CAPÍTULO 14 / TEMA 2

Componentes del universo

Por definición, el universo es todo lo que existe como materia y energía. En consecuencia, el espacio es casi tan basto como su diversidad. Esto incluye una complejidad de componentes que resultaron del Big Bang: punto de partida a la expansión espacio-tiempo del universo.

MATERIA Y MATERIA OSCURA

La materia es todo aquello que tiene masa, ocupa un volumen en el espacio y tiene cierta cantidad de energía asociada. También es llamada materia ordinaria porque conforma todos los cuerpos con vida y todo lo que los rodea. Está constituida internamente de átomos que en su estructura tienen protones, neutrones y electrones.

¿Sabías qué?

Las propiedades de la materia pueden ser extensivas cuando dependen de la cantidad de materia, o intensivas cuando no dependen de su cantidad.

Aunque la materia ordinaria compone el gas, las nubes, las estrellas y las radiaciones del universo, también existe un tipo de materia que no emite luz: la materia oscura.

La materia oscura es llamada de ese modo porque no emite radiación electromagnética y por el momento no se ha podido ver ni registrar. No obstante, los efectos gravitatorios de este tipo de materia que ocupa casi el 25 % del universo sí han podido demostrarse.

¿Qué es la antimateria?

Es la materia formada por antipartículas. Se cree que en durante el origen del universo la materia y la antimateria estaban en iguales proporciones.

NEBULOSAS

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Las nebulosas son nubes de materia constituidas principalmente por hidrógeno que se distribuyen por todo el plano galáctico y se hacen visibles únicamente cuando las alcanza la luz de las estrellas cercanas o contenidas en su interior.

¿Sabías qué?

Las nebulosas no emiten luz propia, sino que absorben o reflejan la luz que emiten las estrellas más cercanas.

CLASIFICACIÓN DE LAS NEBULOSAS

Nebulosas planetarias

De forma generalmente circular con una estrella en el centro.

Nebulosas difusas

De forma irregular.

Nebulosas de reflexión

Reflejan la luz de las estrellas próximas.

ESTRELLAS

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Son masas de gases que producen calor, luz, rayos ultravioletas, rayos X y otras formas de radiación electromagnética como consecuencia de las reacciones nucleares que ocurren en su interior. Al igual que los seres vivos, nacen, crecen y mueren.

¿Sabías qué?

Durante la evolución de todas las estrellas, los núcleos de hidrógeno se fusionan y forman núcleos de helio, como en el caso del Sol.

¿Cómo se forma una estrella?

La estrella comienza muy pequeña, como simples partículas de polvo y gas.
A causa de algunas perturbaciones, las partículas empiezan a chocar y formar grumos, los cuales adquieren mayor masa y atraen más partículas.
A medida de que el grupo de partículas adquiere masa se vuelve más denso y caliente. Comienza la formación de una protoestrella.
Cuando la protoestrella se calienta lo suficiente, sus átomos de hidrógeno comienzan a fundirse y se produce helio, esto se conoce como fusión nuclear.
Después de millones de años, en la protoestrella se produce un flujo bipolar que expulsa lejos de su superficie ardiente el gas y el polvo remanente.
La estrella se estabiliza y se conoce ahora como estrella de secuencia principal o enana. La estrella continuará con la transformación de hidrogeno en helio y será una estrella de secuencia principal el 90 % de su vida.

Características de una estrella

Brillo

Cantidad de luz que percibimos. Depende de la distancia en la que se ubique.

Color

Según su temperatura puede ser azul, blanca, amarilla, naranja o roja.

Tamaño

En relación al tamaño del Sol pueden ser supergigantes, gigantes, medianas o enanas.

GALAXIAS

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Las galaxias son conjuntos o agrupaciones de estrellas, gas y polvo. Se las conoce también como universos islas. Contienen más de mil estrellas y el diámetro varía de los 1.500 a 3.000 años luz. Las galaxias tienen un movimiento de rotación en torno a su eje.

