Conducción, convección y radiación

El calor es un tipo de energía que se transmite desde los cuerpos que se hallan a mayor temperatura a los que se encuentran a menor temperatura. Son 3 los mecanismos por los que el calor es transferido, estos son: la conducción, la convección y la radiación.

	Conducción	Convección	Radiación
Definición	Consiste en la transmisión de calor entre dos materiales a través del contacto directo entre ellos. La transferencia ocurre desde el material más caliente hacia el más frío.	Consiste en la transferencia de calor a través de las partículas de los fluidos. La transferencia ocurre desde el fluido más caliente hasta el más frío.	Es el calor emitido por un cuerpo. Para que ocurra la transferencia no es necesario el contacto, basta que un objeto esté mas caliente que otro y transfiera el calor a través de ondas.
Función principal	Transmisión de calor.	Transmisión de calor.	Transmisión de calor.
¿Ocurre transferencia de energía?	Sí.	Sí.	Sí.
Ocurre a través de…	Sólidos.	Líquidos o gases.	Ondas electromagnéticas o fotones.
¿Es necesario el contacto entre los materiales?	Sí.	Sí.	No.
Ejemplo

CAPÍTULO 2 / EJERCICIOS

Materia y energía: calor | ejercicios

Flujos de energía: conducción, convección y radiación

1. Indica verdadero o falso.

El calor es la energía que se expresa por la vibración de las moléculas.	V	F
Calor y temperatura son conceptos idénticos.	V	F
El frío no existe, es la ausencia del calor.	V	F
Los tipos de energía son la térmica, cinética, radiante, ética, química y espiritual.	V	F
El equilibrio térmico se alcanza cuando se encienden dos fuentes de energía al mismo tiempo.	V	F

2. Explica brevemente en qué consisten los tres mecanismos de transferencia de calor.

______________________________________________________________________________________________________

3. Indica a través de cuál mecanismo se conduce el calor en el caso de cada una de las imágenes que se muestran y por qué.

______________________________________________________________________________________________________

Medición de la temperatura

1. Selecciona la opción correcta.

La temperatura es:

La cantidad de tempera que puede usarse en un dibujo.
La medida de la energía térmica de los cuerpos.
La energía que se expresa por la vibración de las moléculas.

Para medir la temperatura se utiliza un instrumento llamado:

Barómetro.
Termómetro.
Termociclador

La escala Celsius asigna al punto de fusión del agua el valor de:

0 °C
100 °C
-100 °C

La escala Fahrenheit se divide en:

100 partes iguales.
180 partes iguales.
373 partes iguales.

En la escala Kelvin no se encuentran representados:

Los valores primos.
Los valores impares.
Los valores negativos.

2. Menciona cuáles son las partes que conforman un termómetro común.

______________________________________________________________________________________________________

3. Describe brevemente los diferentes tipos de termómetro que existen.

______________________________________________________________________________________________________

Los materiales y el calor

1. Indica cuál de los siguientes objetos son capaces de conducir o aislar el calor y por qué.

Una olla de aluminio

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Una copa de bronce

______________________________________________________________________________________________________

El corcho de una botella de vino

______________________________________________________________________________________________________

Una botella de agua mineral de plástico

______________________________________________________________________________________________________

Una botella de agua mineral de vidrio

______________________________________________________________________________________________________

2. Explica brevemente cuáles son los tres tipos de dilatación que puede presentar un material y menciona un ejemplo para cada caso.

______________________________________________________________________________________________________

Equilibrio térmico

1. Indica en cada uno de los siguientes casos quién cede calor y quien absorbe calor para poder alcanzar el equilibrio térmico.

Un vaso de agua con hielo

______________________________________________________________________________________________________

Un iceberg que flota en el océano

______________________________________________________________________________________________________

Una taza de café caliente

______________________________________________________________________________________________________

Un cono de helado

______________________________________________________________________________________________________

Una persona en el polo norte

______________________________________________________________________________________________________

2. Explica brevemente cuáles son los factores que interfieren en la cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo.

______________________________________________________________________________________________________

Calor y estados de agregación

1. Señala en los espacios en blanco el nombre del proceso que se llevó a cabo para lograr el cambio de estado en cada caso, y si el proceso es endotérmico o exotérmico.

Agua	→	→	Hielo
Hielo	→	→	Gas
Agua	→	→	Gas
Gas	→	→	Agua
Hielo	→	→	Agua
Gas	→	→	Hielo

2. Explica brevemente qué cambios de dimensión sufre un cuerpo tanto al perder como liberar calor, y menciona cuáles son los factores que dependen de ellos.

