LOS SISTEMAS MATERIALES Y LA ENERGÍA La Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. Las transformaciones de la Energía tienen lugar en la alimentación de los seres vivos, en la dinámica de nuestra atmósfera y en la evolución del Universo. Todos los procesos naturales que acontecen en la materia pueden describirse en función de las transformaciones energéticas que tienen lugar en ella
LA ENERGÍA COMO PROPIEDAD DE LOS SISTEMAS MATERIALES La energía es la capacidad que tienen los cuerpos o sistemas materiales de transferir calor o realizar un trabajo, de modo que, a medida que un cuerpo o un sistema transfieren calor o realiza un trabajo, su energía disminuye. Se mide en julios (J) en el Sistema Internacional de unidades. El calor es la energía que se transfiere entre dos cuerpos como consecuencia de su diferencia de temperatura. Siempre pierde energía el cuerpo más caliente y la gana el más frío Se realiza trabajo sobre un cuerpo o sistema material cuando éste se desplaza bajo la acción de una fuerza que actúa total o parcialmente en la dirección del movimiento
VARIACIÓN DE LA ENERGÍA EN LOS SISTEMAS MATERIALES Las transformaciones que suceden en los sistemas materiales pueden describirse mediante los cambios que se producen en la energía de dichos sistemas. La variación de energía puede producirse de dos maneras: Como una transferencia de energía de un sistema material a otro. Como la transformación de una forma de energía en otra dentro de un mismo sistema material. La energía puede transformarse de unas formas en otras o transferirse de unos cuerpos a otros, pero en conjunto, permanece constante.
TIPOS DE ENERGÍAS Según cuál sea el proceso por el que los cuerpos obtienen la capacidad para realizar trabajo o para transferir energía como calor, la energía se denomina de una u otra manera. Las formas en que se puede manifestar la energía son:
- Energía cinética: La Energía cinética es la energía asociada a los cuerpos que se encuentran en movimiento, depende de la masa y de la velocidad del cuerpo. Ej.: Un coche en movimiento - Energía potencial: La Energía potencial gravitatoria es la que posee un cuerpo que se encuentra a una determinada altura sobre la superficie terrestre. Ej.: Un paracaidista al saltar desde un avión tiene energía potencial gravitatoria, por estar separado de la superficie terrestre una cierta distancia (altura). - Energía eléctrica: La energía eléctrica es la debida al movimiento de cargas eléctricas dentro de conductores eléctricos. Ej.: La energía eléctrica que hace girar el motor de un coche y ponerlo en movimiento. - Energía electromagnética: La energía electromagnética es la que transportan las llamadas "ondas electromagnéticas", como la luz, las ondas de radio y TV, las microondas, los rayos infrarrojos, los rayos ultravioleta, los rayos X o los rayos gamma de la radiactividad. - Energía química: La energía química es la energía que se desprende o absorbe en las reacciones químicas. Ej.: La energía química liberada en la combustión del gas propano o metano permite calentar el agua de una vivienda. - Energía térmica: La energía térmica se debe al movimiento de los átomos o moléculas que componen un cuerpo. La temperatura es la medida de la energía térmica de un cuerpo. Cuando dos cuerpos con distinta temperatura se ponen en contacto, el de mayor temperatura "transmite energía térmica" al de menor temperatura. La energía térmica transmitida entre cuerpos a diferente temperatura recibe el nombre de calor. - Energía nuclear: La energía nuclear es la que se libera en los procesos de fisión nuclear (ruptura de un núcleo atómico grande en dos más pequeños) o de fusión nuclear (unión de dos o más núcleos atómicos menores para formar uno mayor). Ej.: En las estrellas, como nuestro Sol, la fusión tiene lugar a tal escala que la energía liberada es enorme.
FUENTES DE ENERGÍA El funcionamiento del mundo actual se basa fundamentalmente en el consumo de energía.
En general, el consumo de energía se centra en satisfacer tres necesidades básicas: electricidad, agua caliente y calefacción. Las distintas fuentes de energía pueden tener, pues dos objetivos: la producción de energía eléctrica o la producción de energía térmica.
Las fuentes de las que se obtiene la energía necesaria se clasifican en dos tipos:
Fuentes de energía no renovables: Las fuentes de energía no renovables proceden de recursos que existen en la naturaleza de forma limitada y que pueden llegar a agotarse con el tiempo. Las más importantes son: - La energía nuclear, que utiliza la energía liberada en las reacciones nucleares para la producción de energía eléctrica o térmica. - La energía obtenida de la combustión de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural).
Fuentes de energía renovables: Las fuentes de energía renovables proceden de recursos naturales inagotables. Destacan entre ellas las siguientes: - Energía hidráulica: Aprovecha los saltos de agua de las presas de los pantanos para hacer girar la turbina de un generador de energía eléctrica.
- Energía solar: Se basa en el aprovechamiento de la energía que nos llega del Sol para transformarla en energía eléctrica o transferirla a circuitos de calefacción o agua caliente.
- Energí eólica: Aprovecha la fuerza de los vientos para hacer girar las aspas que mueven las turbinas de los generadores de energía eléctrica. - Energía de la biomasa: Consiste básicamente en el aprovechamiento energético de los residuos naturales (forestales, agrícolas, ...) o los derivados de la actividad humana (residuos industriales o urbanos).
LA TIERRA: UN SISTEMA MATERIAL EN CONTINUO CAMBIO La Tierra constituye un sistema material abierto, ya que intercambia materia y energía con el espacio exterior. • La atmósfera terrestre deja escapar continuamente moléculas al exterior y recibe micrometeoritos (materia). Sin embargo, en el transcurso del tiempo, la masa del planeta ha permanecido prácticamente constante. • De toda la energía solar que recibe la Tierra, sólo el 51 % llega hasta la superficie y es responsable de la mayoría de los cambios que tienen lugar en ella. Los cambios que se producen en nuestro planeta son de diferente naturaleza: • El relieve se modifica debido a la acción del viento y el agua, activados por la energía solar. • La energía que emplean los seres vivos procede del Sol. • La atmósfera ha sufrido alteraciones en su composición, debido básicamente a la acción de los seres vivos. • En el interior de la Tierra existe energía responsable de algunos procesos geológicos: volcanes, terremotos, formación de cordilleras y cambio de posición de los continentes.
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