La Vía Láctea: nuestra galaxia

Es una galaxia grande con forma de espiral donde se concentran entre 200 mil y 400 mil millones de estrellas, entre ellas, el Sol. También dentro de esta galaxia se encuentra la Tierra. La Vía Láctea tiene un diámetro aproximado de 100 mil años luz y cuenta con más de 300 mil millones de estrellas.

En buenas condiciones de cielo nocturno, dentro de la constelación de Pegaso podemos ver a simple vista la galaxia de Andrómeda.

Clasificación de las galaxias

Galaxias elípticas

Son las que tienen forma ovalada o de esfera achatada. Aproximadamente el 17 % de las galaxias son así, en su mayoría se conforman de estrellas viejas.

Galaxias espirales

El 80 % de las galaxias tienen esta forma, similar a un disco achatado; se distingue un núcleo que es atravesado por varios brazos. Se constituye por estrellas viejas, jóvenes, gas y polvo.

Galaxias irregulares

No tienen un formato específico porque los agregados están revueltos y rodeados por nebulosas. Están constituidas de gas, polvo y estrellas jóvenes. Representan el 3 % de las galaxias.

Galaxias lenticulares

Tienen forma de disco, sin embargo, son una clasificación intermedia entre las galaxias espirales y elípticas. Tienen en su centro una zona condensada y en su exterior una envoltura.

CONSTELACIONES

Son figuras en el cielo que los antiguos astrónomos formaron con las estrellas más brillantes de cielo nocturno a partir de su imaginación. Diferentes culturas han concebido ideas sobre diversas constelaciones.

¿Qué son las constelaciones zodiacales?

El zodiaco está basado en la división de 12 partes iguales de la banda zodiacal, cada división alberga una constelación de la que deriva el nombre; al mismo tiempo, definen que el recorrido del Sol por cada una de las divisiones se realiza en un mes exacto, por lo cual cada mes del año tiene una constelación del zodiaco asociada.

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SATÉLITES NATURALES

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Los satélites naturales son objetos que orbitan un planeta u otro cuerpo más grande. El término se usa generalmente para identificar satélites no artificiales de planetas o planetas enanos.

Nuestra Luna fue el primer satélite natural conocido.

Dentro del sistema solar hay 240 lunas: 163 orbitan los planetas, 4 orbitan los planetas enanos y docenas más que orbitan cuerpos pequeños del sistema solar.

¿Sabías qué?

La Red de Vigilancia Espacial detectó más de 26.000 objetos que orbitan la Tierra. Unos pocos son satélites en funcionamiento y el resto son diversos objetos, muchos de ellos convertidos en chatarra espacial.

¿Qué son los satélites artificiales?

Son satélites fabricados por el hombre y para ello fueron necesarias diversas tecnologías, la comprensión de leyes físicas y la inspiración de los propios astros. Pueden ser tripulados o automáticos. Luego de ser construidos, son lanzados al espacio y puestos en órbita.

AGUJEROS NEGROS

Los núcleos de las estrellas de mayor masa colapsan ya que consumen su combustible de hidrógeno relativamente rápido. Este proceso da lugar a una violenta explosión de supernova, mientras que sus capas externas son expulsadas al espacio. Si un núcleo es lo suficientemente masivo, la gravedad hará que colapse sobre sí mismo hasta convertirlo en un objeto extremadamente denso y compacto, con un campo gravitacional tan fuerte que ni siquiera la luz puede escapar de él: un agujero negro.

¿Cuáles son las partes de un agujero negro?

¿Sabías qué?

Los materiales capturados por el agujero negro pueden alcanzar velocidades de hasta la mitad de la velocidad de la luz y transformar una parte de la inmensa energía gravitatoria que experimenta en emisiones de rayos X.