______________________________________________________________________________________________________

CAPÍTULO 3 / EJERCICIOS

FUERZAS Y ENERGÍAS

Fuentes y CLASES DE ENERGÍA

1. Define los siguientes tipos de energía:

Energía térmica:

______________________________________________________________________________________________________

Energía química:

______________________________________________________________________________________________________

Energía radiante:

______________________________________________________________________________________________________

Energía nuclear:

______________________________________________________________________________________________________

Energía eléctrica:

______________________________________________________________________________________________________

2. Menciona cuatro ejemplos donde estén presentes la energía potencial y la energía cinética:

Energía potencial	Energía cinética

Fuerza en máquinas simples

1. Identifica en las siguientes imágenes el tipo de palanca, dependiendo de la carga y el esfuerzo empleado:

	________________________________
	________________________________
	________________________________

2. Identifica cuáles de los siguientes enunciados son verdaderos (V) y cuáles son falsos (F). Justifica todas las respuestas.

Una fuerza se define como la acción de un cuerpo en otro cuerpo. Se aplica a través de un contacto directo o mediante una acción remota. ( )

______________________________________________________________________________________________________

Un plano inclinado es una superficie plana sin elevaciones. Se necesita mayor fuerza para mover un objeto hacia arriba a lo largo de un plano inclinado que para levantarlo en línea recta. ( )

______________________________________________________________________________________________________

El momento es la tendencia de una fuerza a mover un cuerpo hacia arriba sin necesidad de apoyo. Para que se desarrolle un momento, la fuerza debe actuar lejos del cuerpo de tal manera que éste no se mueva. Esto ocurre cada vez que se aplica una fuerza en uno de los extremos del cuerpo.( )

______________________________________________________________________________________________________

Las palancas cotidianas impiden realizar tareas que serían demasiado pesadas o engorrosas.( )

______________________________________________________________________________________________________

Un sistema de fuerzas consiste en aplicar una única fuerza sobre un cuerpo de tal manera que éste experimente un movimiento.( )

______________________________________________________________________________________________________

Corriente eléctrica y circuitos simples

1. Menciona cuatro ejemplos de materiales conductores y materiales aislantes:

Materiales conductores	Materiales aislantes

2. A continuación se presentan diferentes definiciones referentes a la corriente eléctrica y los circuitos simples. Escribe el nombre que corresponde a cada una.

_____________________: es la fuente de alimentación o de poder dentro de un circuito simple.
_____________________: es una parte básica de la naturaleza y una de las formas de energía más utilizadas por el ser humano.
_____________________: son extremadamente pequeños, su masa es casi 1000 veces más pequeña que la de un protón.
_____________________: son materiales que impiden el libre flujo de electrones de átomo a átomo y de molécula a molécula.
_____________________: ocurre simultáneamente con el trueno.
_____________________: se produce porque el aire dentro de la iluminación del rayo se calienta tanto que se transforma en plasma durante un corto período de tiempo.
_____________________: son materiales que permiten que los electrones fluyan libremente de una partícula a otra.

Calor y transferencia de energía

1. Completa las siguientes oraciones:

La conducción ocurre cuando dos objetos a ______________ temperaturas entran en contacto. El calor fluye desde el calentador al objeto más frío hasta que ambos se encuentren a la misma __________________.
La ley de la conservación de la _____________ es una ley física que establece que la _______________ no puede ser _________ o destruida, sino que puede ____________ de una forma a otra. Otra manera de establecer esta ley es decir que la energía total de un sistema aislado permanece _______________ o se conserva dentro de un marco de referencia dado.
La ___________________ es el estudio de la transferencia de calor y los cambios que resultan de ella.
El ___________ es energía transferida entre sustancias o sistemas debido a una _________ de temperatura entre ellos.
La ______________ es una medida objetiva de qué tan caliente o frío es un objeto; es un medio de determinar la energía ____________ contenida dentro del sistema. Se puede medir con un __________ o un calorímetro.

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

Es la escala más común para medir la temperatura.

Faradios. ( )
Newton. ( )
Celsius. ( )

Son muy buenos conductores de calor.

Los materiales plásticos. ( )
Los materiales cerámicos. ( )
Los metales. ( )

Es un método de transferencia de calor que no depende de ningún contacto entre la fuente de calor y el objeto calentado.

Convección.
Radiación.
Conducción.

Es la denominación de la cantidad de calor requerida para aumentar la temperatura de una sustancia en una cantidad determinada.

Caloría.
Temperatura.
Calor específico.

Las pilas

1. Describe brevemente cuáles son las partes de una pila y cómo funcionan.

______________________________________________________________________________________________________

2. Describe tres métodos empleados para el tratamiento y manejo de pilas usadas:

______________________________________________________________________________________________________

Energía en la naturaleza

Observa, completa y explica el siguiente diagrama de la energía.

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2. Explica con tus propias palabras cuáles son los problemas más comunes de los ecosistemas agrícolas.

