LA ENERGÍA Y SUS TRANSFORMACIONES

LA ENERGIA Y SUS TRANSFORMACIONES TOTAL

1. TEMA 8:LA ENERGÍA Y SUS TRANSFORMACIONES 2º ESO SERGIO SALOBREÑA LUCENA FUENGIROLA

2. ¿QUÉ ES LA ENERGÍA? LA ENERGÍA ES LA CAPACIDAD QUE TIENEN LOS CUERPOS PARA PRODUCIR TRANSFORMACIONES EN ELLOS MISMOS O EN OTROS CUERPOS. LA UNIDAD DE ENERGÍA EN EL SISTEMA INTERNACIONAL ES EL JULIO (J) . UN JULIO ES LA ENERGÍA QUE SE UTILIZA PARA ELEVAR 1 m UNA MASA DE 1 KILOGRAMO. OTRA UNIDAD DE ENERGÍA ES LA CALORIA (CAL) SIENDO SU RELACIÓN CON EL JULIO LA SIGUIENTE: 1CAL= 4,18 J

3. ENERGÍAS RENOVABLES Y NO RENOVABLES LAS ENERGÍAS RENOVABLES SON AQUELLAS QUE SE PUEDEN UTILIZAR DE FORMA CONTINUADA, PORQUE SE REGENERAN FÁCILMENTE ASÍ QUE NO SE AGOTAN. LAS ENERGÍAS NO RENOVABLES NO SE REGENERAN O TARDAN MUCHO TIEMPO EN HACERLO, DE MANERA QUE NO PUEDEN UTILIZARSE DE FORMA INDEFINIDA.

4. METALES NO METALES I (+1) II (+2) III (+3) IV (+2, +4 /-4 ) V (+1,+3,+5 /-3) VI (+2,+4,+6 /-2) VII (+1,+3,+5,+7 /-1) VIII E.E. H (-1) Be Al C (n) N O (+2) F (+1) Fe Li Mg B (n) Si (n) P S Cl Co Na Ca Sn As Se Br Ni K Sr Pb Sb Te I Pt Rb Ba Bi Mn Cu (+2) Ra Cr Ag Zn Au (+3) Cd Cs Hg (+1)

5. EJERCICIOS HALLA EL VALOR EN CALORÍAS DE 1 JULIO. 2. OBSERVA LAS SIGUIENTES COLUMNAS DE VALORES DE ENERGÍA Y ENCUENTRA SU PAREJA EQUIVALENTE: 600 J A) 10450 J 2500 CAL B) 263 J 1100 J C) 144 CAL 0,48 CAL D) 2 J 15 J E) 3,6 CAL 3. LA ETIQUETA DE UN BOTE DE FABADA INDICA QUE APORTA UNA ENERGÍA DE 1630 KILOJULIOS POR CADA 100 GRAMOS DE PRODUCTO. CALCULA: LA CANTIDAD DE FABADA QUE TIENE QUE COMER EL HOMBRE SI SU NECESIDAD ENERGÉTICA DIARIA ES DE 2500 KJ. EL APORTE CALÓRICO DEL BOTE DE FABADA EN CALORÍAS.

6. TRANSFERENCIA DE ENERGÍA LA ENERGÍA TIENE LA PROPIEDAD DE PODER PASAR DE UNOS CUERPOS A OTROS. EXISTEN DOS TIPOS DE TRANSFERENCIA DE ENERGÍA: CAMBIOS MECÁNICOS : ESTÁN RELACIONADOS CON FUERZAS QUE PRODUCEN DESPLAZAMIENTOS O DEFORMACIONES. ASOCIADOS A ESTOS CAMBIOS HAY DOS FORMAS DE ENERGÍA, CUYA SUMA ES LA LLAMADA ENERGÍA MECÁNICA :

7. LA ENERGÍA MECÁNICA • LA ENERGÍA CINÉTICA: ES LA ENERGÍA QUE POSEEN LOS CUERPOS EN MOVIMIENTO. DEPENDE DE LA MASA DEL CUERPO Y DE LA VELOCIDAD A LA QUE SE DESPLAZA.