SISTEMAS PLANETARIOS

Los planetas son cuerpos celestes de forma casi esférica y aplanada en los polos. Se caracterizan porque:

Orbitan alrededor de una estrella.
Tienen cierta dominación de su órbita, por lo que no existen otros cuerpos que se ocupen o invadan su recorrido.
Su masa permite mantener el equilibrio hidrostático y la gravedad en su atmósfera.

Todo sistema planetario se conforma de una o varias estrellas centrales con objetos que giran alrededor. Se asume que estos sistemas se originan de la misma forma que se forman las estrellas.

Sistema solar

Se denomina sistema solar al sistema planetario en el que los planetas y demás objetos astronómicos giran alrededor de una única estrella denominada Sol. Nuestro planeta forma parte de este sistema y, en conjunto con Mercurio, Venus y Marte, forman los llamados planetas terrestres y se encuentran constituidos por material rocoso y metal.

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Plutón fue descubierto en el año 1930 y se lo consideró un planeta del sistema solar hasta el año 2006, fecha en la que fue reasignado en la categoría de planeta enano.

ASTEROIDES, COMETAS Y METEOROS

Un asteroide es un cuerpo celeste conformado por trozos de roca, metal o una mezcla de ambos que orbita alrededor del Sol. Hay asteroides de roca sólida y otros de roca fragmentada; y la mayoría de ellos gira alrededor del Sol en una agrupación que se conoce con el nombre de cinturón de asteroides que se encuentra entre Marte y Júpiter. De ellos, Ceres, el más grande, fue clasificado como planeta enano en el 2006.

Clasificación de los asteroides

Tipo C

Composición carbonosa. Refleja poca luz. Color gris. Corresponden al 75 % de los asteroides.

Tipo S

Composición de silicatos. Refleja luz. Color rojizo. Corresponden al 17 % de los asteroides.

Tipo M

Composición metálica. Hay escasos registros de este tipo de asteroides.

Se estima que la Tierra está en una trayectoria que podría colocarla en la ruta de colisión con varios asteroides de más de un kilómetro de diámetro.

Extinción de los dinosaurios

Un equipo internacional de 41 científicos confirmó que la extinción masiva producida hace 65,5 millones de años, que acabó con la era de los dinosaurios, fue provocada por el impacto de un asteroide de 12 kilómetros de diámetro en la península de Yucatán (México).

Los cometas son cuerpos celestes de formas irregulares que se encuentran formados por una mezcla de granos no volátiles y gases congelados con apariencia nebulosa. Sus órbitas son elípticas, y esto los lleva muy cerca del Sol y los devuelve al espacio profundo.

Un rasgo distintivo de los cometas es la cola larga y luminosa que se produce cuando está en las cercanías del Sol.

Los cometas tienen estructuras diversas y dinámicas, pero todos desarrollan una nube de material difuso que los rodea. Esa nube se denomina cabellera, y su tamaño y su brillo crecen con la aproximación al Sol. Por lo general, lo que se ve es el pequeño núcleo brillante que tiene menos de 10 kilómetros de diámetro.

Cometa Halley

El cometa Halley es probablemente el más famoso de todos los cometas. Edmund Halley fue el primero en calcular que la aparición de tres cometas distintos a lo largo de los años constituía en realidad, el retorno de un solo cometa cada 76 años.

Los planetas y satélites naturales del sistema solar suelen ser bombardeados por rocas o minerales de diversos tamaños. Son fragmentos de planetas, satélites, asteroides y cometas que son atraídos hacia los cuerpos celestes de mayor tamaño. Cuando el objeto se encuentra en el espacio fuera de la atmósfera de la Tierra se denomina meteroide, por su parte, si entra en la atmósfera terrestre se conoce como meteoro, y si llega a alcanzar el suelo sin desintegrarse se denomina meteorito.

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo destacado “¿Cómo se forman los planetas?”

Este artículo describe el origen de los planetas rocosos y de los gigantes gaseosos.