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CAPÍTULO 9 / EJERCICIOS

Impacto ambiental y catástrofes naturales

Impacto sobre la biÓsfera

1. Visualiza cada una de las imágenes y describe el impacto que trae a la biósfera.

2. Describe cómo se genera la lluvia ácida y cómo afecta la biósfera.

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Impactos en la trama trófica

1. Investiga y define cada uno de los siguientes términos.

a) Erosión:

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b) Acidificación:

______________________________________________________________________________________________________

c) Deforestación:

______________________________________________________________________________________________________

d) Red trófica:

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2. ¿Qué ocurre cuando desparece un eslabón de la cadena trófica? Describe a través de un ejemplo.

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DesastreS naturales e inducidos

1. ¿Cuál es la diferencia entre un desastre natural y un fenómeno natural.

Desastre natural

Fenómeno natural

2. Verdadero y falso. Marca con una V las oraciones que sean verdaderas y con una F las falsas. Justifica las falsas.

a) El suelo de la Tierra está conformado por varias extensiones de terreno denominadas placas marinas. ( )

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b) Cuando ocurre un terremoto es liberada energía acumulada en las placas tectónicas. ( )

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c) Los huracanes, los tusnamis, los ciclones y los terremotos hacen referencia al mismo tipo de fenómeno meteorológico, en el que una gran tormenta gira en círculos y supera los 118 km/h. ( )

______________________________________________________________________________________________________

e) Los tsunamis también son conocidos como mangas de agua. ( )

______________________________________________________________________________________________________

f) Las sequías son fenómenos meteorológicos caracterizados por la escasez o la ausencia de lluvias.( )

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3. Indica 5 consecuencias de los desastres naturales

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Movimiento de las masas terrestres

1.- ¿Cuál es la diferencia entre los bordes convergentes, divergentes y transformantes?

Bordes convergentes

Bordes divergentes

Bordes transformantes

2. ¿Cuáles han sido los terremotos más devastadores? Indica 3 ejemplos.

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3. ¿Qué medidas de seguridad se deben tomar en caso de un terremoto?

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4. Marca con una cruz las opciones correctas.

Para que se produzca un tsunami:

( ) El epicentro del sismo o gran parte del área de ruptura se debe encontrar sumergida y a una profundidad menor a los 60 km.

( ) El epicentro del sismo o gran parte del área de ruptura se debe encontrar sumergida y a una profundidad cercana a los 1.000 km

( ) Debe ocurrir en una zona de hundimiento de borde de placas tectónicas.

( ) Deben ocurrir sismos sucesivos.

( ) El sismo debe liberar una cantidad de energía enorme en cierto rango de tiempo.

TEMPERATURA AMBIENTAL

1. Marca con una cruz los gases que contribuyen con el efecto invernadero.

( ) Vapor de agua

( ) Helio

( ) Argón

( ) Neón

( ) Ozono

( ) Metano

( ) Oxígeno

( ) Óxidos de nitrógeno

( ) Clorofluorocarbonos

2. Describe el proceso a través del cual ocurre el efecto invernadero.

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3. Investiga 5 acciones con las que puedes contribuir para frenar el calentamiento global.

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Evidencias de la degradación de la capa de ozono

1. Verdadero y falso. Marca con una V las oraciones que sean verdaderas y con una F las falsas. Justifica las falsas.

a) El ozono es un gas de color azul conformado por tres átomos de hidrógeno. ( )

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b) La capa de ozono se ubica en la exósfera. ( )

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c) La capa de ozono protege todo nuestro planeta de gran parte de la radiación ultravioleta proveniente del Sol. ( )

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d) Los agujeros de la capa de ozono son zonas donde el ozono está reducida de manera anormal. ( )

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e) Los clorofluorocarbonados están compuestos por cloro, flúor y nitrógeno. ( )

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f) Los clorofluorocarbonados se prohibieron en el año 2010. ( )

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2. Indica 5 de las consecuencias de la degradación de la capa de ozono.

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CAPÍTULO 4 / TEMA 7

El calor y la temperatura

Los términos calor y temperatura son comunes en nuestro vocabulario ya que nos permiten explicar por qué percibimos lo frío de la nieve o lo caliente del agua hirviendo. Estos conceptos pueden diferenciarse y existen escalas para medirlos.

CALOR Y TEMPERATURA, ¿SON LO MISMO?

VER INFOGRAFÍA

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, es decir, es una energía de tránsito. La temperatura, en cambio, es la medida de la cantidad de movimiento de las moléculas de un sistema; es decir, es una medida de la energía térmica. Es sólo una magnitud que miden los termómetros.

¿Qué es la energía térmica?

La energía térmica es la manifestación de la energía en forma de calor, se produce como consecuencia del movimiento de las partículas que conforman un cuerpo. Entonces, a mayor movimiento de partículas más energía térmica contiene el cuerpo.

