Categoría: LIBRO-PEDIA (7mo)

CAPÍTULO 3 / TEMA 5

Contaminación del agua

La contaminación del agua se produce cuando se introduce un material que altera sus características naturales. El agua contaminada deja de ser apta para el desarrollo de animales y plantas, se vuelve inadecuada para el consumo humano y afecta ríos, lagos, acuíferos, mares y océanos.

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El río más contaminado del mundo

 

En Indonesia se encuentra el río Citarum, considerado el más contaminado del mundo. Sus aguas están muy sucias porque allí se arrojan muchos desechos de fábricas y hogares.

FUENTES NATURALES DE CONTAMINACIÓN DE AGUA

La contaminación natural es la que ocurre como consecuencia de agentes naturales: los incendios forestales, las erupciones volcánicas, las tormentas y los terremotos. Por otra parte, este tipo de contaminación es provocada por restos vegetales, animales y sustancias como los minerales, que se disuelven al momento en que los cuerpos de agua atraviesan diferentes terrenos.

El ser humano ha vivido con este tipo de contaminación desde hace miles de años; no es posible evadirla, pero se pueden prever sus secuelas y tratar de minimizar sus efectos.

¿Sabías qué?
Los isótopos radiactivos son los contaminantes más peligrosos. Pueden descomponerse por sí mismos pero les llevaría miles de años.

Se puede señalar como fuente natural de contaminación del agua el mercurio, que se encuentra disperso en los suelos y en el lecho oceánico. También contaminan los hidrocarburos presentes en lagos, mares y ríos al ser derramados de forma natural en las corrientes fluviales.

Cabe mencionar que la constante actividad volcánica de hace 2.800 millones de años en los Andes causó altas concentraciones de arsénico en las aguas subterráneas de gran parte del territorio argentino.

Los volcanes activos expulsan diferentes materiales contaminantes como la lava y las partículas de gases.

Síntomas

Vómitos y diarreas.

 

 Conjuntivitis.

 

 Descamaciones en la piel, y lesiones en las extremidades que impiden realizar tareas habituales, hasta caminar.

 

 Ingerir y exponerse por mucho tiempo al agua contaminada con arsénico puede producir cáncer.

CONTAMINACIÓN ANTRÓPICA DE LAS AGUAS

Las actividades del ser humano conllevan directamente o indirectamente a la contaminación de las aguas.

  • Agricultura

Tanto los plaguicidas utilizados para el control de plagas como los fertilizantes son arrastrados desde los campos de cultivo hasta diversos cuerpos de agua y producen contaminación.

Los pesticidas para evitar las plagas en sembradíos son químicos nocivos para la salud.

  • Minería

Esta actividad provoca la contaminación de las aguas por medio del ácido sulfúrico y cianuro usado junto con metales pesados, como el mercurio.

  • Industrias pasteras

Vierten enormes cantidades de aguas residuales resultantes de la cocción de la madera y la dioxina que se generan como producto del blanqueamiento del papel. Estos compuestos afectan la flora y la fauna, y provocan alteraciones en el sistema nervioso, el inmunológico y el reproductor, además son cancerígenos.

Además de contaminar las aguas, la industria del papel contribuye a la deforestación.

  • Centrales de generación de energía

Tanto las centrales nucleares como las termoeléctricas provocan el calentamiento de las aguas de ríos y otras cuencas hidrográficas al ser usadas en la torres de refrigeración y luego ser devueltas a los cursos de agua sin tratamiento previo. Por otra parte, las represas hidráulicas modifican el caudal y el régimen normal de los ríos.

Este sistema de generación de potencia ocasiona inundaciones por la modificación en los cauces de los ríos.

  • Desechos arrojados por seres humanos

Pilas: están compuestas por metales pesados, como el cadmio y mercurio, que pueden tardar miles de años en biodegradarse. Luego de un tiempo de ser vertida en los basureros, pueden infiltrarse en las aguas subterráneas y contaminarlas.

Desechos sólidos: al arrojar basura y desechos en las calles, llegan a lagos y mares por el alcantarillado e impactan considerablemente en el ecosistema acuático.

Aceite: el aceite comestible también colabora con la contaminación del agua, al ser arrojado por las tuberías, un litro de este aceite puede contaminar 1.000 litros de agua, aproximadamente.

Cadmio

 

Este raro elemento metálico es un contaminante presente en la mayoría de los alimentos que consumimos. Tiene efectos nocivos para nuestra salud.

AGUA CONTAMINADA

Debido a la contaminación del agua, se presentan problemas ecológicos y sanitarios que afectan al planeta y provocan  la escasez de este preciado líquido.

Escasez de agua

 

– Afecta a todos los continentes y a cuatro de cada diez personas en el mundo.

– Obliga  a la población a utilizar fuentes contaminadas de agua para beber. Ello también significa que no pueden asearse, lavar la ropa ni limpiar sus casas adecuadamente.

– Induce a la población a almacenar agua en sus casas, esto puede ocasionar la proliferación de enfermedades como el dengue, la malaria y el zika, por los criaderos de mosquitos.

– Pone en relieve la necesidad de gestionar mejor los recursos hídricos.

CONSECUENCIAS DE LA CONTAMINACIÓN CULTURAL DEL AGUA

La destrucción de los ecosistemas acuáticos

Año a año, la destrucción de estos ecosistemas aumenta y pone en riesgo la biodiversidad. Las actividades humanas tienen un impacto fuerte. Éstas afectan tanto al ciclo de vida de los animales como al de las plantas.

El deterioro y la muerte de la vida marina          

El derrame de petróleo en mares y océanos, los residuos que contaminan el agua y los desechos tóxicos de las industrias generan la muerte y el deterioro de millones de especies marinas a los largo de los años.

El contagio de enfermedades por consumo de agua contaminada

Se debe a las heces expuestas que contienen organismos infecciosos que contaminan el agua y los alimentos.

La disminución de las fuentes de agua potable para el consumo humano

La contaminación, la sobrepesca, la alteración de los hábitats acuáticos, el derroche de agua y el cambio climático provocan la disminución del agua potable disponible para el ser humano.

El cambio de las propiedades del agua

Los derrames de petróleo, aguas residuales contaminadas y la contaminación química alteran potencialmente las propiedades del agua. Es por esto que cuando vemos agua contaminada tiene otro color, mal sabor y feo olor.

PROCESO DE POTABILIZACIÓN DEL AGUA

El agua que llega a nuestro hogar puede proceder de un río, arroyo o lago, que son aguas superficiales porque fluyen sobre el suelo. En cambio, si las aguas provienen de un pozo, se denominan aguas subterráneas.

Cuando el agua se extrae del subsuelo por medio de perforaciones sufre un proceso de filtración natural al pasar a través de las distintas capas porosas del terreno. Sin embargo, siempre debe ser controlada su calidad y en algunos casos es necesario someterla al proceso de desinfección.

Dado que las primeras capas de la tierra suelen estar expuestas a contaminación química y/o microbiológica debido a la cercanía con la superficie del terreno, el agua extraída a poca profundidad no es apta para su consumo.

El agua proveniente de fuentes superficiales se encuentra más expuesta que la subterránea a la incorporación de distintos materiales y microorganismos que puedan afectar su calidad. Por eso requiere de un procedimiento más complejo para su tratamiento.

Estrés hídrico

 

Es causado por el uso excesivo y prolongado del agua, hasta que la demanda sea mayor a su disponibilidad. Según datos de la Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO), el consumo de agua promedio, a nivel global, actualmente es de alrededor de 800 m3 por persona cada año.

Podemos sintetizar en 6 pasos el proceso de potabilización:

  1. Cámara de carga: por lo general, el agua se extrae con tomas ubicadas en torres construidas sobre el curso de agua. Estas tomas cuentan con un filtro que impide la entrada de rocas u otros sólidos de gran tamaño.
  2. Coagulación: el agua llega a una cámara donde se le agrega una dosis de sustancias coagulantes. En este paso, las partículas de suciedad que enturbian el agua quedan aglutinadas y esto permite que su extracción sea más sencilla.
  3. Alcalinización: el proceso de decantación de los coágulos se lleva a cabo en piletas grandes.
  4. Filtración: el agua decantada llega hasta un filtro donde pasa a través de sucesivas capas de arena de distinto grosor. Sale prácticamente potable.
  5. Cloración: la desinfección se realiza con cloro gaseoso que elimina los microorganismos.
  6. Control de calidad: antes de llegar al consumo, el agua es severamente controlada por químicos que analizan su calidad microbiológica.
El agua para el consumo humano debe tener un pH neutro y cumplir con las propiedades organolépticas.
RECURSOS PARA DOCENTES

Video “Aguas residuales”

Este recurso les mostrará a los alumnos cómo depurar el agua residual.

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Artículo “Conservación del agua en el hogar”

Este artículo explica la importancia de la preservación del agua como recurso natural vital

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CAPÍTULO 3 / TEMA 1

Sistemas materiales

Al momento de estudiar la materia, por lo general analizamos una porción de ésta a la que llamamos sistema material. Todo sistema material tiene propiedades generales o extensivas y propiedades específicas o intensivas.

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PROPIEDADES EXTENSIVAS E INTENSIVAS

Propiedades extensivas: dependen de la cantidad de materia, por ejemplo: el peso, la masa y el volumen. Todas las sustancias de manera general presentan estas propiedades, pero no son tan útiles para identificar un material respecto de otro. Sin embargo, sirven para saber cuánta sustancia presente hay. Se trata de una identificación cuantitativa.

