CAPÍTULO 2 / EJERCICIOS

ENERGÍAS | EJERCICIOS

cARACTERÍSTICAS Y CLASIFICACIÓN DE LA ENERGÍA

1. Responde brevemente las siguientes preguntas:

¿Qué indica la ley de conservación de la energía?

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¿En qué tipo de energía se transforma la energía del Sol mediante el uso de paneles solares?

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¿Cuáles son las principales características de la energía?

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¿Cuáles son los tipos de cambios físicos?

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2. Completa las siguientes oraciones:

  • La energía puede manifestarse de distintas maneras: en forma de _______________, de calor, de _______________ y de radiación, entre otras.
  • Entre los distintos tipos de energía química que existen encontramos la _________________, la electrólisis y la energía _________________.
  • La energía mecánica es la suma de distintas formas de energía: la energía _________________, la potencial y la ___________________.
  • La energía ______________ es aquella que utilizamos cuando encendemos la luz, _________________ la comida con el microondas, o cargamos el teléfono celular.
  • La energía ____________ es la que producen las ondas, como las electromagnéticas, las de rayos X, los rayos solares, los rayos ultravioletas (UV), las ondas de radio, de luz infrarroja o luz visible.

El calor y la temperatura

1. Establece las diferencias entre calor y temperatura.

Calor Temperatura
 

 

 

 

 

 

2. Indica si las siguientes oraciones son verdaderas (V) o falsas (F). Justifica las falsas.

  • La escala en grados Celsius fue creada por el físico Gabriel Daniel Fahrenheit en el año 1724.  (   )

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  • La escala en grados Celsius también tomó el nombre de “centígrados” debido a que está dividida en 100 partes iguales al tomar como referencia los puntos de fusión y ebullición del agua.  (   )

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  • La ley de equilibrio térmico también se conoce como ley de equilibrio quinto.  (   )

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  • El calor se puede transferir de un líquido a un sólido.  (   )

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Electricidad: atracción y repulsión eléctrica

1. Observa la siguiente imagen e investiga la relación que existe entre el vuelo de las aves y el campo magnético de la Tierra.

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2. Relaciona los siguientes términos con la definición que corresponda. Une con flechas.

Rayo Transforma los distintos tipos de energía en energía eléctrica y la distribuye a nuestras casas.
Central eléctrica Emisión de luz que es producida a causa de una gran descarga eléctrica.
Trueno Gran descarga de electricidad.
Relámpago Sonido que se produce debido a la expansión abrupta de los gases que componen la atmósfera.

3. Identifica en las siguientes imágenes cuáles materiales son conductores y cuáles son aislantes de la electricidad.

Agua: ________________________
Plástico: __________________________
Metal: _________________________
Madera: _________________________

circuitos

1. Define brevemente los siguientes conceptos:

  • Circuito eléctrico

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  • Electrón

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  • Fusible

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  • Corriente continua

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______________________________________________________________________________________________________

  • Corriente alterna

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2. Identifica en la siguiente imagen los componentes básicos de un circuito eléctrico.

imanes

1. Marca con una cruz (X) la respuesta correcta.

El funcionamiento de los imanes se debe a su atracción o…

  1. adhesión.
  2. repulsión.
  3. difusión.

Los responsables de las propiedades de los imanes son el movimiento de los electrones y…

  1. el campo magnético.
  2. la fotosíntesis.
  3. el calor.

¿Cómo se llama el fenómeno físico producido por algunos materiales en los que son ejercidas fuerzas de atracción y de repulsión entre sus electrones?

  1. Magnetismo
  2. Filtración
  3. Oxidación

2. A continuación se presentan algunas de las características y propiedades del magnetismo. Escribe el nombre que corresponde a cada una.

______________________________: regiones que presentan los imanes en sus dos extermos y son los sitios en los cuales se ejercen las fuerzas de atracción y repulsión.

______________________________: línea en la que se encuentran unidos los polos magnéticos.

______________________________: región que divide a las dos zonas polarizadas.

______________________________: región en la cual el imán ejerce sus efectos.

______________________________: líneas que se utilizan para representar el campo magnético.

imán terrestre

1. Describe las condiciones que deben darse para que pueda generarse un campo magnético.

a)

 

b)

 

c)

 

2. Observa la siguiente imagen y responde:

¿Cómo se llama este instrumento?

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______________________________________________________________________________________________________

¿Cuál es su función?

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¿Cuáles son los tipos que existen?

