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5 Trabajo y energía
PARA EMPEZAR
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INTERNET
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2. INICIO ESQUEMA INTERNET
Esquema de contenidos
La energía Fuentes de energía
Clasificación de las fuentes de energía
Tipos de energía
Aprovechamiento de los combustibles fósiles
Propiedades de la energía
Aprovechamiento de la energía nuclear
Aprovechamiento de la energía hidráulica
El trabajo
Aprovechamiento de la energía eólica
¿Qué es el trabajo?
Aprovechamiento de la energía solar térmica
La fuerza de rozamiento
Aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica
El trabajo modifica la energía
Ciclo de la energía
Potencia Consumo de energía a lo largo de la historia
Las máquinas mecánicas Producción de energía en Europa
Producción de energía en España
Consumo de energía en España
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Para empezar, experimenta y piensa
Energía potencial Energía cinética
Dejamos caer dos bolas, una de
hierro y otra de madera desde la
misma altura.
Las bolas caen Arcilla blanda
a la vez.
Dejamos caer la
bola desde la
posición A.
Si con un cuentagotas
vamos rellenando de agua A
las huellas
de cada impacto…
¿Qué huella contendrá
más gotas?
¿Destruirá la construcción?
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Tipos de energía
La energía es una propiedad de los cuerpos o de los sistemas materiales
que les permite producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos.
Energía mecánica Energía cinética (EC). Es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en movimiento. Su
Es la energía que está valor depende de la masa del cuerpo (m) y de su velocidad (v): EC =1/2 m·v2
ligada a la posición
o al movimiento de los Energía potencial gravitatoria. Es la energía que tienen los cuerpos por estar
cuerpos. Existen dos en un lugar determinado sobre el suelo terrestre. Su valor depende de la
tipos de energía Energía potencial
masa del cuerpo (m), del valor de g en ese lugar y de la altitud a la que se
mecánica. La energía (EP). Es la energía
encuentre sobre la superficie de la Tierra (h).
mecánica (EM) de un que tienen los EP = m⋅ g ⋅ h
cuerpo es la suma de sus cuerpos por ocupar
energías cinética una determinada Energía potencial elástica. Es la energía que tienen los cuerpos que sufren
y potencial. posición. una deformación. Su valor depende la constante de elasticidad del cuerpo, k,
EM = E C + E P y de lo que se ha deformado (x): EE = 1/2 k·x2
Es la energía que se transfiere cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están
Energía térmica a distinta temperatura.
Es la energía debida a los enlaces que se establecen entre los átomos y demás partículas que forman
Energía química una sustancia.
Es la energía que emiten los átomos cuando sus núcleos se rompen (energía de fisión)
Energía nuclear o se unen (energía de fusión).
Es la energía que se propaga mediante ondas electromagnéticas, como la luz.
Energía radiante Son ejemplo de energía radiante la energía solar, las microondas, los rayos X, etc.
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Propiedades de la energía
La energía se transfiere La energía se puede almacenar y transportar
La energía eléctrica
Una cocina transfiere
se transporta por el
energía térmica a la
tendido eléctrico.
paellera.
Las pilas almacenan
La energía se transforma energía.
Cuando la chica cae, su La energía se degrada
energía potencial se
transforma en cinética.
Calor
En los botes, parte de la energía se transforma
La energía se conserva En cada transformación, la cantidad en calor. Se degrada porque no puede ser
total de energía se conserva. utilizada de manera útil.
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¿Qué es el trabajo?
El trabajo es la energía que se transfiere de un cuerpo (o sistema) a otro por medio de una
fuerza que provoca un desplazamiento. En el SI se mide en julios (J).
El chico hace un gran El chico que arrastra la mochila, si
esfuerzo con la mochila, realiza un trabajo, pues aplica una
pero no realiza ningún fuerza que provoca el
trabajo. desplazamiento de la mochila.
Peso
Desplazamiento
Peso
→ → →
FX F F α →
α→
FX FX
W = F · ∆x · cosα
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La fuerza de rozamiento
El trabajo de la fuerza de rozamiento siempre es negativo, pues la fuerza de rozamiento
siempre se opone al movimiento.
→
N
→
F
→
Froz
→
P
Wroz = F roz· ∆x · cos 180º = - Froz· ∆x
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El trabajo modifica la energía
Energía potencial
Energía cinética
Cuando sobre un cuerpo actúa una
fuerza vertical que le hace desplazarse
→ en esa misma dirección con velocidad
F constante, el trabajo desarrollado →
F
coincide con la variación de energía
potencial que experimenta el cuerpo.
W=∆EP
→
P
Cuando sobre un cuerpo actúa un h1
fuerza que le provoca un
desplazamiento en su misma
dirección, el trabajo desarrollado h2
coincide con la variación de energía
cinética que experimenta el cuerpo. Energía mecánica
WF=∆EC
Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza que
provoca cambios en su velocidad y en su posición,
el trabajo de esa fuerza es igual a la variación de
energía mecánica que experimenta el cuerpo.
WF=∆EM
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9. INICIO ESQUEMA INTERNET
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Potencia
La potencia (Ρ) relaciona el trabajo realizado con el
tiempo que se emplea en ello:
Ρ=W/t;Ρ = E/t;
En el SI la potencia se mide en vatios (W).