Con las propiedades extensivas no se puede describir un material de manera cualitativa.

Propiedades intensivas: no cambian al variar la cantidad de materia analizada. Por ejemplo: la densidad, el punto de ebullición, el punto de fusión y el índice de refracción, entre otras propiedades. En general, las propiedades intensivas brindan mucha información sobre los materiales y sirven para identificar un material respecto de otro.

El punto de fusión es una propiedad útil para identificar los metales.

¿QUÉ SON LOS SISTEMAS MATERIALES?

Un sistema material es una porción de materia que se aísla para ser estudiada. Hablamos de fase cuando nos referimos a todas aquellas porciones del sistema material que tienen propiedades intensivas iguales. Por otro lado, los componentes son las sustancias que conforman el sistema material.

Tipos de fase

Las fases que pueden estar presentes en un sistema son: sólida, líquida y gaseosa.

La fase sólida, representada con la letra “s” en el subíndice de la sustancia a estudiar (X(s)), es aquella en donde los átomos y las moléculas se encuentran unidos fuertemente, por lo que se trata de una estructura muy ordenada.

La fase líquida, representada con la letra “l” en el subíndice de la sustancia a estudiar (X(l)), es aquella fase en donde los átomos y las moléculas no se encuentran unidos tan fuertemente, como en el caso de los sólidos. Por lo tanto, se trata de una sustancia capaz de mantener cierto orden y libertad de movimiento.

La fase gaseosa, representada con la letra “g” en el subíndice de la sustancia a estudiar (X(g)), es aquella fase en donde los átomos y las moléculas no se encuentran unidos fuertemente, es decir, son uniones muy débiles, por lo que las partículas se mueven libremente y en forma aleatoria.

Fases del agua

El agua es la sustancia más versátil del planeta. En la vida cotidiana la podemos encontrar en sus tres fases: sólida, líquida y gaseosa.

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL NÚMERO DE FASES DEL SISTEMA

Sistema homogéneo: cuando un sistema posee las mismas propiedades intensivas en toda su masa, significa que es un sistema homogéneo. Un sistema homogéneo cuenta con una sola fase.

Sistema heterogéneo: cuando un sistema material cuenta con distintas propiedades intensivas en por lo menos dos de sus puntos, se trata de un sistema heterogéneo. Un sistema de este tipo tiene dos o más fases.

El medioambiente

Si salimos al patio o vamos a un parque nos daremos cuenta que el suelo que pisamos es un sistema heterogéneo de distintos componentes de sólidos. Tierra, pequeñas piedras, y partículas con distintos tamaños y características son sólo algunas de las fases que podemos encontrar.

 

Por otro lado, no podemos ver a nuestro alrededor el aire que respiramos. Sin embargo, éste es una mezcla de compuestos gaseosos que da como resultado un sistema homogéneo.

CLASIFICACIÓN SEGÚN SU RELACIÓN CON EL MEDIO

Sistema abierto: es el caso más común; es un sistema que permite el intercambio de energía y masa con el medioambiente.

Sistema cerrado: no permite el intercambio de masa con el medioambiente, pero sí la transferencia de energía con el medio.

Sistema aislado: no permite ni la transferencia de energía, ni de masa con el medioambiente.

Sistemas según su relación con el medio 

Un lago y el ciclo del agua son un ejemplo de sistema abierto.
Una botella de gaseosa en el refrigerador es un ejemplo de sistema cerrado.
Un termo de café es un ejemplo de sistema aislado.

SUSTANCIAS PURAS

Las sustancias puras son aquellas cuyos componentes no pueden separarse mediante procesos físicos; en algunos casos solo es posible mediante procesos químicos. El agua es una sustancia pura. Si la analizamos en forma sólida, líquida o gaseosa, descubriríamos que su composición es la misma en todos los estados. Si la calentamos, la enfriamos o la congelamos (todos estos son procesos físicos) siempre tendremos los mismos componentes.

El diamante es una sustancia pura, ya que está conformado por moléculas de carbono muy unidas entre sí.

MEZCLAS

Una mezcla está compuesta por la unión de distintas sustancias puras que mantienen propiedades independientes. Pueden ser:

  • Mezclas homogéneas

Son aquellas producidas de manera directa entre moléculas, en las cuales no se diferencias los componentes. En este caso, mantienen las propiedades constantes. Otro nombre por el cual se conoce a esta mezcla es disolución. Se diferencia de una sustancia pura debido a que sus componente poseen distintas temperaturas de fusión o ebullición. Es partir de esta diferencia que se pueden separar los componente a través de la aplicación de calor, que permite modificar el estado de la sustancia que se busca aislar del resto. La acción de separar los componentes de una disolución implica medios más sofisticados y un gasto energético mayor en relación a la separación de componentes en el caso de una mezcla heterogénea.

Los jugos son un ejemplo de disolución.

Si bien está formada por dos o más componentes, a simple vista sólo podemos ver un componente. Por ejemplo, el agua con sal es un sistema material de dos sustancias, pero sólo vemos una. En cualquier porción de la muestra homogénea que tomemos veríamos que presenta las mismas propiedades e igual composición química.

El agua de mar

Si decidimos investigar sobre la composición del agua de mar, veríamos que también hay sal. Esto nos indica que el agua de mar no es una sustancia pura, pues es una mezcla de agua y sal que se puede separar mediante un proceso físico (evaporación).
  • Mezclas heterogéneas

Sus componentes se pueden diferenciar ópticamente. A su vez, estos se pueden aislar de manera simple, por ejemplo, mediante el uso de herramientas que posibilitan su separación mecánica. Algunos modos de separación de este tipo de mezclas son sistemas como el filtrado, que permite quitar partículas sólidas de un líquido o de un gas, y la decantación, a partir de la cual se pueden separar líquidos con distinta densidad.

Un ejemplo de mezcla heterogénea es el agua y el aceite. Es decir, no es una sustancia uniforme. Además, si tomáramos distintos puntos de esta mezcla veríamos que presentan composición y propiedades distintas.

El agua y el aceite conforman una mezcla heterogénea.
RECURSOS PARA DOCENTES

Infografía “Mezclas homogéneas y heterogéneas”

Material visual con mayor información de los tipos de mezclas en los sistemas materiales.

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Enciclopedia virtual “Materia”

Este recurso audiovisual exclusivo para docentes contiene la definición de la materia, sus propiedades y cómo se describen los sistemas materiales.

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CAPÍTULO 4 / TEMA 2

Transformación y conservación de la energía

Con la transformación de la materia también hay transformaciones de un tipo de energía a otra. Esta afirmación es resultado de múltiples investigaciones que sirvieron para postular un principio general para la física que afirma que además de transformarse, la energía se conserva.

PROPIEDADES DE LA ENERGÍA

La energía se puede conservar

Energía eólica (del viento), radiante (del Sol), hidráulica (del agua) y geotérmica (del calor interior de la Tierra) pueden transformase en energía eléctrica.

Cuando la energía cambia de forma en un sistema aislado la energía total permanecerá constante. En consecuencia, la energía no se puede crear ni destruir, sólo se puede transformar.

Por ejemplo, en una central hidroeléctrica el agua cae desde lo alto hacia una turbina para provocar que gire. Luego, la energía de la turbina se transforma para hacer funcionar un generador eléctrico y crea una corriente eléctrica. De ese modo, la energía potencial del agua se transforma en energía cinética para que gire la turbina, y posteriormente se genera energía eléctrica.

En una central hidroeléctrica se transforma energía hidráulica en energía eléctrica.

La energía se puede transformar

La energía se presenta de diversas formas y puede transformarse de un tipo a otro. Por ejemplo, en la fotosíntesis la energía solar se convierte en energía química.

Ejemplos de transformación de la energía

La energía eléctrica se transforma en energía cinética en un ventilador.

Una radio transforma la energía eléctrica en energía sonora.

 Una plancha transforma la energía eléctrica en calor.

La energía se puede traspasar

La energía puede transferirse o pasarse de un cuerpo a otro. La transferencia energética puede hacerse mediante el trabajo o el calor. Por ejemplo al hervir agua. En este proceso, el calor se conduce a través de la llama hacia el recipiente donde está el agua y al pasar el tiempo el agua se calienta.

La energía de las plantas

 

Las plantas cumplen sus funciones a través de la energía radiante que viene del Sol, la cual es absorbida por las hojas de plantas verdes para el proceso de fotosíntesis.

La energía se puede degradar

Cuando la energía se transfiere pierde la calidad, es decir, se degrada y disminuye gradualmente la capacidad de aprovechamiento. Por ejemplo, la energía química en la combustión en un automóvil. En este proceso se quema la gasolina en el motor, así se produce energía mecánica, lo que provoca el movimiento. No obstante, gran parte de la energía química se convierte en energía térmica y se degrada.

Tren a vapor

 

Estos trenes quemaban carbón para poder hervir agua e impulsar la turbina que hacía girar las ruedas. No obstante, este sistema no era eficiente ya que sólo el 10 % se transformaba en energía cinética (que provocaba el movimiento del tren) y el resto de la energía se perdía.

LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA

Esta ley, conocida también como la primera ley de la termodinámica, postula que “la energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede transformarse de un tipo de energía en otro”.

La transformación de un tipo de energía a otro ocurre cuando se utiliza para realizar un trabajo; una parte de la energía utilizada es transformada en trabajo y la otra en un tipo de energía diferente.