¿Sabías qué?

El frío no existe. Realmente un cuerpo se siente frío cuando sus partículas tienen baja energía térmica.

EQUILIBRIO TÉRMICO

Al colocar dos cuerpos con diferentes temperaturas dentro de un sistema aislado, el que tiene mayor temperatura cede calor al cuerpo con menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico, es decir, hasta que se igualan las temperaturas.

El equilibrio térmico ocurre debido al intercambio de energía térmica de dos cuerpos que se encuentran a diferente temperatura. El cuerpo que tiene mayor energía térmica, es decir una temperatura más alta, transfiere calor al cuerpo con menor energía térmica hasta que ambos llegan a la misma temperatura. En ese momento es alcanzado el equilibrio en el sistema.

¿Sabías qué?

El calentamiento global es un alarmante caso de equilibrio térmico con el agua del planeta, ya que ha provocado que los glaciares empiecen a derretirse.

Ejemplos de equilibrio térmico

Cuando un producto se saca de la heladera, al pasar cierto tiempo alcanzará el equilibrio con la temperatura del medio natural.

Al salir de una ducha caliente puede sentirse una sensación de frío porque el cuerpo estaba en equilibrio con la temperatura del agua, y luego entra en equilibrio con la temperatura ambiental.

Al agregar leche fría a una taza de café caliente, el equilibrio térmico se alcanza rápido y el café tendrá una temperatura más baja que al principio.

Para alcanzar el equilibrio térmico, el calor puede ser transferido de un cuerpo a otro de tres maneras distintas:

Conducción

La energía térmica es transferida de un material preferentemente sólido a otro sin transporte de materia. Por ejemplo, podemos calentar un extremo de una barra de metal con fuego y luego de un tiempo veremos que el otro extremo también elevó su temperatura porque el calor es conducido a través de las moléculas que la componen.

Convección

Se transfiere la energía y la materia por una masa fluida. Se produce en materiales que poseen moléculas que se mueven libremente, como el aire o el agua. Por ejemplo, cuando calentamos agua se producen corrientes de convección, es decir, el agua caliente sube y el agua fría baja, lo que genera una corriente.

Radiación

Se transfiere la energía térmica a través de ondas. Es totalmente independiente de la materia y la transferencia puede ocurrir en el vacío. Por ejemplo, cuando colocamos la mano sobre el fuego vamos a sentir el calor porque se transmite por radiación, es decir, a través de las ondas.

¿EL CALOR SE ABSORBE O SE CEDE?

Cuando refrescamos nuestro cuerpo con botellas de agua fría lo que sucede es que el calor corporal es cedido al de la botella que tiene una temperatura más baja.

El calor fluye desde el cuerpo con mayor temperatura al que tiene menor temperatura, de manera que el primero cede calor, en tanto el segundo absorbe el calor. Por ejemplo, cuando una persona se sumerge en el mar le está cediendo calor al mismo, ya que la temperatura corporal de la persona (37 °C) es mayor que la temperatura del mar (< 30 °C).

¿QUÉ ES LA TERMODINÁMICA?

Es el estudio de la transferencia de calor y los cambios que resultan de ella. La comprensión de la transferencia de calor es crucial para analizar un proceso termodinámico, como los que tienen lugar en los motores térmicos y las bombas de calor.

Existen tres factores que influyen en la manera que un cuerpo cede o absorbe el calor:

La variación de la temperatura. Un cuerpo necesita absorber más calor para aumentar su temperatura en 50 °C que para un incremento de sólo 5 °C.
La masa del cuerpo. Se necesita más calor para hervir 1 kg de agua que para hervir 200 g de agua.
La naturaleza del cuerpo. Al calentar dos cuerpos de igual masa, pero de diferente material, se necesitan cantidades diferentes de calor para elevar su temperatura en igual proporción.

ESCALAS DE TEMPERATURA Y EQUIVALENCIAS

La temperatura es una medida de la energía térmica. Esta magnitud se mide con un termómetro y existen varias unidades de medida para hacerlo:

Grado centígrado o Celsius (°C)

La escala fue propuesta por el físico Anders Celsius en el siglo XVIII. Tomó también el nombre de “centígrados” debido a que la escala es dividida en 100 partes iguales al tomar como referencia los puntos de fusión y ebullición del agua (temperatura a la cual se funde y se hierve).

Grado Fahrenheit (°F)

La escala fue creada por el físico Gabriel Daniel Fahrenheit en el año 1724. Es más utilizada en los países anglosajones y divide en 180 partes iguales a la temperatura entre la cual se funde y se hierve el agua.

Kelvin (K)

La escala fue propuesta por el físico y matemático William Thomson Kelvin en 1848. Es empleada para estudios de termodinámica. El cero se define como el cero absoluto de temperatura, es decir, a -273,15 °C. La magnitud de su unidad, se define como igual a un grado Celsius, es decir, un Kelvin es equivalente a esa temperatura en escala Celsius, la más conocida.