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magnetismo y electricidad

1. Completa la siguiente tabla con las diferencias y las semejanzas entre magnetismo y electricidad.

Diferencias Semejanzas
 

 

 

 

 

 

2. Realiza un listado de 10 ejemplos de electroimanes en la vida cotidiana.

  1. ______________________________
  2. ______________________________
  3. ______________________________
  4. ______________________________
  5. ______________________________
  6. ______________________________
  7. ______________________________
  8. ______________________________
  9. ______________________________
  10. ______________________________

ondas: luz y sonido

1. Las definiciones que se presentan a continuación corresponden a términos relacionados con las partes de una onda. Escribe el nombre de cada una.

______________________: distancia que hay entre dos puntos iguales en ondas distintas.

______________________: número de vibraciones en un segundo.

______________________: tiempo que dura una vibración completa.

______________________: altura máxima que alcanza una vibración o cresta.

______________________: distancia que recorre una onda en un tiempo determinado.

2. Escribe algunos ejemplos de objetos luminosos y objetos iluminados.

Objetos luminosos Objetos iluminados
 

 

 

 

 

 

 

 

3. ¿En qué se diferencian las ondas de luz de las ondas sonoras? Realiza un resumen.

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______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

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luz: reflexión y refracción

1. Realiza un esquema que explique la forma en que se propaga la luz.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Realiza un cuadro comparativo entre refracción y reflexión de la luz.

Reflexión Refracción
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Describe brevemente la relación entre la luz y el color.

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¿por qué se producen los arcoíris?

1. Observa la siguiente imagen y explica brevemente cómo ocurre ese fenómeno natural.

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2. Menciona los tipos de arcoíris que existen, escoge 2 de ellos y descríbelos.

  1. ______________________________
  2. ______________________________
  3. ______________________________
  4. ______________________________
  5. ______________________________
  6. ______________________________

Arcoíris _______________________

______________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________

Arcoíris _______________________

______________________________________________________________________________________________________

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¿por qué no se propaga el sonido en el vacío?

1. Indica a qué cualidad del sonido corresponden las siguientes definiciones.

Cualidad Definición
Cualidad que determina qué tan agudo o grave será el sonido.
Cualidad que permite caracterizar al sonido y de esta forma diferenciarlo de otros. Está relacionada con los armónicos y con la intensidad.
Cualidad que permite identificar la cantidad de energía que contiene el sonido. Está relacionada con la amplitud de la onda.
Cualidad caracterizada por el tiempo que dura el sonido, es decir, el tiempo de vibración.

2. Mediante un mapa mental explica la forma como se propaga el sonido.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¿qué es el eco?

1. Describe la relación que existe entre esta imagen y el efecto Doppler.

2. Realiza un resumen sobre cómo surge el eco y sus usos.

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CAPÍTULO 4 / TEMA 3

Formas de energía

La energía es la capacidad que posee un cuerpo de realizar distintos tipos de trabajo, como el movimiento, el calor o la luz. Esta energía puede manifestarse de muchas maneras, ya sea transferida o transformada de un tipo a otro.

ENERGÍA MECÁNICA

Es la energía almacenada y relacionada con la posición y el movimiento de los cuerpos. Asimismo, es producto de la suma de otras dos formar de energía: la cinética y la potencial.

¿Sabías qué?
En física, el trabajo es un principio de la mecánica que comprende una fuerza y un desplazamiento; el trabajo (W) lo usamos para describir cuantitativamente lo que se obtiene cuando una fuerza hace mover a un cuerpo a lo largo de una distancia.

Energía potencial

Es cualquier forma de energía con un potencial almacenado que puede ser usado en el futuro y que solamente se manifiesta al convertirse en energía cinética.

La energía potencial se puede presentar como:

Energía potencial gravitatoria

Es la que poseen los cuerpos debido a la fuerza de gravedad que ejerce la Tierra.

Energía potencial elástica

Es la energía acumulada en un cuerpo elástico, es decir, aquellos que tienen la capacidad de deformarse y luego recuperar su forma original.

Energía potencial química

Es aquella que se transforma en energía cinética a partir de un proceso de combustión interna.

Energía cinética

Significa “movimiento”, cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es su energía cinética. Ésta se puede convertir en energía mecánica mediante molinos de agua, molinos de viento o bombas conectadas a turbinas o a electricidad.

El valor de esta forma de energía depende de la masa (m) y de la velocidad (v) del cuerpo.

Cuando se lanza una pelota, gana energía cinética progresivamente.
Justo en el punto más elevado de la montaña rusa, toda la energía del vagón sería energía potencial, y al comenzar a descender, la energía potencial se transforma en energía cinética.

ENERGÍA QUÍMICA

La energía química es aquella que posee la materia debido a su estructura interna, este tipo de energía se puede aprovechar de las reacciones químicas, ya que se origina en las uniones entre átomos y moléculas. Esta energía puede ser liberada o absorbida durante la reacción, por lo tanto también puede liberar o absorber calor.