¿CÓMO SE TRANSFIERE LA ENERGÍA?

La energía se puede transferir entre los cuerpos de manera mecánica a través del trabajo mecánico o de manera térmica a través del calor.

Transferencia de energía por trabajo

Se intercambia la energía en forma de trabajo cuando una fuerza ocasiona un desplazamiento. Por consiguiente, el trabajo no es una forma de energía, es un proceso de transferencia.

El trabajo no está relacionado con el interior de un sistema, sino que se localiza en las paredes del sistema donde actúa como entrada o salida de la energía.

¿Qué es el trabajo?

 

Para que exista trabajo, desde el punto de vista físico, es necesario que estén presentes ciertas condiciones:

 

  • Que se ejerza una fuerza.
  • Que la fuerza se realice a lo largo de la dirección del desplazamiento.
  • Que el desplazamiento no sea perpendicular a la fuerza.

Transferencia de energía por calor

En la naturaleza, el calor se transfiere desde los cuerpos que tienen mayor temperatura a los que tienen menor temperatura a través de tres mecanismos:

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Conducción

Este tipo de mecanismo es propio de los sólidos, consiste en la transferencia de energía térmica a través de un medio material sin que ocurra un transporte de materia, es decir, las moléculas aumentan su grado de vibración pero no se desplazan de lugar.

Los utensilios de cocina tienen mangos de madera para evitar la conducción del calor.

Convección

Es la transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida, como por ejemplo el aire o el agua. La convección sólo se produce en líquidos y gases donde los átomos y moléculas son libres de moverse en el medio. Dicho movimiento es producto de que el fluido caliente se dilata y causa una disminución en su densidad, lo que a su vez provoca el ascenso del fluido caliente y el descenso del fluido frío, que es más denso.

Los globos aerostáticos pueden mantenerse en el aire gracias a la convección de calor. El aire caliente ocupa más volumen y menos densidad que el aire frío.

Radiación

Es la transmisión de energía más importante en el planeta Tierra, ya que la vida depende de la energía solar, y ésta llega a la Tierra al atravesar el espacio en forma de radiación. Desde el calor que se recibe en el entorno hasta el que se percibe por una estufa eléctrica son ejemplos de radiación. Esta transmisión se da  por ondas electromagnéticas, sin la necesidad de un material de soporte, sin transporte de materia, y se produce también al vacío.

Las radiaciones son absorbidas por los cuerpos de diferentes maneras, hay cuerpos que tienen mayor capacidad de absorción que otros.

Los hornos microondas transmiten radiación electromagnética.
RECURSOS PARA DOCENTES

Video “Intercambio de calor”

Recurso audiovisual con problemas planteados sobre el intercambio de calor.

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Video “Conducción de calor”

Este video explica en qué consiste la conducción de calor por medio de ejemplos.

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Artículo destacado “Conceptos de la dinámica del punto material: energía”

Artículo que desarrolla aspectos de la energía desde el enfoque de la física.

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Artículo destacado “Conservación de la energía y conservación de la carga”

Este recurso describe como la energía y las cargas cumplen la propiedad de conservación.

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CAPÍTULO 4 / TEMA 5

Fuentes de energía

El ser humano aprovecha la energía disponible en la naturaleza en su búsqueda de mejoramiento de la calidad de vida. Las fuentes de energía son aquellos recursos naturales o cuerpos que almacenan energía que puede ser utilizada.

La energía eléctrica puede generarse de diversas fuentes.

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FUENTES RENOVABLES

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Estas fuentes de energía son las más abundantes en la naturaleza. Se consideran inagotables, ya que después de ser usadas pueden regenerarse de forma natural o artificial a una velocidad superior al que se consumen.

Las energías renovables son menos contaminantes que las energías no renovables.

Algunas ventajas de las fuentes de energía renovable son las siguientes:

  1. No afectan de gravedad al medio ambiente.
  2. Disminuyen la dependencia de los recursos fósiles.
  3. Promueven el desarrollo industrial y económico donde se instalan.
  4. Son inagotables, por ende, pueden aplicarse en una amplia gama de escenarios.

También presentan desventajas como:

  1. La elección de este tipo de energía representa una inversión significativa, lo que hace parecer que no es rentable.
  2. Varios tipos de energía renovable tienen una naturaleza difusa.
  3. Se necesita esperar para que haya cantidad suficiente de energía para poder almacenarla.
  4. Muchas veces debe disponerse de un gran equipo o sistema para que la energía de utilice.
Energía renovable en Latinoamérica

 

Debido a la gran variedad de ecosistemas en Latinoamérica, los países de esta región se beneficiarían en gran medida de la energía renovable. Por orden de importancia y beneficios de estos recursos se encuentran los siguientes países: Brasil, Colombia, Argentina, Chile y Uruguay.

¿Cuáles son las fuentes de energía renovable?

Ciertas fuentes de energía renovable también son conocidas como energías alternativas, ya que se usan poco pero adquieren más importancia con el paso del tiempo.

Energía hidráulica

Es producida por el aprovechamiento de la energía cinética y potencial gravitatoria de los saltos de agua natural, en otras palabras, se obtiene mediante el movimiento del agua. Por esta razón, las centrales hidroeléctricas se construyen cerca de caídas de agua, donde el movimiento hidráulico mueve unas turbinas que se encargan de transformar esa energía en energía eléctrica que luego llega a los hogares a través de una red eléctrica de distribución.

¿Qué es una represa hidroeléctrica?

 

Es un sistema diseñado y construido para producir energía eléctrica mediante el aprovechamiento del caudal de los cursos de agua.

 

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Energía solar

Llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética proveniente del Sol. Una de las formas de aprovechamiento es mediante el uso de paneles solares. Es una energía gratuita, inagotable, limpia y no contaminante.

El Sol es una fuente ilimitada de energía. Si se almacenara toda la energía que emite durante algunas horas, se podrían abastecer las necesidades humanas del planeta por un año.

¿Sabías qué?
La energía solar se renueva rápidamente porque el Sol emite de manera continua radiación.

Energía eólica

Es la que se aprovecha por el movimiento del aire. Como fuente de energía es segura, inagotable y no contamina.

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Para poder utilizar esta fuente de energía a gran escala se requieren gigantescas turbinas eólicas, también llamadas aerogeneradores, que al moverse producen electricidad. El único inconveniente es que los vientos en general no son constantes, por lo que la energía eléctrica producida debe ser almacenada en baterías.

¿Cómo se aprovechan las energías renovables?

 

La energía del viento se aprovecha a través de grandes turbinas, la energía del Sol por medio de paneles solares y la energía del agua mediante centrales hidroeléctricas.

Energía mareomotriz

Se la obtiene a partir del movimiento del agua que es generado por las mareas. Durante el día, las aguas suben (marea alta o pleamar) y bajan (marea baja o bajamar) secuencialmente; cuando la Luna está sobre la playa, las aguas suben, luego de seis horas bajan.

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La marea es el movimiento constante y alterno de ascenso y descenso de las aguas marinas que se produce por las acciones atractivas del Sol y la Luna.

Durante el fenómeno de la pleamar, las aguas ganan energía gravitatoria. Al bajar, esa energía gravitatoria se transforma en energía cinética: las aguas se aceleran en su caída. Para obtener esta energía se dispone de centrales mareomotrices. Dichas centrales atrapan el agua del mar en enormes piletas que se cierran por medio de compuertas. Cuando la marea comienza a bajar, las compuertas se abren y el agua guardada empieza a caer hacia al mar por medio de unos conductos.

¿Qué son los diques móviles?

 

Es una respuesta a fenómenos naturales donde las altas mareas pueden atentar contra el bienestar de un área geográfica determinada y a su comunidad. Ingeniados por los Países Bajos después del desastre natural de 1953 e inaugurados en 1997, son sinónimo de resguardo y eficiencia tecnológica en el resto del mundo.

 

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Energía de la biomasa

La biomasa es la materia orgánica que se origina en un proceso biológico, como por ejemplo la madera, los cultivos o los residuos animales. Puede utilizarse directa o indirectamente como fuente de energía y permite aprovechar los residuos.

Como combustible, produce una contaminación parecida a la de los combustibles fósiles. La gran ventaja sobre éstos es que el CO2 que se produce en la combustión ha sido retirado previamente de la atmósfera por las plantas con las que se ha fabricado el combustible y no se altera la concentración media de este gas.

Energía geotérmica

Es el aprovechamiento del calor proveniente del interior de la Tierra, el cual se transmite a los cuerpos por conducción y convección. Esta energía es capaz de ofrecer más energía que el petróleo, el carbón y el uranio. Puede ser aprovechada gracias a la intervención de turbinas que absorben el vapor (energía calórica) generado por las altas temperaturas, para luego ser transformado en energía eléctrica.

¿Sabías qué?
Italia y Chile son algunos de los países que aprovechan la energía calórica que proviene del interior de la Tierra por medio de centrales que generan vapor para luego producir electricidad.
Datos de interés sobre fuentes de energía renovable
Tipo de energía Fuente Mayor productor Aplicación
Hidráulica Agua Estados Unidos Producir energía eléctrica.
Solar Sol China Producir energía eléctrica.
Eólica Viento China Producir energía eléctrica.
Mareomotriz Agua Japón Producir energía eléctrica.
Biomasa Plantas y animales Inglaterra Producir energía eléctrica y biocombustibles.
Geotérmica Calor del interior de la Tierra Estados Unidos Industrial y en aguas termales.