Las equivalencias entre estas escalas son las siguientes:

Fahrenheit a Celsius	Celsius a Kelvin	Celsius a Fahrenheit

Kelvin a Celsius	Fahrenheit a Kelvin	Kelvin a Fahrenheit

CONDUCTORES Y AISLANTES TÉRMICOS

Termos

También llamados frascos de vacío o botella de Dewar, son contenedores aislantes creados de tal manera que pueden reducir la transferencia por conducción o convección. De este modo, su contenido mantiene por más tiempo su temperatura en su interior.

Materiales conductores

Son aquellos que permiten la transmisión de calor y se utilizan en la fabricación de hornos y utensilios de cocina, como ollas y sartenes. También se usan en la manufactura de radiadores.

En general, los metales son excelentes conductores de calor, en especial el aluminio, el cobre, el hierro y el oro.

¿Sabías qué?

El sodio, magnesio, potasio y el calcio son metales que se encuentran en la naturaleza y presentan una baja conductividad.

El diamante es el mejor conductor térmico.

Materiales aislantes

Son aquellos que no permiten la fácil transmisión de calor. Son utilizados en la fabricación de los trajes ignífugos que usan los bomberos. Asimismo, se emplean en el recubrimiento de diferentes tipos de construcciones y en la elaboración de termos.

La conductividad térmica es la cualidad que tienen ciertos materiales de traspasar calor a través de ellos. La cantidad de calor necesario por m² está determinado por el coeficiente de conductividad térmica (λ).

A continuación se muestra una tabla referida a la capacidad de algunos materiales para transmitir el calor.

Material	λ
Acero	47-58
Agua	0,58
Aire	0,02
Alcohol	0,16
Alpaca	29,1
Aluminio	237
Bronce	116-186
Corcho	0,03-0,04

Material	λ
Diamante	2.300
Glicerina	0,29
Hierro	80,2
Ladrillo	0,80
Madera	0,13
Oro	308,2
Tierra húmeda	0,8
Zinc	106-140

RECURSOS PARA DOCENTES

Video “Intercambio de calor”

En este video se explica mediante problemas cómo se intercambia el calor en los cuerpos.

VER

Video “Calorimetría: Cambios de estado”

Este recurso audiovisual detalla cómo un cuerpo cambia de estado físico gracias al aporte de energía calorífica.

VER

Artículo destacado “Capacidad calorífica”

En este artículo se describe con ejemplos la capacidad calorífica como la propiedad de todo cuerpo de absorber, retener y liberar calor.

VER

CAPÍTULO 9 / TEMA 6

EVIDENCIAS DE DEGRADACIÓN DE LA CAPA DE OZONO

El ozono es un gas de color azul conformado por tres átomos de oxígeno. Puede hallarse en dos zonas de la atmósfera de forma natural: en la tropósfera y en la estratósfera. En la tropósfera, se encuentra aproximadamente el 10 % de la masa total de ozono, mientras que el 90 % restante se localiza en la estratósfera. Esta región es conocida como la capa de ozono.

La capa de ozono se localiza entre los 15 y 30 kilómetros de altura.

Importancia de la capa de ozono

La capa de ozono u ozonósfera es una capa profunda de la estratósfera que rodea la Tierra. Su característica principal es que tiene grandes cantidades de ozono. Esta capa protege nuestro planeta de gran parte de la radiación ultravioleta proveniente del Sol, a pesar de que es la radiación ultravioleta en sí la que forma el ozono en primer lugar.

¿Quiénes descubrieron la capa de ozono?

Sus descubridores fueron Charles Fabry y Henri Buisson, dos físicos franceses, hacia 1913. Más tarde, el meteorólogo británico G.M.B. Dobson analizó sus propiedades y creó un espectrofotómetro para medir el ozono.

Charles Fabry, uno de los científicos que halló la capa de ozono.

¿CÓMO ACTÚA LA CAPA DE OZONO?

El ozono actúa como una especie de escudo protector que filtra las radiaciones, evita el paso de aquellas nocivas y de alta energía, y permite el paso de las radiaciones ultravioletas de onda larga. Esta es una energía de vital importancia porque le brinda calor a la superficie terrestre, interviene en el clima y permite a las plantas realizar la fotosíntesis.

¿Sabías qué?

La unidad de medida del ozono es el Dobson, en honor al meteorólogo británico que estudió sus propiedades, y además creó estaciones de monitoreo de ozono.

Aunque este gas es venenoso, incluso letal si se respira, es necesario para la vida. Algunos tipos de cáncer de piel y enfermedades visuales han sido relacionados con la exposición a la radiación ultravioleta. Algunas especies, como los corales, se han visto afectadas por este tipo de radiación.

AGUJERO EN LA CAPA DE OZONO

El agujero de la capa de ozono es una zona en donde la cantidad de ozono está reducida de manera anormal. La disminución ocurre principalmente en la Antártida durante la primavera.

Estas disminuciones se comenzaron a notar desde finales de la década 1970, durante las mediciones de ozono. Esto se atribuyó a la actividad del hombre y al uso de productos refrigerantes a base de cloro o clorofluorocarbonados (CFC).

¿Qué son los clorofluorocarbonados?

Son una serie de compuestos químicos formados en su mayoría por átomos de flúor, carbono y cloro. Se caracterizan por tener muy baja toxicidad, no ser inflamables y servir como refrigerantes. Sin embargo, a pesar de sus usos, provocan la disminución del ozono de la siguiente manera:

Los compuestos CFC llegan hasta la estratósfera sin desnaturalizarse. Allí la radiación UV los descompone y se libera un átomo de cloro que reacciona con el ozono, lo que produce la liberación de oxígeno y óxido de cloro.
El óxido de cloro reacciona nuevamente con los átomos de oxígeno y deja como resultado un cloro libre.
El cloro libre se unirá nuevamente con otra molécula de ozono. De esta manera, se repite el ciclo y el porcentaje de ozono en la estratósfera disminuye.

Agujero de la capa de ozono en la actualidad

Gracias al Convenio de Viena (1985), el Protocolo de Montreal (1987) y a la prohibición del uso de los CFC (1989), el agujero de la capa de ozono ha disminuido. Las mediciones realizadas en el 2018 muestran que la capa de ozono se ha recuperado cerca de un 1-3 % por década desde el 2000. De seguir así, los científicos esperan que el ozono del hemisferio norte y latitudes medias se recupere cerca del año 2030; el hemisferio sur en el 2050, y en las regiones polares en el 2060.

CONSECUENCIAS DE LA DEGRADACIÓN DE LA CAPA DE OZONO

El descubrimiento de que la capa de ozono se encontraba en disminución alarmó tanto a científicos como a la sociedad, ya que los efectos podrían ser devastadores para el ambiente y la salud. Entre las consecuencias están:

Aumento de la temperatura del planeta, lo que a la larga puede provocar derretimiento de los polos y aumento del nivel del mar.
Tormentas tropicales más frecuentes o más intensas.
Inundaciones considerables.
Cambios en zonas agrícolas y en niveles de producción.
Cambios en ecosistemas naturales.
Escasez de agua potable.
Contaminación y lluvia ácida.
Amenaza a la vida silvestre.
Mayores tasas de cáncer de piel.
Daños al sistema inmunológico.
Daños a los ojos.
Posibles quemaduras severas.
Aumento del riesgo de dermatitis alérgica y tóxica.
Alteración del ADN.
Desplazamiento de vectores de enfermedades tropicales.

El aumento de las tormentas tropicales es una consecuencia de la degradación de la capa de ozono.

¿CÓMO PROTEGER LA CAPA DE OZONO?

Corroborar que los productos que se compran especifiquen que están libres de compuestos que dañen la capa de ozono.
No utilizar productos que contengan sustancias que alteren la capa de ozono, como los que contienen cloro y bromo.
Sustituir los extintores que usen gases halones por aquellos elaborados a base de agua, gas carbónico, nitrógeno o argón.

MATERIAL PARA EL DOCENTE

Infografía “Capa de ozono”

En esta infografía encontrará información didáctica sobre las características de la capa de ozono, su funcionamiento y las consecuencias de su pérdida.

VER

Artículo “Capa de Ozono”

Este artículo contiene mayor información sobre la capa de ozono y los clorofluorocarbonos.

VER

CAPÍTULO 9 / REVISIÓN

Impacto ambiental y catástrofes naturales | ¿qué aprendimos?

IMPACTO SOBRE LA BIÓSFERA

La biósfera es el subsistema que sustenta la vida de la superficie de la Tierra, se extiende desde la atmósfera hasta las zonas más profundas del océano. La biósfera es un ecosistema global compuesto por organismos vivos (biota) y factores abióticos (no vivos). De todos los seres vivos que habitan en el planeta, el hombre, con su modo de vida, provoca que su impacto en la Tierra sea mayor que el causado por cualquier otra especie. Dentro de las actividades humanas que afectan la biósfera se encuentran: el uso de energías a base de carbón, las cuales aumentan los gases de efecto invernadero; la deforestación, la cual contribuye con eliminar a los pulmones naturales del planeta; y la quema de basura, que genera gases tóxicos para el ambiente.

El término “biósfera” fue utilizado por primera vez en 1875 por Eduard Suess.