Las reacciones químicas pueden ser:
Exotérmicas si liberan calor Endotérmicas si absorben calor

Respiración de los seres vivos.

 

Combustión de compuestos orgánicos.

Fotosíntesis.

 

Descomposición de proteínas.

¿Qué es la biomasa?

Es material orgánico que proviene de plantas y animales, y es una fuente de energía renovable. Cuando se quema el material se libera calor que puede ser aprovechado, es decir, se transforma la energía química contenida en energía térmica.

 

La combustión es una de las reacciones más comunes. En estas reacciones el oxígeno del aire reacciona con un combustible y libera energía en forma de calor. Esta transformación se puede representar de la siguiente forma:

 

Donde:

Pc = poder calorífico de un cuerpo al arder, es decir, la energía que puede obtenerse de un kilogramo de combustible.

m = masa del cuerpo que se quema (en kg).

V = volumen del cuerpo que se quema (en m3).

ENERGÍA TÉRMICA

La energía térmica es la manifestación de la energía en forma de calor, por lo tanto es una energía en “paso o de tránsito”, que se transfiere de un cuerpo a otro. Se debe al movimiento de las partículas que forman la materia. Cuando ese movimiento se acelera, aumenta la temperatura y por consiguiente hay más energía térmica.

Así, cuando un cuerpo esté a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura. De este modo, el calor no es más que una forma de denominar a los aumentos y pérdidas de energía térmica.

El calor puede transferirse de distintas formas:

Conducción

Es la transferencia de energía térmica que se produce a través de un medio material sin que se manifieste transporte de materia.

Convección

Es la transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida, como aire o agua. En esta forma de propagación sí hay transporte de materia.

Radiación

Es la transmisión del calor por ondas electromagnéticas, a diferencia de la conducción y convección, no necesita de un medio material para propagarse.

Se debe saber que a causa del intercambio de calor, un cuerpo puede variar su temperatura o cambiar su estado (por ejemplo, de líquido a sólido). Si se quiere calcular la cantidad de energía intercambiada es posible utilizar la siguiente ecuación:

Donde:

Q = cantidad de energía en forma de calor intercambiada entre los sistemas.

m = masa del sistema.

c = propiedad que depende del material que constituye el cuerpo y se denomina calor específico.

ΔT = variación de temperatura.

ENERGÍA RADIANTE

Este tipo de energía es producida por las ondas electromagnéticas, como las ondas de radio. Se caracteriza principalmente por la capacidad que tiene de propagarse en todas las direcciones en el vacío sin soporte material.

La energía solar es un ejemplo de energía radiante.

La energía radiante está en constante movimiento y a velocidades altísimas, lo que forma ondas que poseen distintas longitudes y frecuencias. La mayoría de estas ondas puede propagarse por el vacío, por eso, los rayos del Sol o las ondas de los satélites pueden llegar hasta la superficie de la Tierra.

Ejemplos de energía radiante

 

Rayos X.

 

 

Rayos infrarrojos.

 

 

Rayos ultravioletas.

¿Qué son las ondas electromagnéticas?

Son aquellas que se pueden propagar en el vacío sin necesidad de un medio material. La luz, los rayos x, los rayos láser y otros, son ejemplos de ondas electromagnéticas.

ENERGÍA ELÉCTRICA

Este tipo de energía es causada por el movimiento de las cargas eléctricas o de los electrones que poseen los materiales conductores. Puede generarse a partir de otras energías y, a su vez, puede ser transformada y producir varios efectos: luminosos, térmicos y magnéticos.

Un relámpago es la emisión de luz seguida de la descarga eléctrica del rayo.

La energía eléctrica es aquella que se usa al encender la luz, calentar la comida con el horno de microondas o cargar el teléfono celular. Una forma de obtener energía eléctrica a partir del Sol es mediante la utilización de paneles solares.

La energía eléctrica puede representarse de la siguiente manera:

Donde:

P = potencia expresada en vatio (W).

t = tiempo en segundos.

V = voltaje en voltios (V).

R = resistencia eléctrica en ohmios (Ω).

I = intensidad d corriente en amperios (A).

¿Qué es la electricidad?

El término “electricidad” deriva del griego electron, que significa “ámbar”, y con este nombre se denominan todos los fenómenos físicos relacionados con la atracción de cargas negativas o positivas, y resultantes de la presencia y flujo de una corriente eléctrica.