FUENTES NO RENOVABLES

¿Qué es el desarrollo sustentable?

 

Es un proceso integral que conjuga a la sociedad, la economía y al planeta Tierra con su naturaleza. Se trata de un modo de ver y de hacer que desterró la antigua idea de “progreso”, relacionada a la explotación desmedida de los recursos.

Estas fuentes de energía son las más usadas en la actualidad a pesar de encontrarse en cantidades limitadas en la naturaleza. Se agotan al ser usadas, por lo tanto no se regeneran a corto plazo y requieren miles o millones de años para volver a formarse.

Dato de interés

 

Según estudios recientes, aproximadamente el 85 % de toda la energía que se consume a nivel mundial surge de la quema de combustibles fósiles.

Algunas ventajas de las fuentes de energía no renovable son las siguientes:

  1. Estas fuentes de energía son más económicas que las energías renovables, razón por la que son más usadas en los países en vías de desarrollo.
  2. Al ser fuentes que el ser humano ha conocido desde hace mucho tiempo, existe la infraestructura y la tecnología necesaria para aprovecharlas y transformarlas.
  3. El recurso no renovable más usado es probablemente el petróleo, del cual se produce una gran cantidad de combustibles y derivados como solventes y parafinas.

También presenta desventajas como:

  1. No son abundantes en la Tierra, por lo que en algún momento se gastarán las reservas que existen.
  2. Al quemar combustibles fósiles se producen enormes cantidades de contaminantes que potencian el calentamiento global.
  3. Los combustibles fósiles pueden ocasionar grandes accidentes si no se tratan con cuidado.
Protocolo de Kioto

 

Es un acuerdo internacional firmado en firmado en Japón, en la ciudad de Kioto. Entró en vigor en febrero de 2005 y comprometió a los países industrializados a estabilizar las emisiones de gases de efecto invernadero entre el período 2008 y 2012. El segundo periodo de vigencia del Protocolo se extiende desde el 1 de enero de 2013 hasta el 31 de diciembre de 2020.

¿Cuáles son las fuentes de energía no renovable?

Las fuentes de energía no renovable también son conocidas como energías convencionales, ya que son las más usadas en la actualidad.

Combustibles fósiles

Las fuentes de energía fósil son aquellos recursos que provienen de la transformación de materia que alguna vez tuvo vida, es decir, que se originaron por la acumulación de restos vivientes hace millones de años. Entre ellas podemos encontrar el carbón, el petróleo y el gas. El carbón fue el primer combustible fósil en ser comercializado, le siguió el petróleo y por último el gas natural. En la actualidad coexisten para satisfacer las necesidades energéticas.

¿Sabías qué?
El combustible fósil se quema para así obtener energía térmica o energía cinética. También puede emplearse para obtener electricidad en centrales termoeléctricas.
  • El carbón

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Es un combustible sólido de origen vegetal. Se originó hace más de 300 millones de años cuando el planeta estaba cubierto por una densa vegetación que, al morir, quedó sumergida bajo el agua y empezó a descomponerse anaeróbicamente (sin presencia de oxígeno), lo que produjo que la materia orgánica ganara carbono hasta convertirse en un mineral sólido de color negro.

  • El petróleo

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Es un compuesto líquido negruzco complejo formado por una mezcla de hidrocarburos de gran viscosidad, perecidos al aceite. Se originó hace millones de años por la fosilización de zooplancton, algas y organismos marinos.

El petróleo tiene una apariencia negra y viscosa.

Utilizar este compuesto como fuente de energía tiene varios inconvenientes:

  • No es soluble en agua y es difícil de limpiar.
  • Los derrames afectan los ecosistemas.
  • La combustión de los derivados produce productos residuales.
  • Es una de las principales causas de la excesiva emisión de dióxido de carbono a la atmósfera, lo cual genera calentamiento global.

Este combustible es muy utilizado debido a que con una pequeña porción del material se producen grandes cantidades de energía, y sus costos de extracción y utilización son baratos en comparación con otras fuentes. Es decir, se prioriza el beneficio económico por sobre el cuidado del planeta.

¿Qué es el fracking?

 

La explotación indiscriminada de los recursos fósiles es una práctica común que ha disminuido las reservas a nivel mundial de manera notable. El fracking se ha presentado como una técnica de extracción en yacimientos no convencionales, y el daño para el hombre y el planeta es objeto de debate.

 

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Es una mezcla de gases ligeros que se obtiene de los yacimientos de petróleo o de depósitos de carbón.  Si la energía se obtiene de los procesos de descomposición de restos orgánicos se denomina biogás.

Una de las ventajas de la utilización de esta fuente de energía es que el gas natural produce mucho menos dióxido de carbono que otros combustibles. Sin embargo, la forma de extraer, transportar y almacenar este combustible implica grandes cuidados, ya que es una sustancia muy inflamable.

Energía nuclear

Es aquella energía que se libera durante las reacciones nucleares y se obtiene mediante un proceso físico-químico. Dentro de los núcleos atómicos, las fuerzas entre los protones y neutrones del núcleo atómico son muy intensas, por lo que los procesos de transformación nuclear generan gran cantidad de energía.

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo destacado “Energía eólica”

Recurso que describe las características de la energía eólica como fuente de energía renovable.

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Video “Los movimientos de la Tierra: Rotación y traslación. Estaciones del año, las mareas”

Este video le permitirá comprender los fenómenos relacionados con la posición del planeta Tierra, entre ellos, las mareas.

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Video “¿Cuál es el desierto más árido del planeta? ¿Qué es la energía renovable?

Recurso audiovisual que explica datos de interés sobre las energías renovables.

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CAPÍTULO 3 / TEMA 4

AGUA

El agua es un compuesto químico de vital importancia que brinda grandes beneficios para los seres vivos. Es la sustancia más abundante en la Tierra. Está compuesta por hidrógeno y oxígeno.

Molécula vital

El agua es clave para la vida. El 70 % de nuestro cuerpo está formado por agua y es un alimento para nuestro organismo porque contiene sales minerales.

ESTADOS DEL AGUA

El proceso mediante el cual el agua pasa de estado sólido a líquido se llama fusión. En cambio, el proceso mediante el cual el agua pasa de estado líquido a sólido se denomina solidificación.

Si ponemos agua líquida a calentar, esta se transformará en vapor de agua. Este proceso se llama vaporización. Si hacemos el proceso inverso y enfriamos el vapor de agua, obtendremos nuevamente agua líquida. Esto se llama condensación.

El agua también puede pasar del estado sólido al gaseoso, es decir, de hielo a vapor de agua al aumentar la presión y bajar la temperatura: este proceso se llama volatilización o sublimación regresiva. Si, en cambio, el vapor de agua se congela, este proceso se llama sublimación.

ESTADOS DEL AGUA

Líquido

El agua en este estado puede encontrarse, por ejemplo, en mares, ríos y lagos.

 

 Sólido

El hielo es un claro ejemplo de este estado. Lo podemos encontrar en glaciares.

 

 Gaseoso

El vapor de agua es gaseoso. Lo vemos cuando el agua hierve o cuando nos damos un baño de agua caliente.

 Agua en dos estados

En las aguas termales pueden encontrarse dos estados juntos: el vapor y el agua líquida.

PROPIEDADES DEL AGUA

El agua cuenta con diferentes propiedades que se clasifican en organolépticas y fisicoquímicas. Las primeras son las que percibimos con nuestros sentidos y las segundas tienen relación con la composición química.

  • Propiedades organolépticas

Inodora: no tiene olor.

Incolora: no tiene color.

Insípida: no tiene sabor.

  • Propiedades fisicoquímicas

Polaridad: tiene una distribución irregular de la densidad electrónica.

Capacidad calorífica: el agua necesita mucho calor para elevar su temperatura.

Tensión superficial: es un fenómeno a través del cual la gota de agua pareciera tener una superficie resistente. Así, un insecto se puede posar sobre una gota y no hundirse mediante adaptaciones en sus patas.

Capacidad de disolución: es el solvente universal.

Cambios de estado: sólido, líquido y gaseoso.

Efectos del pH
El pH ácido en el agua afecta el metabolismo de las especies acuáticas, toma el sodio de la sangre y el oxígeno de los tejidos; además, afecta el funcionamiento de las branquias de los peces. Si la acidez no los mata, el estrés adicional puede frenar el crecimiento y hacerlos menos capaces de competir por el alimento.

CICLO DEL AGUA

El ciclo del agua, también conocido como ciclo hidrológico, describe el movimiento continuo y cíclico del agua que circula entre los océanos, la atmósfera, la biósfera y la litósfera de nuestro planeta. El agua de las precipitaciones (lluvia, nevadas y glaciares) alimenta manantiales, ríos, lagos y acuíferos. Gracias a este ciclo todos los seres vivos tienen acceso al agua.

El ciclo del agua comienza con la evaporación. Este proceso puede darse de dos formas:

  • Evaporación de agua de mares, ríos y lagos.
  • Evapotranspiración, que es la transpiración de las plantas.
Agua dulce

Las aguas dulces de los arroyos, lagos y ríos apenas tienen 3 gramos de sal por litro. Este tipo de agua, que es la más escasa en el mundo, representa el 4 % del agua del planeta.

A medida que se eleva, el vapor de agua se enfría y se condensa en forma de pequeñas gotitas, lo que origina las nubes. Cuando las gotitas se juntan, se hacen más grandes y caen por su propio peso: se forma la lluvia (precipitación). Si hace mucho frío, esas gotitas se congelan y caen en forma de nieve o granizo.

