinturas, medicamentos, etc.
La mayor problemática de la combustión del petróleo es la formación de
CO2 (gas de efecto invernadero) y óxidos que provocan lluvia ácida.Actividad: Haz un informe sobre la catástrofe ambiental del Prestige,cuándo y dónde ocurrió, por qué estuvo causada, cuáles fueron sus consecuencias, en que estado se encuentra el juicio sobre el caso, etc
Pag 187. Actividades 13, 14, 15 y 16
c) Gas NaturalEs una mezcla de gases entre los que el metano CH4 se encuentra en mayor proporción.
- Su origen es el mismo que el petróleo y por ello se encuentra junto a él.
- Una vez extraído se licua y se transporta a través de gaseoductos. Para usarlo ha de ser de nuevo convertido en gas.
-Su poder calorífico es alto y su combustión es limpia ya que no contiene Azufre y Nitrógeno. Elementos que forman óxidos que producen lluvia ácida
-Se usa en:
- Cocinas y calefacción.-Combustible en vehículos de transporte público-Producción de electricidad en centrales térmicas.
d) UranioEs un elemento químico radiactivo, es decir, sus átomos son inestables y se rompen formando elementos nuevos y desprendiendo energía.
En las centrales nucleares se rompen los átomos deuranio mediante la fisión nuclear. La energía que selibera se usa para calentar agua, se produce vapor que mueve una turbina y produce electricidad.
Las centrales nucleares no producen gases de efecto invernadero ni lluvia ácida. Sin embargo, generan una gran cantidad de residuos radiactivos, perjudiciales para la salud y el medio ambiente, lo que obliga a almacenarlos en lugares de alta seguridad durante centenares o miles de años.
En España estaba previsto el cierre de las instalaciones nucleares existentes enlos próximos años. La nueva crisis del petróleo está haciendo replantearse el asunto de la energía nuclear en nuestro país.
Actividad: Averigua cuántas centrales nucleares hay en España y dónde se encuentran. ¿Qué porcentaje de la energía que consumimos producen?
Página 188: Actividades 17 y 18
Opiniones a favor y en contra de la energía nuclear
Actividad: Mide tu huella ecológica en la siguiente página.
http://www.vidasostenible.org/ciudadanos/a1_01.asp
7-Fuentes renovables de EnergíaSon fuentes de Energía no agotables, más respetuosas con el medio
ambiente y con emisiones casi nulas de gases contaminantes.
a)Energía HidraúlicaSe obtiene a partir del agua almacenada en las presas en los
embalses de los ríos. La energía potencial del agua se transforma en Energía Cinética, el movimiento de las turbinas genera electricidad como vimos anteriormente.
Ventajas Inconvenientes
-Mantenimiento mínimo
-No genera residuos
-Ayuda a controlar Inundaciones y suministraagua durante épocas desequía
-Pérdidas en el transportede la electricidad.-En períodos de sequía la producción es menor-Impacto ambiental de laconstrucción de presas-Riesgos de rotura de presas
Ec máximaEp mínima
Central hidroeléctrica
Ec máximaEp mínima
Centros de consumo
Transformador
Generador
Compuerta
Turbina
Ventajas:-No genera residuos ni contaminantes
Inconvenientes:- Su construcción produce alteraciones en el entorno
Actividades
18, 20, 21 y 22. Pag 189
b) Energía Solar Esta Energía se puede aprovechar de dos formas
- Térmica: Se usa la energía solar para calentar un fluido, generalmente agua, en unos aparatos llamados colectores. La energía obtenida se usa para obtener agua caliente y calefacción.
En los últimos tiempos se está usando también, a altas temperaturas, para obtener energía eléctrica.
-Térmica-Fotovoltaica
Planta Solar térmica de San Lucar
- Fotovoltaica: Transforma directamente la energía del Sol en energía eléctrica por medio de unos dispositivos de silicio, llamados paneles fotovoltaicos.
Puede usarse directamente o transferirse a la red.
La base científica de la energía fotovoltaica es el efecto fotoeléctrico (descubrimiento por el cual recibió Einstein el premio Nobel de Física
Cuando el Sol choca contra un metal como el Silicio arranca electrones de él.
Estación espacial Internacional
Ventajas de laEnergía Solar
Inconvenientes de La Energía Solar
-Es una fuente inagotable
-Es una energía limpia
-Tiene un mantenimiento barato y llega a zonas aisladas
-Reduce la dependencia de los combustibles fósiles
-Su disponibilidad depende de factores atmosféricos
-No se puede almacenar, ha de ser transformada en energía eléctrica.