8. EJEMPLOS DE ENERGÍA CINÉTICA

9. LA ENERGÍA MECÁNICA • LA ENERGÍA POTENCIAL: ES LA ENERGÍA QUE POSEEN LOS CUERPOS EN FUNCIÓN DE SU POSICIÓN. TODOS LOS CUERPOS TERRESTRES ADQUIEREN ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA CUANDO SE ENCUENTRAN A CIERTA ALTURA. TAMBIÉN PUEDEN ADQUIRIR ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA SI DEFORMAMOS, ESTIRAMOS O COMPRIMIMOS UN CUERPO. POR EJEMPLO, AL DEFORMAR UN ARCO PODEMOS DAR VELOCIDAD A UNA FLECHA. LA ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA DEPENDE DE LA ALTURA A LA QUE SE ENCUENTRE UN CUERPO Y DE SU MASA:

10. EJEMPLOS ENERGÍA POTENCIAL

11. EJERCICIOS CALCULA LA ENERGÍA QUE POSEEN LOS SIGUIENTES CUERPOS: COCHE DE 1000 KG DE MASA QUE SE MUEVE A 4 m/s. b) MACETA DE 3 Kg A UNA ALTURA DE 7 m DEL SUELO. C) BALÓN DE FÚTBOL DE 420 g QUE SE DESPLAZA A 35 m/s. D) PELOTA DE TENIS DE 58 g QUE SALE A 70 m/s Y TOMA UNA ALTURA DE 2m. 2. EXPLICA DE QUÉ MAGNITUDES DESPENDEN LA ENERGÍA CINÉTICA Y POTENCIAL. ¿QUÉ DEBE DE TENER UN CUERPO PARA QUE POSEA AMBAS ENERGÍAS? 3. HALLA LA VELOCIDAD DE ÁNGEL DIUMMMM QUE AL SPRINT TIENE UNA ENERGÍA CINÉTICA DE 8000 J SI SU MASA ES DE 80 Kg. 4. ¿CUÁNDO TIENE EL MÁXIMO DE ENERGÍA POTENCIAL UN PARACAIDISTA?: A) DENTRO DEL AVIÓN. B) CUANDO SE LANZA Y COMIENZA EL DESCENSO.

12. TRANSFERENCIAS EN FORMA DE TRABAJO EL TRABAJO ES LA FORMA EN LA QUE SE TRANSFIEREN O INTERCAMBIAN LAS ENERGÍAS CINÉTICA Y POTENCIAL. EL TRABAJO (W) ES LA FUERZA QUE ES NECESARIO APLICAR PARA CONSEGUIR DESPLAZAR UN CUERPO. EL TRABAJO SE MIDE CON LAS MISMAS UNIDADES QUE LA ENERGÍA, EN EL S.I. EN JULIOS (J). W= F • d SE DEFINE ENTONCES UN JULIO COMO EL TRABAJO EFECTUADO POR UNA FUERZA DE 1 NEWTON QUE PRODUCE UN DESPLAZAMIENTO DE 1 m.

13. CAMBIOS DE TEMPERATURA 2. CAMBIOS DE TEMPERATURA: EL CALOR ES UNA FORMA DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA QUE SE PRODUCE CUANDO EXISTE UNA DIFERENCIA DE TEMPERATURA ENTRE DOS CUERPOS O ENTRE DIFERENTES PARTES DE UN MISMO CUERPO. EL CUERPO QUE SE ENCUENTRA A MAYOR TEMPERATURA PASA ENERGÍA AL CUERPO MÁS FRÍO. ESA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA ES EN FORMA DE CALOR , Y SE MIDE EN JULIOS O CALORÍAS.

14. EJERCICIOS INDICA SI LAS SIGUIENTES TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA SE PRODUCEN MEDIANTE CALOR O TRABAJO, Y JUSTIFICA TUS RESPUESTAS: A) EL DESCENSO DE UN ESQUIADOR POR UNA PISTA. B) EL MOVIMIENTO DEL VIENTO. C) EL MOVIMIENTO DE LAS RAMAS DE LOS ÁRBOLES A CAUSA DEL VIENTO. D) LA SUBIDA DE FIEBRE DE UN NIÑO MEDIDA POR UN TERMÓMETRO. E) EL MOVIMIENTO DE UNA LOCOMOTORA DE VAPOR. 2. UN BURRO ES CAPAZ DE EJERCER UNA FUERZA DE 2000 N SOBRE UN CARRO Y ARRASTRARLO 400 m. ¿SE HA PRODICIDO TRANSFERENCIA DE ENERGÍA? ¿Y DE CALOR?. CALCULA EL TRABAJO EFECTUADO.