El agua que llega a la superficie de la Tierra puede:

  • Ser aprovechada por los seres vivos.
  • Escurrir hasta alcanzar un curso de agua.
  • Filtrar en el suelo y formar acuíferos.

Finalmente, toda el agua que se encuentra en la Tierra en forma líquida vuelve a la atmósfera por medio de la evaporación y así se cierra el ciclo.

¿POR QUÉ EL AGUA ES UNA MOLÉCULA VITAL?

Al igual que el oxígeno, el agua es un elemento de la naturaleza esencial para que todas las formas de vida puedan existir. Es fundamental tanto para la reproducción de algunas especies de plantas y animales como para el desarrollo de los procesos biológicos que posibilitan la vida en nuestro planeta.

Los seres vivos tienen agua en su composición. Desde una bacteria hasta el ser humano contienen en su estructura este componente que puede hallarse en la sangre de los animales, en el citoplasma de las células o intervenir en las reacciones químicas que tienen lugar en los organismos.

Están compuestos por agua:

Plantas: entre un 75 % y un 90 %, según la especie.

¿Sabías qué?
Algunas plantas acuáticas tiene un gran valor alimentario y económico para las sociedades. Por ejemplo, el arroz es un alimento muy consumido en todo el mundo.

Animales: las proporciones varían desde un 40 % en insectos hasta casi un 100 % en medusas. Pero en promedio, el porcentaje de agua en animales es de un 75 %. Se debe tener en cuenta la etapa de la vida del organismo y la especie para poder determinar la proporción que posee de dicho líquido.

  • Importancia para la vida

Al ser el componente principal de los organismos vivos, el agua cumple diversas funciones, entre las que se destacan:

  • Permitir las reacciones químicas necesarias para el metabolismo celular.
  • Intervenir como medio de trasporte de sustancias.
  • Formar parte de la función de amortiguación que tienen las articulaciones de los animales vertebrados.
  • Regular la temperatura del cuerpo.
  • Humedecer el oxígeno para facilitar la respiración de animales.
  • Participar en el proceso de fotosíntesis en los organismos autótrofos.
Del agua dulce del planeta depende la supervivencia de las especies.

USOS DEL AGUA

  • Regulador de la temperatura

El agua, además de ser la principal fuente de vida de todos los seres vivos, juega un rol importante en la regulación de la temperatura a nivel corporal y planetario.

La temperatura corporal es regulada por el agua a través de la transpiración. El cuerpo incorpora agua de los alimentos que se consumen y de los subproductos del metabolismo. Cuando no se consume diariamente la cantidad de agua requerida, se genera un desequilibrio en los líquidos corporales, lo que provoca la deshidratación. En algunos casos, esta puede ser causa de muerte.

¿Sabías qué?
Una canilla que gotea desperdicia más de 75 litros de agua por día aproximadamente.

Por su parte, la hidrósfera y la atmósfera tienen un papel esencial en la regulación de la temperatura atmosférica. El agua de los mares y los océanos intercambia energía con la atmósfera en los períodos cálidos para devolverla en períodos fríos, así se evitan los cambios bruscos de temperatura. Al mismo tiempo, los vientos empujan las corrientes marinas que distribuyen el calor: llevan agua caliente procedente de latitudes tropicales hasta regiones que son frías.

Por otro lado, los casquetes polares y los hielos de los glaciares también contribuyen a la regulación de la temperatura terrestre al reflejar gran cantidad de radiación solar.

  • Energía hidroeléctrica

Una central hidroeléctrica utiliza el agua para generar energía eléctrica. Tiempo atrás, esta acción se realizaba con los molinos de agua, que aprovechaban las corrientes de los ríos para mover la rueda.

Las represas hidroeléctricas aprovechan la caída del agua desde una cierta altura para producir la energía. En el proceso, la caída de agua mueve una turbina para generar energía eléctrica. La naturaleza nos brinda este recurso, por ejemplo, en una cascada o una garganta.

Gran energía

La represa más grande, la Central Hidroeléctrica de las Tres Gargantas, se encuentra en Yichang, China.

  • Aguas residuales

Desechamos agua cuando nos bañamos, cocinamos o limpiamos. A este tipo de agua se la denomina residual y es la que también proviene de los procesos industriales. Para devolverla al medio de donde fue tomada, es necesario someterla a un proceso de limpieza para descontaminarla.

Para esto se llevan cabo procedimientos físicos, químicos y biológicos que pueden sintetizarse de la siguiente manera:

  1. Recepción del agua
  2. Sedimentación: el agua es vertida en piletas donde se retienen los sólidos, como la arena.
  3. Descontaminación: por acción bacteriana se eliminan sustancias contaminantes.

Luego de esta etapa, se llevan a cabo procesos iguales al de la potabilización del agua.

  1. Coagulación.
  2. Filtración.
  3. Cloración y desinfección.
  4. Devolución al ambiente.
El tratamiento del agua residual contribuye con el mantenimiento de este recurso natural.
RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo “El agua”

Un artículo destacado con más información sobre el agua como sustancia vital para las especies.

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Galería de Infografías

Material gráfico referido a diferentes tópicos sobre el agua

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CAPÍTULO 4 / TEMA 6

Fenómenos ondulatorios

Las ondas pueden comportarse de distintas maneras según el medio en el que se encuentren. Así, la manera de propagarse varía según los obstáculos, los choques o los cuerpos a atravesar. Esto produce varios fenómenos que veremos a continuación.

¿QUÉ ES UNA ONDA?

Es una oscilación o perturbación que se caracteriza por propagarse en el espacio y por transportar energía, no materia.

Por ejemplo, al tomar una soga de un extremo y sacudirla se puede observar que se genera un movimiento ondulatorio, pero la soga no ha sido modificada. En consecuencia, al imaginar que la soga está compuesta por infinitos puntos uno al lado del otro, se puede decir que cada uno de ellos es desplazado verticalmente por el movimiento. En otras palabras, la soga vibra.

A diario, las ondas se pueden observar en el mar, al tirar una piedra en un cuerpo tranquilo de agua, al tocar las cuerdas de una guitarra o al hablar.

¿Cuáles son las características de una onda?

Elongación (y): es la distancia que existe en cualquier instante entre la posición de equilibrio y la posición de la partícula. En el SI se mide en metros (m).

Amplitud (A): es la elongación máxima que puede alcanzar una partícula con respecto a la línea de equilibrio. En el SI se mide en metros (m).

Cresta y Valle: la cresta es el punto más alejado de la línea de equilibrio del medio donde se propaga la onda, y el valle es el punto más alejado de la línea de equilibrio donde se propaga la onda, pero opuesta a la ubicación de la cresta.

Longitud de onda (λ): es la distancia existente entre dos puntos de la onda que se encuentra en un instante dado en el mismo estado de vibración, es decir, es la distancia que la onda recorre en un ciclo, puede ser entre dos valles sucesivos o dos crestas sucesivas y se mide en metros (m).

Periodo (T): es el tiempo que tarda una oscilación que se propaga en recorrer un espacio igual a la longitud de onda. Se mide en segundos (s).

Velocidad de propagación (v): es la velocidad con la que puede propagarse una onda. Se mide en m/s.

Frecuencia (f): es el número de oscilaciones o vibraciones completas que se realizan en un segundo. Es la inversa de periodo. Se mide en hercios (Hz).

¿QUÉ ES EL MOVIMIENTO ONDULATORIO?

Para comprender mejor la definición de onda hay que saber que la materia que nos rodea, como el agua, el aire o una mesa, está formada por partículas. Éstas están más apretadas en los sólidos y más dispersas en los líquidos o gases. Sin embargo, en todos los casos la vibración de una partícula puede transmitirse a una partícula contigua.

Partículas en una cuerda.

Por lo tanto, cuando se propaga una onda, las partículas vibran alrededor de sus posiciones pero no se mueven con la onda. Por ejemplo: cuando se tira una piedra en el agua, las partículas de agua no avanzan lateralmente sino que suben y bajan al mismo tiempo que transmiten energía a las partículas vecinas. De este modo se forman pequeñas olas: son ondas que viajan a través del agua y transmiten la energía de un sitio a otro.

Radio AM

La radio AM es un medio de comunicación que transmite con amplitud modulada (AM): una manera de transmitir información por medio de una onda transversal. Se usa también en radios de aviones y torres de control.

¿CUÁLES SON LOS TIPOS DE ONDAS?

Ondas según la dirección de propagación

Longitudinales: la alteración o perturbación es paralela al desplazamiento de la onda.

Transversales: la alteración o perturbación es perpendicular al desplazamiento de la onda.

Ondas según la dimensión de propagación

Unidimensionales: se propagan en una sola dirección.

Por ejemplo: la propagación de movimiento en una cuerda.

Bidimensionales: se propagan sobre una superficie en dos dimensiones.

Por ejemplo: las olas en la superficie de un líquido.

Tridimensionales: Se propagan por el espacio en tres dimensiones.

Por ejemplo: el sonido.

Según el medio que necesitan para propagarse

Mecánicas: necesitan un medio material para propagarse. Por ejemplo: las ondas sonoras y las generadas en la superficie del agua.

Electromagnéticas: pueden propagarse en medios materiales y en el vacío. Por ejemplo: la luz, los rayos x y el láser.

¿CUÁLES SON LOS FENÓMENOS ONDULATORIOS?