 

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ENERGÍA MAGNÉTICA

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Es la capacidad de atraer o repeler que poseen algunos materiales sobre otros y que originan campos magnéticos permanentes que producen energía magnética. Existen diversos materiales con propiedades magnéticas, entre ellos se encuentran el níquel, el cobalto, el hierro y sus aleaciones. Sin embargo, la presencia de campos magnéticos influye, en mayor o menor medida, en todos los materiales.

¿Sabías qué?
En año 1819, el danés Hans Christian Orested fue el primero en relacionar los imanes con las corrientes eléctricas para definir lo que hoy se conoce como electromagnetismo.

Teorías del magnetismo

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Para poder comprender el fenómeno del magnetismo se han desarrollado distintas teorías.

Teoría de Weber

Un imán puede dividirse indefinidamente y aun así conservar sus propiedades magnéticas. Los materiales están compuestos de pequeñas moléculas imantadas.

Teoría de Ewing

Los materiales están compuestos por grupos de átomos con momentos magnéticos diferentes que son capaces de reordenarse cuando se les aproxima un material imantado y volverse magnéticos.

Teoría de Ampere

Cuando las corrientes elementales de un material ferromagnético son ordenadas, éste adquiere propiedades magnéticas.

¿Qué es un campo magnético?

Es la región en la cual el imán ejerce sus efectos. Esta zona muchas veces no puede ser observada a simple vista. Para representar el campo magnético se utilizan líneas denominadas líneas de fuerza.

Las brújulas y los imanes representan los ejemplos más comunes de magnetismo.

ENERGÍA NUCLEAR

Es la energía contenida en el núcleo de un átomo. Se puede obtener a través de reacciones de fisión y fusión de un núcleo atómico. Dentro de los núcleos atómicos, las fuerzas entre los protones y neutrones son muy intensas, por lo que los procesos de transformación nuclear generan gran cantidad de energía.

Tipos reacciones nucleares

Reacción de fusión

Es un proceso en el que dos núcleos ligeros se unen para formar un núcleo más pesado. En el proceso se desprende gran cantidad de energía.

Reacción de fisión

Es un proceso en el que un núcleo de gran tamaño se divide en núcleos más pequeños mientras libera neutrones y gran cantidad de energía.

En estas reacciones nucleares la energía se expresa en relación a la masa:

Donde:

E = energía, se mide en julios (J).

m = masa que desaparece (en kg).

c = velocidad de la luz (3 x 108 m/s).

Bomba atómica

La bomba atómica adquiere su nombre debido a su funcionamiento, ya que no depende de la combustión de algún material o de la reacción de algunos materiales o elementos químicos, sino que se basan en reacciones nucleares.

 

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RECURSOS PARA DOCENTES

Video “energía de un oscilador mecánico”

Recurso audiovisual que le permitirá resolver problemas sobre energía de un oscilador mecánico.

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Video “Física nuclear: desintegración radiactiva”

Este video explica en detalle en qué consiste el proceso de desintegración de núcleos radiactivos.

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Video “Energía y las reacciones químicas”

Este recurso describe cómo se manifiesta la energía en las reacciones químicas.

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Ley de Coulomb y ley de gravitación universal

La ley de Coulomb y la ley de gravitación universal son de gran importancia para entender el comportamiento de dos de las fuerzas fundamentales en la naturaleza: la eléctrica y la gravitacional. Ambas leyes se representan por medio de expresiones matemáticas muy similares, sin embargo sus diferencias son notorias.

Ley de Coulomb Ley Gravitacional universal
Enunciado La fuerza eléctrica de atracción y repulsión entre dos cargas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La fuerza gravitacional de atracción entre dos masas es directamente proporcional al producto de las mismas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa.
Interacción Fuerza entre cargas. Puede ser atractiva o repulsiva. Fuerza entre masas. Siempre es atractiva.
Efectos Más evidente en cuerpos pequeños: los átomos. Más evidente en cuerpos grandes: galaxias, planetas y estrellas.
Expresión matemática F_{E} = K \frac{q_{1}q_{2}}{r^{^{2}}} F_{G} = G \frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}}
Cuerpos implicados Cargas: q_{1}q_{2} Masas: m_{1}m_{2}
La distancia entre: Los centros de las cargas es r Los centros de las masas es r
Constante K = 9 . 10^{9} N.m^{2}/C^{2} G = 6,67 . 10^{-11} N.m^{2}/kg^{2}
Fuerza sobre el átomo de hidrógeno Carga del electrón del átomo de H

q_{1} = - 1,6 . 10^{-19} C

 

Carga del protón del átomo de H

q_{2} = 1,6 . 10^{-19} C

Masa del electrón del átomo de H

m_{1} = 9,1 . 10^{-31} kg

 

Masa del protón del átomo de H

m_{2} = 1,67 . 10^{-27} kg