Potencia y velocidad
W F · ∆x
P= = =F·v
t t
Potencias típicas de
algunas máquinas.
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10. INICIO ESQUEMA INTERNET
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Las máquinas mecánicas
Las máquinas son dispositivos que transforman una energía
o un trabajo en otro que resulte más provechoso.
PALANCA PLANO INCLINADO
→
F1 →
F2 → →
F2 < F1
→
F1
d1
→
F2 S1
h d1 h d2
α
S2 α
d2
Se llama rendimiento de una máquina (η) a la relación entre el trabajo
útil que se obtiene y el trabajo aplicado o trabajo motor.
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11. INICIO ESQUEMA INTERNET
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Clasificación de las fuentes de energía
Fuente de energía Renovable No renovable Limpia Contaminante Alternativa Convencional
Geotérmica
Biomasa
Biocombustibles
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12. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Aprovechamiento de los combustibles fósiles
Salida de residuos
gaseosos. 1 La energía obtenida en la
combustión se emplea en 2 El vapor hace mover la
calentar agua. turbina.
1 Química
2 Térmica
Vapor de
agua
3 Cinética
Agua
Eléctrica
Entrada de combustible
3 El movimiento de la turbina
se transmite a un generador
que produce la corriente
eléctrica.
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13. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Aprovechamiento de la energía nuclear
Moderador. Es un material cuya función
es mantener la reacción en cadena 2 Turbinas. El agua
se evapora y mueve
las turbinas.
1 Química
2 Térmica
3 Cinética
Eléctrica
Combustible. Suele ser óxido de 3 Generador. El movimiento de
uranio. la turbina se transmite a un
generador que produce la
corriente eléctrica
1 Núcleo del reactor. Es la zona donde se
encuentra el combustible.
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14. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Aprovechamiento de la energía hidráulica
1 Embalse. Se construye en la parte
superior del río.
1 Potencial
2 Cinética
Eléctrica
El generador transforma esta 2 Turbina. Gira debido
energía mecánica en al paso del agua
electricidad de bajo voltaje.
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15. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Aprovechamiento de la energía eólica
1 El generador es el dispositivo que transforma el
movimiento de giro del multiplicador (a alta
velocidad) en electricidad.
El rotor es el elemento que convierte la energía d
1 Cinética viento en energía mecánica.
Eléctrica
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16. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Aprovechamiento de la energía solar térmica
1 Los heliostatos. Concentran la radiación 2 El vapor mueve
solar sobre una tubería. la turbina.
1 Radiante
2 Térmica
Eléctrica
La turbina está conectada a un
generador que transforma la
energía mecánica en
electricidad
a bajo voltaje.
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17. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica
1 Los rayos solares inciden perpendicularmente sobre el panel solar
y producen un efecto fotoeléctrico. La luz incide sobre los electrones del
panel y los pone en movimiento: se genera corriente eléctrica.
1 Radiante
Eléctrica
El silicio es el principal
componente de los paneles
solares fotovoltaicos.
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18. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Ciclo de la energía
Los rayos solares calientan la Las células fotoeléctricas transforman
atmósfera y evaporan mares la luz en electricidad.
y ríos.
Las plantas alimentan
Fotosíntesis a animales y personas.
Los rayos solares
calientan la atmósfera Los animales alimentan a
y producen los vientos las personas.
Los restos fósiles de algunos
uvias animales marinos forman
Los restos fósiles
Las centrales eólicas de plantas forman petróleo.
aprovechan la energía carbón mineral.
del viento para producir
electricidad.
Utilización de carbón
Fabricación de en las fábricas
pilas
Utilización de petróleo Los vehículos funcionan
Las pilas producen en las fábricas con derivados del
electricidad. petróleo.
Utilización de petróleo
El agua de las presas en las centrales
mueve los térmicas
generadores y se Las centrales térmicas
obtiene energía producen electricidad
eléctrica. a partir de un combustible.
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19. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Consumo de energía a lo largo de la historia
Hombre
actual
Alimento
Uso doméstico y servicios
Hombre
industrial
Industria y agricultura (XVIII -
primera
Transporte Hombre mitad
preindustrial del XX)
(hasta el siglo
Hombre
XVIII)
agricultor y
Uso del arco y sedentario
del fuego (10000 a.C.)
Homo sapiens
(40000 a.C.)
(150000 a.C.)
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20. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Producción de energía en Europa
%
40
35
30,3 %
30
25,2 %
25
19,6 %
20
15 12,1 % 12,8 %
10
5
0
Energía nuclear Petróleo y derivados Gas natural Energías renovables Carbón
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21. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Producción de energía en España
Año 2006 Carbón
Otras renovables Petróleo
19,5%
23,9% 0,4% Gas natural
0,2%
Hidráulica 16,9%
49,0%
Nuclear
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22. INICIO ESQUEMA INTERNET
CLIC PARA CONTINUAR
Consumo de energía en España
Carbón
Energías renovables
Año 2006
Petróleo y derivados
3,9% 2,1%
Electricidad
20,4%
57,8%
15,8%
Gas
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23. INICIO ESQUEMA INTERNET
Enlaces de interés
Energía Trabajo, potencia y energía
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