-Necesitan grandes extensiones de terreno para los paneles solares
Su desarrollo está aún muy limitado en España, a pesar de ser el país europeo con mayor radiación solar. Algunas de las causas de la escasa implantación de este tipo de energía son la falta de concienciación ecológica y la necesidad de realizar una inversión inicial alta que no todo el mundo está dispuesto a asumir.
Actividades 23 y 24. Página 190
c) Energía Eólica
Aprovecha la energía cinética producida por el viento. Se puede usar directamente o transformada en otras formas de energía.
A lo largo de la historia se ha utilizado para diferentes actividades:
Mover embarcaciones
Mover molinos de viento
Bombear agua
Actualmente, los aparatos que se emplean para aprovechar la energía eólica son los aerogeneradores
Ventajas de la
Energía Eólica
-El viento no se agota y es gratuito-Bajo coste de instalación y mantenimiento de los aerogeneradores-Alto rendimiento-Reduce la dependencia de los combustibles fósiles
Inconvenientes de laEnergía Eólica
-Es intermitente y aleatoria ya que depende del viento- Es difícil de almacenar-Los aerogeneradores son un peligro para las aves- Producen alteraciones visuales en el paisaje- Generan interferencias en los radares, TV y radio.
La producción de energía eólica en España es la segunda de Europa y la cuarta del mundo. En 2010 cubrió el 16,6% de la demanda eléctrica y se consolidó como la tercera tecnología que más aporta, tras la nuclear y los ciclos combinados.
La eólica marina es también otro de los desafíos del sector. Mientras en tierra firme es una de las principales potencias del mundo, España no tiene ninguna instalación de este tipo en sus aguas.
Act 25, 26Y 27.Pág. 191
-BiomasaLa Biomasa es el conjunto de materia orgánica de origen animal o vegetal procedente de la transformación natural o artificial de los restos de seres vivos.
La Energía de la biomasa es la que se puede obtener de ella mediante la quema directa o mediante la transformación en otro tipo de combustible.
Formas de
producir Biomasa
-Mediante el cultivo agrícola de especies de alto crecimiento, como cardos, remolachas y cereales.
-Aprovechamiento de los residuos de las actividades domésticas, agrícolas, ganaderas y forestales.
-Transformación química o biológica de ciertas especiesVegetales para convertirlas en productos energéticos comoLos biocombustibles, como el biodiésel o el etanol
Ventajas de laBiomasa
-Produce pocos residuos-Los biocombustibles son menos contaminantes que loscombustibles fósiles.-El uso energético de los residuos de la biomasa eliminanel coste del tratamiento de los mismos.
Inconvenientesde la
Biomasa
-Bajo rendimiento energético-Dificultad de manipulación y transporte-La producción de Biocombustibles está directamente Relacionada con el aumento de los precios de los alimentos Y con la deforestación de grandes zonas que se están Dedicando al cultivo de cereales para biocombustibles.
Actividades 28, 29 y 39. Página 192
A favor de los biocombustibles….
Profundicemos un poco más en el tema de los Biocombustibles
Actividad: Resume las ideas principales de los dos videos anteriores. ¿Te parecen los biocombustibles una solución o una amenaza? ¿Por qué?
-Energía geotérmicaEs la energía procedente del calor almacenado en el interior de la Tierra. Se puede aprovechar mediante la perforación de la superficie terrestre.
Calor en zonas volcánicas
Calor en zonas de aguas termales
Ventajas:-Rentable en la producción de energía eléctrica
Inconvenientes:- Localización difícil y costosa, genera impacto ambiental.
Parque Nacional de Timanfaya, Lanzarote
Para calefacción y climatización
de piscinas
-Energía MaremotrizEs la energía que se obtiene del movimiento del agua del mar, principalmente por las mareas.
Embalse llenándose de agua
Compuerta abierta
Ventajas:-Limpia, inagotable, no produce residuos
Inconvenientes:- Costosa, bajo rendimiento, alteración de ecosistemas
Pleamar
Bajamar
La energía cinética se emplea para generar
electricidad
Act 31, 32 ,33Pág. 193
8- El futuro de la energía
Medidas para garantizar el suministro de energía en el futuro:
• Desarrollo de tecnologías que permitan el uso de energías renovables.
• Concienciación ciudadana. El aprovechamiento de la energía depende de todos
Apagar las luces que no se usan y aprovechar la luz natural
Apagar totalmente los aparatos eléctricos
Comprar electrodomésticosde clase A (bajo consumo)
Llenar la lavadora el lavavajillas y usar programas de ciclo corto
Usar bombillas de bajo consumo
Facilitar el reciclaje de papel y vidrioUtilizar el transporte público
El futuro ambiental del planeta depende de todos….
¿Conoces la regla de las tres R?
Haz una lista en la que pongas al menos 5 ejemplos de cada una de las Erres….