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Artículo destacado “Galaxias: Vía Láctea”

Apartado que explica los aspectos fundamentales de las galaxias y especifica los componentes de nuestra galaxia: la Vía Láctea.

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Artículo destacado “Al espacio y más allá: un océano desconocido”

Recurso explicativo de los avances más significativos que se hicieron para conocer qué hay más allá de nuestra galaxia y la posibilidad de explorar su inmensidad.

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CAPÍTULO 4 / REVISIÓN

LA ENERGÍA | ¿qué aprendimos?

¿Qué es la energía?

Los movimientos y las transformaciones que presenciamos en nuestro día a día se originan gracias a la energía. Ésta no es más que la capacidad de producir cambios o la capacidad de un sistema físico para hacer el trabajo o mover algo contra una fuerza, como la gravedad. Hay muchos tipos de energía diferentes en el universo. Toma muchas formas.

El Sol provee energía a través de radiaciones electromagnéticas que son aprovechadas por el hombre.

Transformación y conservación de la energía

Con la transformación de la materia también hay transformaciones de una energía a otra. Además, la energía puede conservarse, es decir, mantenerse constante, traspasarse en forma de calor o trabajo, y también degradarse, es decir, puede perder su calidad en el proceso de transformación.

La ley de la conservación de la energía dice que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Formas de energía

La energía se entiende como 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, como energía mecánica, energía química, energía térmica, energía radiante, energía eléctrica, energía magnética y energía nuclear.

En el proceso de fotosíntesis, la energía de la luz solar es convertida en energía química, la cual se almacena en los enlaces de carbohidratos.

Energía mecánica

El movimiento y los cambios de posición en los objetos se deben a la energía mecánica. Ésta resulta de la suma de dos formas de energía: la energía cinética, que es la energía que tienen los cuerpos en movimiento; y la energía potencial, que está relacionada con la posición del cuerpo. La energía potencial puede ser gravitatoria o elástica.

Cuando el vagón de una montaña rusa llega a la parte más elevada aumenta su energía potencial, mientras que al bajar y aumentar su velocidad incrementa su energía cinética.

Fuentes de energía

Las fuentes de energía son aquellos recursos naturales o cuerpos que almacenan energía que puede transformarse en energía utilizable. Pueden ser renovables o no renovables. Las fuentes de energía renovables son las más abundantes en la naturaleza y son inagotables, por ejemplo: la energía hidráulica, la energía solar y la energía geotérmica. En cambio, las fuentes no renovables son las más utilizadas a pesar de ser limitadas, por ejemplo los combustibles fósiles.

La energía nuclear es una fuente de energía no renovable. Un ejemplo de ella es la bomba atómica.

Fenómenos ondulatorios

Una onda es una perturbación que se propaga en el espacio. Las ondas pueden comportarse de distintas maneras según el medio en el que se encuentren y se caracterizan por transportar energía, más no materia. Las ondas pueden ser transversales o longitudinales según la dirección en la que se propagan; también se pueden clasificar como mecánicas o electromagnéticas según el medio de propagación.

La luz y el sonido son ejemplos de ondas.

El calor y la temperatura

Aunque en nuestro vocabulario estos términos se usen sin distinción, el calor y la temperatura no son lo mismo. El calor es una forma de energía que se transfiere de un material más caliente a otro menos caliente, mientras que la temperatura es la medida de la cantidad de movimiento de las moléculas de un sistema; es decir, es una medida de la energía térmica.

La temperatura es una magnitud que puede medirse con un termómetro.