15. CONSERVACIÓN Y DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA EL PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA DICE QUE: LA ENERGÍA NI SE CREA NI SE DESTRUYE, SIMPLEMENTE SE TRANSFORMA MANTENIENDO CONSTANTE SU VALOR. TODA LA ENERGÍA SE TRANSFORMA EN OTROS TIPOS DE ENERGÍA, PERO UNA PARTE DE ELLA SE TRANSFORMA EN CALOR Y ES CEDIDA AL MEDIO QUE NOS RODEA SIN PODER SER APROVECHADA. POR EJEMPLO CUANDO SE QUEMA KEROSENO EN UN AVIÓN, PARTE DE LA ENERGÍA SE EMPLEA PARA MOVER EL MOTOR DEL AVIÓN Y OTRA PARTE SALE DESPEDIDA POR EL ESCAPE EN FORMA DE CALOR. SE DICE QUE EL CALOR ES UNA FORMA DEGRADADA DE LA ENERGÍA PORQUE NO ES APROVECHABLE PARA SU TRANSFORMACIÓN EN OTROS TIPOS DE ENERGÍA.

16. CONSERVACIÓN Y DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA

17. CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA EN AUSENCIA DE FUERZAS DE ROZAMIENTO, POR EJEMPLO CUANDO LOS CUERPOS SE MUEVEN POR EL ESPACIO, SE CUMPLE EL LLAMADO PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA: LAS ENERGÍAS MECÁNICAS INICIAL Y FINAL DE UN CUERPO SON IGUALES DESPUÉS DE TODA TRANSFORMACIÓN, ES DECIR LA ENERGÍA MECÁNICA SE MANTIENE CONSTANTE. Em i = Em f

18. CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA EL TOBOGÁN DE UN PARQUE MIDE 2 m DE ALTURA. SI UN NIÑO DE 20 Kg SE LANZA DESDE LO ALTO, CALCULA CON QUÉ VELOCIDAD LLEGARÁ AL SUELO. APLICAMOS LA LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA. EN LO ALTO DEL TOBOGÁN TODA LA ENERGÍA ES POTENCIAL, MIENTRAS QUE AL LLEGAR AL SUELO TODA LA ENERGÍA ES CINÉTICA. POR TANTO, LA IGUALDAD QUEDA: Em i = Em f Ep i = Ec f mgh = mv 2 /2 Despejamos la velocidad al cuadrado: v 2 = = 2 gh = 2 • 9,8 m/s 2 • 2 m = 39,2 m 2 /s 2 v =  

19. DISIPACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA EN LA MAYORÍA DE CIRCUNSTANCIAS SI EXISTEN FUERZAS DE ROZAMIENTO, POR LO QUE LA ENERGÍA MECÁNICA NO SE CONSERVA, PERO SI LA ENERGÍA TOTAL. POR LO QUE HAY QUE INTRODUCIR UN TÉRMINO EN LA ECUACIÓN QUE REPRESENTE EL TRABAJO QUE SE PIERDE POR LAS FUERZAS DE ROZAMIENTO. E I =E F Ep i + Ec i = Ep f + Ec f + Wr SI DEJAMOS VOTANDO UNA PELOTA DE BALONCESTO, TRAS CADA BOTE LA PELOTA PIERDE UN POCO DE ALTURA, HASTA QUE SE DETIENE EN EL SUELO. EN CADA BOTE EL ROZAMIENTO CON EL AIRE Y CON EL SUELO SE LLEVAN PARTE DE LA ENERGÍA INICIAL, QUE SE DISIPA EN FORMA DE CALOR. EN LOS PROCESOS DE INTERCAMBIO DE ENERGÍA PARTE DE LA ENERGÍA MECÁNICA SE VA DISIPANDO EN FORMA DE CALOR POR EL ROZAMIENTO.