Fenómenos ondulatorios
Reflexión Refracción Difracción Interferencia
Es el cambio de dirección en la onda cuando choca con una superficie lisa. No cambia el medio de propagación. Es el cambio de dirección y velocidad de la onda cuando pasa de un medio de propagación a otro. Es la desviación de la onda cuando llega a una abertura de tamaño comparable con su longitud. Es la adición o superposición de dos o más ondas.
Ejemplo Ejemplo Ejemplo Ejemplo
Espejo. Lápiz sumergido en agua. Rompeolas. Varios objetos lanzados al agua.

 

Ejemplo de refracción: lápiz dentro de un vaso de agua.

ONDA SONORA

Las ondas sonoras son ondas longitudinales.

Son las responsables de producir un efecto que al llegar al oído identificamos como sonido. Estas ondas corresponden al grupo de las ondas mecánicas, porque requieren de un medio para propagarse.

¿Qué es el sonido?

 

El sonido es una onda, es decir, una perturbación que “viaja” en el espacio y propaga energía. Las ondas sonoras tienen la capacidad de transmitirse a través de la materia, es por eso que cuando una persona habla, el sonido se mueve por el aire o a través de alguna pared.

 

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Cualidades del sonido

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Intensidad

Es la energía que se transmite por la onda al atravesar una superficie por unidad de tiempo. Se mide en J/m2s o W/m2.

Sonoridad

La sonoridad es una cualidad que permite diferenciar entre los sonidos fuertes y débiles. Su unidad es el belio (B) y se mide en decibelios (dB).

Tono

Es la frecuencia de vibración que tienen las ondas sonoras. Éstas permiten determinar si un sonido es grave o agudo. Se mide en hercio (Hz).

Sonidos

Sonidos graves: 20 a 256 Hz.

Sonidos medios de 256 a 2.000 Hz.

Sonidos agudos de 2.000 a 16.000 Hz.

Timbre

Es propio de cada fuente sonora. Cada material o voz humana vibra de una forma diferente y provoca ondas sonoras complejas que identifican el sonido.

Reflexión

Se produce cada vez que las ondas se encuentran con un cuerpo que no puede traspasar, y por lo tanto rebotan y se expanden o reflejan.

Fenómenos sonoros de la reflexión
Resonancia Reverberación Eco
Es el aumento de la amplitud y expansión de un sonido debido a los estímulos recibidos por parte de una fuente de ondas externas. Es el alargamiento de un sonido causado por repetidos procesos de reflexión. Se produce comúnmente en lugares cerrados y vacíos. Es producido por el choque directo de un sonido contra algún cuerpo. Este reflejo tarda más de una décima de segundo en ser escuchado.

Refracción

Cuando las ondas sonoras se desplazan y cambian de posición, la distancia y el movimiento producen una variación en el sonido.

¿Sabías qué?
Las ondas sonoras también se consideran ondas de compresión u ondas de compresibilidad porque producen compresión (zonas de alta presión y densidad) y rarefacción (zonas de baja presión y densidad) cuando viajan a través de un medio.

Propagación del sonido

El sonido se propaga de manera tridimensional, por lo que puede llegar a cualquier sitio del espacio. De este modo, la velocidad de su propagación depende del medio: si las partículas están muy próximas y de las fuerzas de cohesión.

Dirección de una onda de sonido

El sonido puede considerarse como una serie de ondas de compresión y de rarefacción propagadas por el aire.

En consecuencia, la velocidad de propagación de una onda sonora es mayor en los sólidos que en los líquidos, y en los líquidos es mayor que en los gases.

¿Sabías qué?
La velocidad del sonido a condiciones normales de presión y temperatura es de 5.600 m/s en el acero, 1.460 m/s en el agua y 340 m/s en el aire.

Efecto Doppler

Este efecto se percibe cuando se acerca al observador una onda sonora, su longitud de onda se acorta y el sonido se percibe a un mayor volumen. Es por este motivo que la altura de una fuente que se aleja, se reduce. Este efecto se puede percibir siempre que la fuente de ondas se mueva con respecto al observador o viceversa. Como resultado se podrá observar una aparente variación de la altura del sonido.

Efecto Doppler en la calle

Al escuchar a lo lejos la sirena de una ambulancia, la intensidad del sonido de su sirena aumenta a medida que el vehículo se acerca a nosotros a toda velocidad, pero justo después de que nos pasa por un lado y se aleja de nosotros su intensidad disminuye y la frecuencia de pulsos de sonidos se hace más larga, este fenómeno se conoce como efecto Doppler.

 

LUZ

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En 1817, un físico inglés llamado Thomas Young afirmó que la luz tiene las propiedades de una onda. En su experimento calculó la longitud de onda de la luz a partir de un patrón de interferencia y descubrió no sólo que la longitud de onda es una millonésima de metro (1 μm) o menos, sino también que la luz es una onda transversal. Este fenómeno no se puede explicar a menos que la luz se considere una onda.

Las ondas electromagnéticas son ondas transversales.

Más tarde, en 1864, el físico escocés James Clerk Maxwell estableció que la luz es una forma de energía electromagnética que viaja en ondas. La razón de cómo lo hace en ausencia de un medio se explica por la naturaleza de las vibraciones electromagnéticas.

La luz se comporta como una onda, sufre reflexión, refracción y difracción.

Reflexión Refracción  Difracción
El reflejo de las ondas de luz en una superficie da como resultado la formación de una imagen. Cuando la luz pasa de un medio a otro se observa una desviación debido a las velocidades de propagación que difieren entre sí. Si la luz encuentra un obstáculo en su camino, éste la bloquea y tiende a causar la formación de una sombra en la parte de atrás del mismo.

Espectro electromagnético

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La luz está compuesta por ondas electromagnéticas que pueden poseer diversas frecuencias, que se clasifican y conforman el denominado espectro electromagnético.

La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético que comprende longitudes de onda entre 380 nm y 740 nm. Un elemento de las ondas electromagnéticas es su longitud de onda, la cual determina el color; por ejemplo: el violeta posee una longitud de onda más corta y el rojo una más larga.

Espectro electromagnético.

Propagación de la luz

La luz puede propagarse en el vacío así como en otros medios, por lo tanto, su velocidad dependerá de dicho medio. Asimismo, la luz se propaga tridimensionalmente en el espacio.

¿Sabías qué?
La velocidad de propagación de la luz en el vacio o en el aire es de 3 · 108 m/s.

Si el medio es homogéneo, la luz se propagará linealmente y se podrán distinguir:

  • Las áreas de sombra que no reciben luz.
  • Las áreas de penumbra que reciben parte de la luz.
  • Las áreas iluminadas que reciben todos los rayos de luz.
La sombra es una zona donde la luz es obstaculizada.
RECURSOS PARA DOCENTES

Video “Efecto Doppler”

Recurso audiovisual que explica cómo se produce este efecto relacionado con la variación de frecuencia en las ondas.

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Artículo destacado “Acústica y sonido: cualidades del sonido”

Este artículo diferencia acústica y sonido, y describe las cualidades de este último: intensidad, altura o tono y timbre.

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Artículo destacado “El sonido: Fenómeno vibratorio”

Recurso que ahonda en detalle en las particularidades del fenómeno vibratorio, el sonido y su transmisión.

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Artículo destacado “Ondas electromagnéticas”

Artículo que describe las características y tipos de ondas electromagnéticas.

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CAPÍTULO 3 / TEMA 3

Sistemas heterogéneos

Cuando un sistema material cuenta con distintas propiedades intensivas en por lo menos dos de sus puntos, estamos hablando de un sistema heterogéneo. Un sistema de este tipo tiene dos o más fases. Generalmente, para su separación se utilizan mecanismos físicos y de menor consumo de energía.

TIPOS DE MEZCLAS HETEROGÉNEAS

Se pueden estudiar dos tipos de mezclas heterogéneas: las mezclas groseras y las mezclas finas o suspensiones.

¿Sabías qué?
El antiácido conocido como leche magnesia es una suspensión.
  • Mezclas groseras

Son mezclas heterogéneas cuyos componentes se diferencian fácilmente debido a su gran tamaño.

EL GRANITO

El piso de granito es un ejemplo de mezcla grosera, ya que a simple vista se pueden notar las partículas que lo conforman en sus diversos colores.
  • Suspensiones

Están formadas por una fase sólida con baja solubilidad que se encuentra dispersa en la fase liquida. Las fases son más difíciles de diferenciar debido al ínfimo tamaño de la partícula.

RÍO NEGRO

El río más importante de la región amazónica, conocido como río Negro, es un ejemplo de suspensión. Al llegar a zonas donde el caudal y la velocidad de la corriente disminuyen, se depositan los sedimentos que estaban dispersos en el agua.

SEPARACIÓN DE MEZCLAS

Por medio de diferentes métodos de separación de fases se puede separar una mezcla heterogénea. Algunos de ellos son: la decantación, la tamización, la filtración y la imantación. Se llaman métodos mecánicos a aquellos que no producen transformaciones en los componentes de la mezcla, es decir, que no provocan cambios de estado ni de tamaño de las partículas de cada fase.

Utilizar uno u otro método de separación depende de las propiedades físicas de los componentes de la mezcla, como la diferencia de tamaño entre sus partículas, la capacidad de ser atraídos por un imán y la densidad, entre otras.

Decantación

Cuando en una mezcla hay componentes líquidos que no se disuelven entre sí, por lo que sus fases se pueden distinguir, se usa un instrumento denominado embudo de decantación. Se deja la mezcla en reposo dentro del mismo y la sustancia más densa queda en el fondo del recipiente, luego podemos quitarla y dejar la menos densa.