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:

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

También presentan desventajas como:

La elección de este tipo de energía representa una inversión significativa, lo que hace parecer que no es rentable.
Varios tipos de energía renovable tienen una naturaleza difusa.
Se necesita esperar para que haya cantidad suficiente de energía para poder almacenarla.
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:

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.
Al ser fuentes que el ser humano ha conocido desde hace mucho tiempo, existe la infraestructura y la tecnología necesaria para aprovecharlas y transformarlas.
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:

No son abundantes en la Tierra, por lo que en algún momento se gastarán las reservas que existen.
Al quemar combustibles fósiles se producen enormes cantidades de contaminantes que potencian el calentamiento global.
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 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 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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Energía eólica, nuclear y solar

Las energías renovables se obtienen de fuentes naturales que virtualmente no deberían agotarse, como la radiación solar y el viento; mientras que las energías no renovables se obtienen de fuentes naturales en cantidades limitadas, como los combustibles fósiles. Tres tipos de energía se comparan a continuación.

	Energía eólica	Energía nuclear	Energía solar
Obtención	Se obtiene gracias a la capacidad de los aerogeneradores de transformar la energía cinética del viento en electricidad.	Se obtiene a través de reacciones de fisión y fusión de un núcleo atómico. Es la energía que contiene el núcleo de un átomo.	Se obtiene de la radiación electromagnética proveniente del Sol. Se aprovecha por los paneles solares.
Tipo	Renovable.	No renovable.	Renovable.
Fuente	El viento.	El átomo.	El Sol.
Mayor productor (2019)	China.	Estados Unidos.	China.
Ventajas	Fuente de energía limpia con bajo impacto ambiental. Fuente válida de energía renovable. Los costos y el mantenimiento de turbinas eólicas son bajos.	Las centrales nucleares emiten sólo agua caliente. Con la energía nuclear muchos países pueden alcanzar la independencia energética. Puede mantenerse la producción por muchos años.	El Sol ofrece una fuente ilimitada de energía. Es un recurso limpio que no causa graves daños en el medio ambiente. Puede proporcionar electricidad a comunidades aisladas.
Desventajas	Afecta a la avifauna local. Debido a las condiciones climáticas, el viento no está garantizado. La construcción de una planta eólica modifica el paisaje.	Las partículas sobrantes de la separación de los átomos pueden causar daños biológicos. Pueden producir accidentes graves. Las plantas nucleares son más grandes y complejas que otras plantas de energía.	Varía de acuerdo a las estaciones. Se necesita una gran inversión inicial. Sus costos asociados son más altos comparados con otras tecnologías.
Aplicaciones	Principalmente para producir energía eléctrica.	Principalmente para producir energía eléctrica.	Principalmente para producir energía eléctrica, también para cocinar y como sistema de calefacción.
Ejemplos	Aerogeneradores, molinos de viento, molinos de bombeo y veleros. Molino de viento en Güeldres, Países Bajos	Centrales nucleares, colisionador de hadrones, pila atómica y automóviles nucleares. Central nuclear de Tihange, Bélgica.	Proyecto solar, energía solar térmica, energía fotovoltaica e invernaderos. Plantas de energía solar en Texas, Estados Unidos

Fotosíntesis y respiración celular

Existe una estrecha relación entre la fotosíntesis y la respiración celular ya que, los productos de un sistema son los reactivos del otro. Ambos consumen y crean las mismas sustancias como agua, glucosa, oxígeno y dióxido de carbono, pero de diferentes maneras. Juntos, permiten que la vida en la Tierra reúna energía para su uso en otras reacciones.

	Fotosíntesis	Respiración celular
Utiliza	Luz solar, agua y dióxido de carbono.	Glucosa y oxígeno.
Producto	Glucosa y oxígeno.	Dióxido de carbono y agua.
Ocurre en:	Plantas y otros organismos fotosintéticos.	Todos los seres vivos.
Propósito	Capturar, convertir y almacenar la energía.	Liberar energía.
Función en común	Sintetizar y usar ATP	Sintetizar y usar ATP
Proceso metabólico	Anabólico	Catabólico
Ubicación	Cloroplasto	Citoplasma y mitocondrias
Fuente de energía	Luz solar	Glucosa
Portadores de electrones	NADPH	NADH y FADH₂
Etapas	Reacciones de luz y ciclo de Calvin.	Glucólisis, oxidación del piruvato, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones.