Educación secundaria

Dirección Xeral de Educación, Formación

para personas adultas

Profesional e Innovación Educativa

Ámbito científico tecnológico Educación la distancia semipresencial

Módulo 4 Unidad didáctica 5

Uso y transformación de la energía

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Índice 1.

Introducción...............................................................................................................3 1.1 1.2 1.3

2.

Descripción de la unidad didáctica................................................................................ 3 Conocimientos previos.................................................................................................. 3 Objetivos....................................................................................................................... 3

Secuencia de contenidos y actividades ..................................................................5 2.1

Energía......................................................................................................................... 5 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4

2.2

Energía mecánica....................................................................................................... 12 2.2.1 2.2.2 2.2.3

2.3

Energía cinética................................................................................................................................................12 Energía potencial gravitacional ........................................................................................................................13 Energía mecánica ............................................................................................................................................14

Trabajo ....................................................................................................................... 15 2.3.1

2.4 2.5 2.6

Formas de la energía .........................................................................................................................................5 Fuentes de energía ............................................................................................................................................6 Unidades de energía ........................................................................................................................................11 Conservación de la energía .............................................................................................................................11

Conservación de la energía mecánica .............................................................................................................19

Potencia ..................................................................................................................... 23 Función de proporcionalidad inversa .......................................................................... 26 Lectura ....................................................................................................................... 28

3.

Resumen de contenidos .........................................................................................30

4.

Actividades complementarias................................................................................32

5.

Ejercicios de autoevaluación .................................................................................34

6.

Solucionarios...........................................................................................................36 6.1 6.2 6.3

Soluciones de las actividades propuestas................................................................... 36 Solución la las actividades complementarias .............................................................. 44 Soluciones de los ejercicios de autoevaluación .......................................................... 48

7.

Glosario....................................................................................................................50

8.

Bibliografía y recursos............................................................................................52

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1.

Introducción

1.1

Descripción de la unidad didáctica En la unidad 3 de este mismo módulo estudiamos los cambios en el relieve terrestre, la tectónica de placas y el ciclo de las rocas. Todos esos cambios precisan la utilización de cantidades enormes de energía, procedentes del viento, de las aguas, del Sol y del interior de la Tierra. También en nuestra vida cotidiana utilizamos a diario la energía: en el funcionamiento de los motores, cuando encendemos una lámpara, la cocina o el televisor, cuando jugamos un partido o, simplemente, cuando vivimos, ya que todos los seres vivos precisan un aporte de energía para realizar sus funciones vitales La energía es, sin duda, el concepto físico más citado en la vida ordinaria y en los medios de comunicación. El grado de desarrollo de una sociedad se puede estimar por el uso que hace de la energía. Una persona del mundo occidental utiliza cientos de veces más energía que otra de un país poco desarrollado. Aprenderemos a valorar el papel de la energía en la actualidad y a reconocer las fuentes de energía y sus limitaciones. En esta unidad estudiamos la energía en todas sus formas. Analizaremos el trabajo como un mecanismo de transferencia de energía y la potencia como la rapidez con la que se realiza un trabajo, para acabar con la aplicación del principio de conservación de la energía mecánica en situaciones sencillas y en la resolución de problemas numéricos. Tomando como punto de partida la dependencia de la potencia y el tiempo en el caso de realizar un cierto trabajo, revisaremos el concepto de magnitudes inversamente proporcionales para llegar a describir la función de proporcionalidad inversa, su gráfica y sus características generales.

1.2

Conocimientos previos Muchos de los temas tratados en esta unidad didáctica fueron, cuando menos, introducidos en otras unidades anteriores. Las citamos a continuación.
En las unidades 1, 2 y 3 del módulo 2 se trata sobre la energía, su conservación, el trabajo y el calor; en la unidad 2 de este mismo módulo se describen las magnitudes directa e inversamente proporcionales.
En el módulo 3, unidad 7, se describen los movimientos uniforme y acelerado, y sus ecuaciones.
Finalmente, en el módulo 4, en el que estamos, se tratan las fuerzas en la unidad 1, y en la unidad 2, la relación entre fuerzas y movimientos, es decir, la dinámica de Newton.

1.3

Objetivos
Diferenciar las formas en que se puede presentar la energía.
Clasificar las fuentes de energía en renovables y no renovables.
Valorar el papel de la energía en el mundo actual y la utilización de medidas de eficiencia en el consumo de energía y en el ahorro energético. Página 3 de 52


Identificar las formas de energía mecánica.
Definir la energía cinética. Utilizar la fórmula: 1 Ec = m v 2 . 2
Calcular la energía cinética en diferentes situaciones y expresarla en las unidades de medida correspondientes.
Definir la energía potencial. Utilizar la fórmula: Ep = m g h .
Calcular la energía potencial en diferentes situaciones y expresarla en las unidades de medida correspondientes.
Aplicar as situaciones concretas el principio de la conservación de la energía mecánica.
Interpretar el trabajo como un mecanismo de transferencia de energía y expresarlo con las unidades adecuadas.
Definir la potencia y utilizar sus unidades de medida.
Utilizar la fórmula P = W/t para resolver problemas cotidianos sobre la potencia consumida por aparatos, y relacionar el tiempo y el trabajo realizado.
Representar funciones de proporcionalidad inversa.
Definir la función de proporcionalidad inversa.
Analizar las propiedades de la función de proporcionalidad inversa y aplicarlas a ejemplos de casos reales.