IMPACTOS EN LA TRAMA TRÓFICA

Se conoce como red trófica a la interconexión natural entre las cadenas tróficas de un ecosistema determinado. Cada uno de los compartimentos por los que fluye la energía recibe el nombre de nivel trófico, y a su vez están conformados por las especies o los eslabones. Para que las relaciones entre los organismos que conforman cada una de las redes funcionen de manera adecuada debe existir un equilibrio. Entre las actividades que dañan las redes tróficas se encuentran: la deforestación, los incendios provocados, la minería, los vertidos industriales y la pesca indiscriminada. A largo plazo, todas ellas provocan la desaparición o disminución de varios eslabones, lo cual a su vez trae como consecuencia la desaparición de otras especies y por lo tanto un desequilibrio en los ecosistemas.

El concepto de red alimenticia tiene su origen en los escritos de Charles Darwin.

DESASTRES NATURALES E INDUCIDOS

Se define como desastre natural a la pérdida de vidas humanas o bienes materiales a causa de fenómenos naturales. En esta categoría se incluyen los terremotos, los cuales ocurren cuando la tierra libera energía acumulada y hace que el suelo tiemble, los huracanes, los tifones y los ciclones, mismo tipo de fenómeno meteorológico en el que una gran tormenta gira en círculos y supera los 118 km/h, los tsunamis, que se producen a causa de una erupción o un deslizamiento, las mangas de agua, fenómeno natural que ocurre en aguas tropicales, y las sequías e inundaciones. Por otro lado, los desastres inducidos son aquellos provocados por la acción del ser humano, como los incendios, la deforestación y la contaminación.

Los desastres naturales pueden causar serios daños, entre ellos, pérdidas de vidas.

MOVIMIENTOS DE MASAS TERRESTRES

Las placas tectónicas se encuentran en constante movimiento. Sus bordes son activos, por lo que es frecuente que se produzcan fenómenos como los sismos, terremotos, tsunamis y erupciones volcánicas. Estas últimas, además de provocar la pérdida de muchas vidas humanas, tienen impactos graves en el medio ambiente, por ejemplo: la lluvia de cenizas, que modifica las características del agua, el humo, que posee gases nocivos tanto para el ser humano como para los seres vivos, y la lluvia ácida, la cual destruye la capa vegetal. Ante estas catástrofes existen medidas que suponen una prevención y garantizaran la posibilidad de sobrevivir, entre ellas se encuentran: identificar lugares seguros dentro o fuera del hogar, utilizar ropa que proteja la piel, alejarse de postes o cualquier objeto que tenga electricidad y, la más importante de todas, mantener la calma.

Las consecuencias de los desastres naturales generalmente son catastróficas, pero en los países subdesarrollados recuperarse económicamente es más difícil que en los desarrollados.

TEMPERATURA AMBIENTAL

El efecto invernadero es un proceso natural que calienta la superficie de la Tierra gracias a la presencia de ciertos gases que se encuentran en la atmósfera, como el dióxido de carbono, el vapor de agua, el metano, el ozono y los clorofluorocarbonos. Sin embargo, la actividad humana ha intensificado este fenómeno y algunas de las consecuencias de ello son: aumento de la radiación solar, acidificación de los océanos y derretimiento de los polos. Por otro lado, el calentamiento global es el aumento de la temperatura media de la atmósfera terrestre y del agua del mar. Algunas de las consecuencias de este fenómeno son: el deshielo de los casquetes polares, la disminución de la superficie cubierta por nieve o por hielo y la muerte de muchas especies, entre otras.

Si los gases de efecto invernadero siguen aumentando, la temperatura de la Tierra también lo hará.

EVIDENCIAS DE DEGRADACIÓN DE LA CAPA DE OZONO

La capa de ozono es una capa profunda de la estratósfera que rodea la Tierra y protege todo nuestro planeta de gran parte de la radiación ultravioleta. A lo largo de los años, la capa de ozono se ha visto afectada por las actividades humanas. El agujero de la capa de ozono es una de las consecuencias de ello, es una zona donde la cantidad de ozono está reducida de manera anormal. Para evitar la continua degradación de la capa, se recomienda corroborar que los productos que se compran estén libres de compuestos dañinos, no utilizar productos que contengan sustancias que alteren la capa de ozono, como cloro y bromo y, sustituir los extintores que usen gas halón por aquellos elaborados a base de agua, gas carbónico, nitrógeno o argón.

El ozono es un gas de color azul conformado por tres átomos de oxígeno en cada una de sus moléculas.

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.

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.

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 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.

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 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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Materia y energía: calor | ejercicios

Flujos de energía: conducción, convección y radiación

1. Indica verdadero o falso.

2. Explica brevemente en qué consisten los tres mecanismos de transferencia de calor.

3. Indica a través de cuál mecanismo se conduce el calor en el caso de cada una de las imágenes que se muestran y por qué.