 

Ampolla de decantación.

Filtración

Se recurre a este método para separar un sólido suspendido en un líquido, como el agua y la arcilla. Para esto hay que utilizar una barrera, que puede ser un material poroso como el papel de filtro, por ejemplo. Se hace pasar la mezcla por la placa que tiene poros para que el líquido se escurra y el sólido quede retenido.

Los automóviles usan el filtrado. El filtro de aceite y el de la gasolina evitan que la mecánica del vehículo se deteriore con rapidez.

Centrifugación

Es una técnica que se emplea para precipitar un sólido suspendido en un líquido. Se necesita una centrífuga, que es un instrumento que al girar genera una fuerza, la cual empuja el sólido al fondo del tubo. Al cabo de un tiempo se retiran los tubos y el líquido se puede volcar o tomar con un gotero.

PLASMA

Para obtener el plasma rico en plaquetas se usa el centrifugado. Generalmente es usado en terapias para la recuperación de fracturas y problemas en el sistema óseo.

Tamizado

Cuando las partículas de una mezcla de sólidos tienen distintos tamaños, se puede usar este método para separarlas. Se utiliza un tamiz a través del cual se pasa la mezcla. Las partículas más grandes quedarán sobre el mismo, mientras que las más pequeñas pasarán al otro lado.

El tamiz es una rejilla metálica que deja pasar los componentes más pequeños y atrapa los más grandes.

Levigación

Es el famoso procedimiento que emplean los buscadores de oro. Consiste en hacer pasar una corriente de agua por una mezcla de diferentes sólidos no solubles en ella, así, son arrastrados los componentes más livianos y quedan en el plato los de mayor peso. Una variante de esta técnica es la de utilizar viento en vez de agua, en este caso el método se denomina ventilación.

Imantación

Es usado un imán cuando una de las fases de la mezcla está compuesta por sustancias con propiedades magnéticas, con el fin de separarlo del resto. Por ejemplo, se pueden extraer limaduras de hierro mezcladas con arena, procedimiento muy utilizado para reciclar el acero.

La imantación es muy útil para reciclar materiales ferrosos.

MEZCLAS HETEROGÉNEAS EN LA VIDA COTIDIANA

En la cocina podemos destacar numerosas mezclas heterogéneas: la leche y el cereal, el agua y el aceite, el agua y la pasta, y los componentes de una ensalada. Con realizar un proceso físico podemos separar sus componentes de manera sencilla.

LA COCINA

Leche con cereal: una típica mezcla heterogénea para desayunar.

Al lavar los utensilios de cocina se mezclan el agua y los aceites.

Para la preparación del café tradicional se realiza una mezcla usando el filtrado.

Al tamizar la harina se obtienen mejores resultados en la preparación.
RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo destacado “Mezclas y soluciones”

Información complementaria para identificar los tipos de mezclas y las técnicas de separación de las mismas.

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Infografía “Técnicas de separación de mezclas”

Material gráfico que describe los métodos de separación de mezclas.

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Infografía “Mezclas homogéneas y heterogéneas”

Con este recurso podrá ampliar el conocimiento sobre las diferencias entre mezclas homogéneas y heterogéneas.

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CAPÍTULO 4 / TEMA 4

Energía mecánica

A diario estamos en presencia de objetos que se mueven y cambian de posición. Esto se debe a la energía mecánica que poseen los cuerpos y que resulta de la suma de dos formas de energía: la cinética (movimiento) y la potencial (posición).

TRABAJO MECÁNICO

Aunque el concepto de trabajo se relaciona normalmente con actividades laborales e intelectuales, en física tiene una concepción diferente y más concreta.

El trabajo es un principio de la mecánica que comprende una fuerza y un desplazamiento; al 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.

Empujar un objeto es un ejemplo de trabajo. Al inicio el cuerpo está en reposo y, después de ejercer la fuerza paralela al suelo, se desplaza y se acelera en la dirección de la fuerza.
¿Sabías qué?
El valor del trabajo mecánico indica la energía que se transfiere en el empuje a la mesa.

El trabajo mecánico (W) puede expresarse matemáticamente de la siguiente forma:

Donde:

F = fuerza.

Δx = desplazamiento.

El trabajo mecánico es una magnitud escalar y su unidad, según el Sistema Internacional de Unidades, es el joule (J).

Energía mecánica

En un cuerpo, la energía mecánica será igual a la suma de las energía cinética, potencial gravitatoria y potencial elástica.

ENERGÍA CINÉTICA

Es la energía que poseen los cuerpos en movimiento. En otras palabras, es el trabajo que hace falta para que un cuerpo con una masa determinada se acelere desde el reposo hasta una velocidad señalada.

Además, la energía cinética forma parte de todos los materiales conocidos, ya que cada uno de ellos se encuentra constituido por un conjunto innumerable de moléculas en constante movimiento. La cantidad de energía cinética aumenta en proporción al tamaño y a la velocidad del cuerpo: cuanto más grande sea y más rápido se mueva, ésta será mayor.

Cuanto más rápido se mueve un cuerpo, mayor energía cinética posee.

La energía cinética se mide en joule (J) y puede representarse de la siguiente forma:

Donde:

m = masa (en kg).

v = velocidad (m/s).

Las olas del mar desplazan a un surfista porque el agua en movimiento (cuerpo con energía cinética) choca contra la tabla de surf y realiza trabajo al moverla.

Ejemplo práctico

  1. Un carro tiene una masa de 1.200 kg. Si se desplaza con una rapidez de 20 m/s, ¿cuál es su energía cinética?

Solución:

  1. ¿Cuál es la masa de un cuerpo si su energía cinética es de 250 J y se desplaza a 5 m/s?

Solución:

¿Sabías qué?
William Thomson, mejor conocido como Lord Kelvin, fue el primero en acuñar el término “energía cinética” en sus trabajos.

Trabajo y energía cinética

Al aplicar una fuerza neta sobre un cuerpo, cambia su velocidad, se acelera y por lo tanto también cambia su energía cinética.

Esta relación se denomina Teorema de trabajo y energía cinética, cuyo enunciado establece que:

El trabajo mecánico de la suma de todas las fuerzas aplicadas sobre un cuerpo es igual a la variación de la energía cinética que experimenta dicho cuerpo.

Matemáticamente se expresa:

El Teorema de trabajo y energía cinética se aplica, por ejemplo, en una pelota de fútbol al impactar sobre los guantes del arquero, que se mueven hacia atrás al recibirla.

ENERGÍA POTENCIAL GRAVITATORIA   

Es la energía que tienen los cuerpos que se encuentran a una altura cercana a la superficie terrestre, es decir que esta energía la poseen todos los cuerpos que se ubican en un campo gravitatorio. Éste es de intensidad constante cada vez que el cuerpo está cerca de la Tierra o de un cuerpo celeste.

¿Sabías qué?
La gravedad en la Tierra tiene un valor de 9,806 m/s2.
La gravedad

Es una de las fuerzas esenciales del universo: gracias a ella, por ejemplo, la Tierra orbita alrededor del Sol. Del mismo modo, permite que la atmósfera no se pierda en el espacio o incluso que simplemente podamos caminar.

 

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Los cuerpos que se ubican a una altura sobre la superficie de la Tierra tienen cierta cantidad de energía que usan como trabajo mecánico al caer. Esto se manifiesta si deforma el lugar donde cae.

La energía potencial gravitatoria se mide en joule (J) y se expresa matemáticamente como:

Donde:

g = aceleración gravitatoria (m/s2).

m = masa (en kg).

h = altura (en m) con respecto al cero de referencia escogido.

Trabajo y energía potencial gravitatoria

Por lo general se considera la superficie terrestre como el nivel cero. De este modo, si dos cuerpos se ubican a la misma altura, el cuerpo con mayor masa tendrá la mayor energía potencial gravitatoria. Caso contrario, si ambos cuerpos tienen la misma masa, pero se encuentran en diferentes alturas, el cuerpo con altura mayor tendrá la mayor energía potencial gravitatoria.

Para que un cuerpo llegue a una posición elevada hace falta que realice un trabajo contra la gravedad y puede expresarse simbólicamente así:

Donde:

W = trabajo mecánico.

F = fuerza necesaria para equilibrar el peso.

Δy = desplazamiento vertical.

 

Ejemplo práctico

  1. Si la energía potencial en el suelo es 0, ¿cuál sería la energía potencial gravitatoria que tiene un ascensor con una masa de 1.000 kg ubicado a 400 m sobre esta superficie?

Solución:

  1. Si se coloca una bola de madera y una de acero, ambas del mismo tamaño, a la misma altura sobre el suelo, ¿cuál de la dos bolas tendrá mayor energía potencial gravitatoria?

Solución:

Los valores de la gravedad y de altura son iguales para ambas bolas. Sin embargo, la masa no. A pesar de tener el mismo tamaño, la bola de acero tendrá más masa que la bola de madera y, por lo tanto, más densidad. Así, la bola de acero es la que tiene mayor energía potencial gravitatoria.

ENERGÍA POTENCIAL ELÁSTICA

Este tipo de energía la poseen los cuerpos que sufren deformaciones. Esto sucede por una fuerza que le permite estirarse, acortarse, achatarse, sufrir una pequeña deformación o cambiar completamente su forma.

¿Qué es la deformación?

Es el cambio en la forma de un objeto cuando se encuentra sometido a una o varias fuerzas. Por ejemplo, al aplastar un pedazo de plastilina se aplica una fuerza y se puede ver que su forma cambia, es decir, se deforma como resultado de dicha fuerza.

 
Un resorte tiene energía potencial elástica cuando se estira y se comprime.

La energía potencial elástica se mide en joule (J) y puede representarse matemáticamente como:

Donde:

k = constante elástica (en N/m).

Δx = elongación del resorte (en m).

Cuando se estira una goma elástica, almacena energía potencial elástica. Al soltarla, recuperará su posición y liberará la energía.

Trabajo y energía potencial elástica

El trabajo mecánico que realiza la fuerza elástica ejercida por un resorte sobre un cuerpo es igual a la diferencia entre la energía potencial de los puntos entre los cuales actúa. Se expresa de la siguiente manera:

Donde:

W = trabajo mecánico.

Fe = fuerza elástica.

A y B = puntos entre los cuales actúa el trabajo.

Epe = energía potencial elástica.

La intensidad de la fuerza elástica se expresa matemáticamente así:

Donde:

k = constante elástica (en N/m).

Δx = elongación del resorte (en m).

Ejemplo práctico

A un resorte se le aplica una fuerza de 18 N, lo que hace que se comprima 6 cm. ¿Cuál es la energía potencial elástica del resorte en esa posición?

Solución:

a) Calcular constante de elasticidad.

b) Calcular valor de energía potencial elástica.

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo “Movimiento y trabajo mecánico”

Este artículo explica los conceptos de trabajo desde el punto de vista físico, así como las unidades y fórmulas.

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Video “Energía de un oscilador mecánico”

Este recurso audiovisual le permitirá comprender los parámetros de movimiento oscilatorio armónico.

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CAPÍTULO 4 / TEMA 1

¿Qué es la energía?

Todos los objetos a nuestro alrededor tienen la capacidad de producir cambios. Por ello, convivimos con movimientos y transformaciones constantes, algunos más perceptibles que otros, pero que tienen su origen en un único concepto: la energía.

ENERGÍA: CAPACIDAD DE PRODUCIR TRABAJO

Ley de conservación de la energía

La energía no puede ser creada ni destruida, sino que puede ser transformada, por lo que la cantidad total de energía es siempre la misma. Por ejemplo, la energía lumínica del Sol se transforma en energía eléctrica mediante el uso de paneles solares.

La energía es la capacidad de un sistema físico para hacer el trabajo o mover algo contra una fuerza, como la gravedad. Si bien no se tiene una definición concreta de energía, los físicos han logrado determinar una ley universal: si la energía de un cuerpo aumenta en determinada cantidad, la de otro disminuye de manera proporcional.

La energía que la humanidad necesita en un año es irradiada por el Sol en 15 minutos.
¿Sabías qué?
El término “energía” proviene del griego enérgeia, que significa “actividad”. Pero esta idea no debe confundirse: no es necesario un movimiento abrupto para reconocer la presencia de energía ya que, en realidad, se encuentra en todos lados aunque no sea posible observarla.

TIPOS DE ENERGÍA

La energía es la capacidad de realizar cambios en los sistemas y los cuerpos. Hay diferentes tipos de energía en el universo y en muchas formas.

Energía primaria

La producción de energía primaria se relaciona con las formas de energía disponibles en la naturaleza antes de ser transformadas, como el petróleo, el gas natural, los combustibles sólidos, los combustibles renovables y la electricidad primaria.

 

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Energía mecánica

Es la energía almacenada en objetos y es la suma de otras dos fuentes de energía: cinética y potencial. Por ejemplo, justo en el punto más elevado de una montaña rusa, toda la energía del vagón es energía potencial y al comenzar a descender la energía potencial se transforma en energía cinética.

¿Qué es la energía hidráulica?

Es la energía producida por el aprovechamiento de la energía cinética y potencial gravitatoria de los saltos de agua natural. Se aplica en la generación de energía eléctrica para ciudades, pueblos e industrias.

Energía potencial

Es cualquier forma de energía que tiene un potencial almacenado que puede ser usado en el futuro, y que solamente se manifiesta al convertirse en energía cinética. Por ejemplo, si una pelota se levanta, adquiere energía potencial de la gravedad que se vuelve aparente al caer.

Tipos de energía potencial

 

 

Energía potencial elástica

Resulta de estirar y comprimir objetos elásticos, como las ligas.

  

Energía potencial gravitacional

Resulta del almacenamiento de energía por la fuerza de gravedad, como un fruto que cuelga de un árbol.

  

 

Energía potencial química

Resulta de la transformación de energía química a través de una reacción química, como el cambio de energía eléctrica a química en una pila.

Energía cinética

Significa “movimiento”. Cuanto más rápido se mueve un objeto, mayor es su energía cinética. La energía de los ríos y la del viento son formas de energía cinética. Ésta se puede convertir en energía mecánica mediante molinos de agua, molinos de viento o bombas conectadas a turbinas o a electricidad.

Al lanzar una pelota se transfiere energía cinética para que pase del estado de reposo al estado en movimiento.
Ventajas de la energía cinética

– No genera residuos tóxicos.

– Los parques generadores de energía cinética pueden construirse en terrenos no aptos para otras actividades.

– Los parques generadores son de rápida instalación.

Energía térmica

Todos los materiales están compuestos por moléculas en constante movimiento. La energía térmica es producto del movimiento de esas moléculas, es decir, la energía cinética que poseen. Cuanto más se muevan y choquen entre sí, mayor será el calor que generen y, por lo tanto, aumentará su temperatura y su energía térmica.

¿El calor es igual a la temperatura?

No. El calor es una forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o distintas partes de un cuerpo, las cuales presentan distintas temperaturas. Por su parte, la temperatura es una magnitud que da cuenta de nociones como frío, caliente o tibio. La misma se mide a través de un termómetro.

 

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Energía química

Es aquella que es liberada durante las reacciones químicas. Podemos encontrar este tipo de energía siempre en la materia, pero sólo se manifiesta cuando ocurre un cambio en ella. Algunos ejemplos de energía química son la combustión y la energía nuclear.

Energía eléctrica

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Es la energía transferida de un sistema a otro mediante el uso de electricidad, que es el movimiento de partículas cargadas. En otras palabras, este tipo de energía es causada por el movimiento de los electrones a través de materiales conductores de la electricidad.

Puede generarse a partir de otras energías y a su vez puede ser transformada y producir varios efectos: luminosos, térmicos y magnéticos.

La mantarraya puede generar corrientes eléctricas de hasta 200 voltios.
¿Qué es una represa hidroeléctrica?

Es un sistema diseñado y construido para producir energía eléctrica mediante el aprovechamiento del caudal de los cursos de agua.

 

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Energía radiante

Es energía transportada por la radiación. Tanto la luz visible como la radiación infrarroja son formas de energía radiante, ambas son emitidas por el Sol.

La energía de los rayos solares puede recuperarse y convertirse en electricidad o calor.

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 pueden propagarse por el vacío, por eso los rayos del Sol o las ondas de los satélites pueden alcanzar la superficie de la Tierra.

¿Sabías qué?
La energía radiante es aplicada en radiografías, medicina nuclear, radios y algunos aparatos electrónicos.

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 del núcleo atómico son muy intensas, por lo que los procesos de transformación nuclear generan gran cantidad de energía.

Las reacciones en el núcleo pueden ser de fusión o de fisión.
¿Sabías qué?
En estrellas como el Sol, la energía atómica se libera cuando los núcleos se combinan en un proceso conocido como fusión.
¿Qué es un reactor nuclear?

Es una instalación física donde se produce, mantiene y controla una reacción nuclear en cadena. Se puede utilizar para la obtención de energía, para la producción de materiales fisionables como el plutonio, como armamento nuclear, o para la propulsión de buques o de satélites artificiales.

 

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Energía magnética

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 podemos encontrar 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.

UNIDADES DE MEDIDA DE ENERGÍA

Una de las propiedades de la energía es que puede ser medida. Para ello, según el Sistema Internacional, la unidad más utilizada es el “Joule” o “Julio”, y es simbolizada con la letra jota mayúscula (J). Esta unidad es nombrada así en honor al físico James Prescott Joule, quien fue uno de los científicos más importantes de su época. Estudió, entre otras cosas, el magnetismo y su relación con el trabajo mecánico, lo que lo condujo a la teoría de la energía. El Joule equivale a:

Donde

N = Newton

m = metros

kg = kilogramos

s = segundos

Otras equivalencias

Nombre Equivalencia en julios
Caloría (cal) 4,1855
Kilovatio hora (kWh) 3.600.000
Electronvoltio (eV) 1,6023 x 10-19
British Thermal Unit (BTU) 1.005,05585
Ergio (erg) 1 x10-7
Energía en los alimentos

Cada célula de nuestro cuerpo requiere energía para funcionar adecuadamente. Ésta es proporcionada por las calorías y por ello resulta importante conocer la cantidad que aportan los nutrientes que ingerimos y así evitar consecuencias negativas para nuestro organismo.

 

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RECURSOS PARA DOCENTES

Video “Intercambio de calor”

Recurso audiovisual que le permitirá profundizar sobre el proceso de transferencia de energía en forma de calor de un cuerpo a otro.

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Aplicaciones del magnetismo: la brújula, el campo electromagnético

Este video describe a detalle el funcionamiento magnético de una brújula.

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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:

Ee = Pt = VIt = I^{2}Rt

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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