20. DISIPACIÓN DE LA ENERGÍA MECÁNICA UNA MONTAÑA RUSA ESTÁ DISEÑADA DE MODO QUE EL TREN LLEGA CON UNA VELOCIDAD DE 1 m/s A TODOS SUS PICOS. SI EL PRIMER PICO ESTÁ A 15 m Y EL SEGUNDO A 13 m ¿CUÁL ES EL VALOR DEL TRABAJO PERDIDO POR EL ROZAMIENTO CON LAS VÍAS?. MASA DEL TREN = 150 Kg. Ep i + Ec i = Ep f + Ec f + W r COMO LAS VELOCIDADES SON IGUALES EN AMBOS PICOS (Y TAMBIÉN LA MASA) LA ENERGÍA CINÉTICA SERÁ LA MISMA EN LOS 2 PICOS, POR TANTO LAS PUEDO ELIMINAR DE MI ECUACIÓN: Ep i = Ep f + W r 150 kg • 9,8 m/s 2 •15 m = 150 kg • 9,8 m/s 2 • 13 m + Wr Wr = 22050 J- 19110 J= 2940 J

21. EJERCICIOS SI TODA LA ENERGÍA POTENCIAL QUE POSEEN LOS CUERPOS SE TRANSFORMA EN ENERGÍA CINÉTICA. CALCULA SU VELOCIDAD FINAL: mgh = mv2/2 a) Dejamos caer desde 15 m una pelota de 450 g de masa. b) Dejamos caer desde 15 m un bloque de construcción de 15 kg. 2. DESPUÉS DE GANAR UN PARTIDO DE FÚTBOL, UN JUGADOR GOLPEA LA PELOTA HACIA ARRIBA Y ADQUIERE UNA VELOCIDAD INICIAL DE 25 m/s A) CALCULA A QUÉ ALTURA LLEGARÍA LA PELOTA SIN ROZAMIENTO CON EL AIRE. B) SI LA MASA DE LA PELOTA ES DE 400 g Y SOLO SUBE 27 m, HALLA LA CANTIDAD DE ENERGÍA QUE SE HA PERDIDO POR ROZAMIENTO CON EL AIRE.

22. RENDIMIENTO ENERGÉTICO HEMOS ESTUDIADO QUE NO TODA LA ENERGÍA ES APROVECHABLE, SINO QUE UNA PARTE SE TRANSFORMA EN CALOR Y ESCAPA AL MEDIO QUE NOS RODEA. POR TANTO, ES IMPORTANTE CONOCER EL RENDIMIENTO DE UN PROCESO. EL RENDIMIENTO SE CALCULA DIVIDIENDO LA ENERGÍA QUE ESTAMOS APROVECHANDO ENTRE LA ENERGÍA TOTAL QUE APLICAMOS.

23. EJERCICIO TIPO UNA LAVADORA REALIZA UN TRABAJO DE 30,79 J DURANTE UN LAVADO, SIN EMBARGO SU CONSUMO ELÉCTRICO ES DE 55,98 J. CALCULA EL RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE ESTE ELECTRODOMÉSTICO Y EL VALOR DE LAS PÉRDIDAS. ● PRIMERO CALCULO LAS PÉRDIDAS ENERGÉTICAS DE MI PROCESO: E total – E útil = 55,98 j – 30,79 j= 25,19 j ● AHORA CALCULO EL RENDIMIENTO: r = Eútil / Etotal ● 100= 30,79 J/ 55,98 J ● 100 = 55 % HAY UNA PÉRDIDA DE ENERGÍA EN FORMA DE CALOR DEL 45%.

24. EJERCICIOS EN UN PARTIDO DE FRONTENIS, LA PELOTA DE 60 g DE MASA GOLPEA CONTRA LA PARED A UNA VELOCIDAD DE 15 m/s. TRAS EL GOLPEO, LA PELOTA SALE REBOTADA CON UNA VELOCIDAD DE 14, 3 m/s. a) ¿QUÉ CANTIDAD DE ENERGÍA SE HA PERDIDO EN EL MOMENTO DEL CHOQUE? RAZONA QUE HA OCURRIDO CON ELLA. b) CALCULA EL RENDIMIENTO DE ESTE PROCESO. 2. UN PÉNDULO CON UNA MASA DE 1KG SE DEJA OSCILAR DESDE UNA ALTURA DE 15 cm. a) CALCULA LA VELOCIDAD EN EL PUNTO MÁS BAJO DE SU TRAYECTORIA SI NO TUVIESE PÉRDIDAS POR ROZAMIENTO. b) SI DESPUÉS DE UNA OSCILACIÓN COMPLETA ALCANZA UNA ALTURA DE 12 cm ¿QUÉ ENERGÍA HA PERDIDO POR ROZAMIENTO? c) CALCULA EL RENDIMIENTO DE ESTE ÚLTIMO PROCESO.