Medición de la temperatura

1. Selecciona la opción correcta.

2. Menciona cuáles son las partes que conforman un termómetro común.

3. Describe brevemente los diferentes tipos de termómetro que existen.

Los materiales y el calor

1. Indica cuál de los siguientes objetos son capaces de conducir o aislar el calor y por qué.

2. Explica brevemente cuáles son los tres tipos de dilatación que puede presentar un material y menciona un ejemplo para cada caso.

Equilibrio térmico

1. Indica en cada uno de los siguientes casos quién cede calor y quien absorbe calor para poder alcanzar el equilibrio térmico.

2. Explica brevemente cuáles son los factores que interfieren en la cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo.

Calor y estados de agregación

1. Señala en los espacios en blanco el nombre del proceso que se llevó a cabo para lograr el cambio de estado en cada caso, y si el proceso es endotérmico o exotérmico.

2. Explica brevemente qué cambios de dimensión sufre un cuerpo tanto al perder como liberar calor, y menciona cuáles son los factores que dependen de ellos.

FUERZAS Y ENERGÍAS

Fuentes y CLASES DE ENERGÍA

1. Define los siguientes tipos de energía:

2. Menciona cuatro ejemplos donde estén presentes la energía potencial y la energía cinética:

Fuerza en máquinas simples

1. Identifica en las siguientes imágenes el tipo de palanca, dependiendo de la carga y el esfuerzo empleado:

2. Identifica cuáles de los siguientes enunciados son verdaderos (V) y cuáles son falsos (F). Justifica todas las respuestas.

Corriente eléctrica y circuitos simples

1. Menciona cuatro ejemplos de materiales conductores y materiales aislantes:

2. A continuación se presentan diferentes definiciones referentes a la corriente eléctrica y los circuitos simples. Escribe el nombre que corresponde a cada una.

Calor y transferencia de energía

1. Completa las siguientes oraciones:

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

Las pilas

1. Describe brevemente cuáles son las partes de una pila y cómo funcionan.

2. Describe tres métodos empleados para el tratamiento y manejo de pilas usadas:

Energía en la naturaleza

Observa, completa y explica el siguiente diagrama de la energía.

Impacto ambiental y catástrofes naturales

Impacto sobre la biÓsfera

1. Visualiza cada una de las imágenes y describe el impacto que trae a la biósfera.

2. Describe cómo se genera la lluvia ácida y cómo afecta la biósfera.

Impactos en la trama trófica

1. Investiga y define cada uno de los siguientes términos.

2. ¿Qué ocurre cuando desparece un eslabón de la cadena trófica? Describe a través de un ejemplo.

DesastreS naturales e inducidos

1. ¿Cuál es la diferencia entre un desastre natural y un fenómeno natural.

2. Verdadero y falso. Marca con una V las oraciones que sean verdaderas y con una F las falsas. Justifica las falsas.

3. Indica 5 consecuencias de los desastres naturales

Movimiento de las masas terrestres

1.- ¿Cuál es la diferencia entre los bordes convergentes, divergentes y transformantes?

2. ¿Cuáles han sido los terremotos más devastadores? Indica 3 ejemplos.

3. ¿Qué medidas de seguridad se deben tomar en caso de un terremoto?

4. Marca con una cruz las opciones correctas.

TEMPERATURA AMBIENTAL

1. Marca con una cruz los gases que contribuyen con el efecto invernadero.

2. Describe el proceso a través del cual ocurre el efecto invernadero.

3. Investiga 5 acciones con las que puedes contribuir para frenar el calentamiento global.

Evidencias de la degradación de la capa de ozono

1. Verdadero y falso. Marca con una V las oraciones que sean verdaderas y con una F las falsas. Justifica las falsas.

2. Indica 5 de las consecuencias de la degradación de la capa de ozono.

El calor y la temperatura

CALOR Y TEMPERATURA, ¿SON LO MISMO?

EQUILIBRIO TÉRMICO

Ejemplos de equilibrio térmico

¿EL CALOR SE ABSORBE O SE CEDE?

ESCALAS DE TEMPERATURA Y EQUIVALENCIAS

Grado centígrado o Celsius (°C)

Grado Fahrenheit (°F)

Kelvin (K)

CONDUCTORES Y AISLANTES TÉRMICOS

Materiales conductores

Materiales aislantes

Video “Intercambio de calor”

Video “Calorimetría: Cambios de estado”

Artículo destacado “Capacidad calorífica”

EVIDENCIAS DE DEGRADACIÓN DE LA CAPA DE OZONO

Importancia de la capa de ozono

¿CÓMO ACTÚA LA CAPA DE OZONO?

AGUJERO EN LA CAPA DE OZONO

¿Qué son los clorofluorocarbonados?

Agujero de la capa de ozono en la actualidad