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2.

Secuencia de contenidos y actividades

2.1

Energía No es fácil dar con la definición clara de la energía. La idea de la energía fue estableciéndose poco a poco entre los físicos, y no siempre fue bien comprendida a lo largo del tiempo. La definición más utilizada actualmente es que la energía es la capacidad que tienen los cuerpos de experimentar cambios o de provocarlos en otros cuerpos. Puede parecer un tanto ambigua, así de entrada, pero probablemente sea la más general. Todos los cambios en los cuerpos (de posición, de velocidad, de estado de agregación, de forma, químicos, etc.) precisan la utilización de energía.

2.1.1 Formas de energía La energía se presenta alrededor de nosotros en diversas manifestaciones, que llamamos formas de la energía. Vemos unas cuantas a continuación.

Energía mecánica La que tienen los cuerpos por su velocidad o su posición


Energía cinética


Energía potencial

gravitatoria


Energía potencial

elástica

Tienen energía cinética todos los cuerpos que están en movimiento.

Es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar situados a una cierta altura sobre la superficie de la Tierra.

Los cuerpos elásticos (resortes, gomas, vigas…) tienen esta forma de energía cuando están deformados (encogidos, estirados…)

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Energía química

Es la energía que se produce en las reacciones químicas, por la ruptura y formación de enlaces entre átomos.


Energía térmica

Es la energía que se transfiere entre cuerpos por estar a diferente temperatura.


Energía eléctrica

Es la energía transportada por la corriente eléctrica, asociada al movimiento de las cargas eléctricas.


Energía nuclear

Es la energía liberada en las reacciones que ocurren en los núcleos de los átomos.


Energía radiante

Es la energía transportada por las olas electromagnéticas: luz, microondas, radiación ultravioleta, ondas de radio y TV…

2.1.2 Fuentes de energía Ya dijimos que el desarrollo de la humanidad estuvo siempre ligado al uso de la energía. El descubrimiento de nuevas fuentes de energía supuso, en general, avances en el bienestar social, y permitió nuevas técnicas de producción y trabajo más eficaces con menor esfuerzo. Las fuentes de energía son los recursos naturales que utilizamos para obtener de ellos energía utilizable. Las fuentes de energía tradicionales son las más utilizadas hasta ahora (madera en la antigüedad, carbón, petróleo, gas natural, hidráulica y nuclear); las fuentes de energía alternativas (eólica, solar, marina…) están poco utilizadas o desarrolladas aún, pero su uso va aumentando año tras año. Otro modo de clasificar las fuentes de energía es dividirlas en renovables y no renovables., como vemos en los cuadros de la página siguiente.

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Fuentes de energía no renovables

Son las que más estamos utilizando en el momento actual, y son las que se consumen a un ritmo mucho mayor que el que emplea la naturaleza en producirlas, así que se agotarán inevitablemente: carbón, petróleo, gas natural, nuclear de fisión.


Ventajas – Son relativamente baratas, a pesar de los continuos incrementos que está sufriendo el precio del petróleo. – Son de fácil extracción, debido a que las tecnologías para eso están muy desarrolladas actualmente. – Permiten obtener energía sin interrupciones, sin estar prácticamente condicionadas por las condiciones ambientales o meteorológicas. – Tienen un rendimiento elevado.


Inconvenientes – Las reservas naturales de combustibles son limitadas y en algún momento llegarán a acabarse. – La combustión del carbón y del petróleo produce emisiones de dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre, que provocan lluvia ácida y calentamiento de la atmosfera (cambio climático y efecto invernadero). – El transporte de los hidrocarburos puede provocar mareas negras, como la que ocasionó el Prestige en Galicia. – La fisión nuclear produce residuos radiactivos que tardan millones de años en perder la radiactividad, lo que complica mucho su almacenaje. – Las reservas de petróleo y gas natural están concentradas en unos cuantos países, por lo que su suministro y su precio pueden estar condicionados por factores económicos, sociales y políticos. También ocurre algo semejante con el suministro de uranio.

Carbón

Es una roca sedimentaria producida por la descomposición de vegetales sepultados hace millones de años. En el siglo XIX fue sustituyendo a la madera por su mayor poder calorífico (30 000 kJ cada kilogramo frente a 14 000 kJ/kg de la madera). Hay varios tipos, dependiendo de su riqueza en carbono: antracita (>90%), hulla (75-90%), lignito (60-75%) y turba (