Degradacion De La Energia.docx 4e2c2j

CARATULA DEGRADACION DE ENERGIA

INDICE

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RESUMEN..............................................................................................................3 INTRODUCCION.................................................................................................5 CONTENIDO DEL TEMA...................................................................................6 1.

DEFINICION DE ENERGIA........................................................................6

2.

LA DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA.....................................................9

3.

CONSERVACION VS DEGRADACION DE LA ENERGIA..................13

4.

DEGRADACION DE ENERGIA Y GENERACION DE POTENCIA

ELÉCTRICA........................................................................................................16 CONCLUSIONES................................................................................................18 REFERENCIAS BIBLIOGRICAS....................................................................20

RESUMEN

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Dentro del universo conocido, la energía se mantiene constante, sólo ocurren transformaciones entre un estado y otro. De potencial a cinético, de químico a térmico, etc. El concepto de degradación de energía está vinculado con el uso que le damos a ésta. Por ejemplo la gasolina tiene mucha energía y se degrada en la medida que la empleamos, por ejemplo al ponerla en un automovil y "quemarla" nos produce, por un lado energía mecánica (que mueve el auto) y por otro produce calor, que se puede usar en la calefacción, pero generalmente ya no tiene uso, por ello se ha degradado. En el Universo tienen lugar, continuamente, procesos en los cuales se transforman entre sí las diferentes formas de energía. En estas transformaciones se cumple siempre el principio de conservación de la energía La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Si el principio de conservación de la energía establece que esta se mantiene constante, ¿qué sentido tiene hablar de consumo de energía si los términos «conservación» y «consumo» son incompatibles entre sí?.

Pues bien, al hablar de consumo de energía no estamos indicando que esta disminuya, sino que, tras cada transformación energética, la energía transformada es cada vez menos útil para posteriores transformaciones. Es decir, que la energía se degrada: aunque cuantitativamente tenga el mismo valor antes que después de una transformación, al

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utilizarla la convertimos en otra forma de energía menos aprovechable para su utilización posterior. Es decir, la energía se conserva cuantitativamente (su valor numérico es el mismo antes y después de que haya ocurrido una transformación energética), pero no se conserva cualitativamente, es decir, se degrada (tras cada transformación que produce va perdiendo calidad para ser utilizada). La energía es la capacidad que poseen los cuerpos y sistemas para realizar un trabajo. Esta propiedad se evidencia en formas diversas que pueden transformarse e interrelacionarse. Un trabajo efectuado sobre un cuerpo o sistema de cuerpos supone un aumento de su energía. Así, el curvar un arco o someter a torsión un muelle, se almacena en ellos energía en forma elástica que se pone de manifiesto al lanzar la flecha o desenrollar el muelle. En este proceso se produce sólo cesión de energía entre los componentes del sistema, de modo que el balance global es nulo. Este fenómeno, conocido como principio de conservación de la energía no se crea ni se destruye, sufriendo únicamente transformaciones de unos estados a otros, y constituyó uno de los axiomas de la física hasta que fue superado tras la aparición de las teorías relativistas de Albert Einstein.

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INTRODUCCION

Es tal vez el fuego es la manifestación más potente de la energía. De la importancia de su aparición en la vida humana dan cuenta multitud de vestigios arqueológicos, y las antiguas leyendas narran su procedencia divina y cómo el robo de una antorcha encendida, cometida por el héroe Promoteo, proporcionó al hombre el poder de dominar la naturaleza. Cuando se piensa en grandes cantidades de energía, se recuerda la bomba de hidrógeno. Sin embargo, incluso la inmensa energía de la bomba es pequeña comparada con la energía del sol, de un huracán tropical o de las mareas. En un día, los Estados Unidos reciben tanta energía del Sol como la que darían más de un millar de bombas H. La energía de los huracanes o de las mareas implica moviento. Y, qué hay con relación a la energía del Sol? Ciertamente, no se percibe movimiento cuando los rayos solares entibian nuestra piel o iluminan el paisaje. Pero es el calor del Sol el que mueve los vientos de un huracán. Es evidente que la energía puede aparecer en más de una forma. Gran parte de la historia de la civilización puede escribirse en función del uso y dominio crecientes de la energía. En el eclipse total de sol del día 29 de mayo de 1919 unos astrónomos ingleses, en Sobral, Brasil, comprobaron que un rayo de luz que se propaga desde una estrella lejana, a la Tierra, cuando pasa cerca del Sol, se desvía hacia él por su acción gravitatoria. Esto quiere decir que la luz tiene masa y, en

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consecuencia, todas las clases de energía tienen masa.

CONTENIDO DEL TEMA 1. DEFINICION DE ENERGIA La energía es la capacidad de producir algún tipo de trabajo o poner algo en movimiento. Si bien el término puede definirse desde una variedad amplia de enfoques, lo cierto es que todos ellos guardan algún tipo de relación con la definición provista. La energía es un tópico de enorme relevancia para la actividad humana, en la medida en que permite el desarrollo de la vida en la tierra y sostiene la actividad económica.1 La fuente de energía más importante para el hombre lo constituye el sol. Así es gracias a la luz solar que los vegetales pueden, a través de células especialmente diseñadas para esa tarea, tomar energía y producir su propio alimento que deriva en la producción de oxígeno. Así vistos los hechos, los vegetales también constituyen la primera fuente de energía de la cadena alimenticia, en la medida en que sirven para nutrir a los herbívoros, y desde allí, a todo el resto de los seres vivos, incluidos los carroñeros. En efecto, la energía aportada por el sol en forma de luz (fotones o energía lumínica) es transformada por los vegetales en energía química, almacenada en los 1 Alonso, Marcelo; Edward J. Finn (1976). Física. Fondo Educativo Interamericano. ISBN 84-03-20234-2.

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nutrientes. Esta energía es a su vez liberada como energía calórica por los animales.

En muchas ocasiones de tu vida cotidiana usamos el termino energía para significar fuerza, vigor o actividad. Sin

embargo,

desde

el

punto

de

vista

científico,

el concepto de energía es distinto.2

La energía es lo que hace que todo funcione. Sin energía no podrían funcionar las máquinas, ni siquiera podrían producirse los procesos vitales. por lo que no seria posible la vida. En resumen, puede decirse que la energía es todo aquello

que

hace

posible

cualquier

actividad,

tanto física como biológica.

2 Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. John Wiley & Sons.

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No obstante, el concepto de energía no es fácil de comprender, ya que la energía solo se pone de manifiesto cuando pasa de unos cuerpos a otros. es decir, cuando se transforma. Continuamente se producen transformaciones de energía en la Naturaleza: la energía que recibimos del Sol transforma en agua la nieve de las montañas, eleva la temperatura de

los

ambientes,

hace

crecer

las plantas que alimentan a diferentes animales, etc. Es decir, muchas de estas transformaciones tienen lugar sin que intervenga el hombre.

Según lo expuesto, se puede definir la energía en los siguientes términos:

La energía es una propiedad de los cuerpos que produce transformaciones en ellos mismos o en otros cuerpos.

No es lo mismo energía que fuerza: las fuerzas se ejercen sobre los cuerpos, mientras que la energía la poseen los cuerpos, pasando de unos a otros.3

2. LA DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA 3 Alonso, Marcelo; Edward J. Finn (1976). Física. Fondo Educativo Interamericano. ISBN 84-03-20234-2.

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La experiencia demuestra que conforme la energía es utilizada para promover cambios en la materia pierde capacidad para ser empleada nuevamente. El principio de la conservación de la energía hace referencia a la cantidad, pero no a la calidad de la energía, la cual está relacionada con la posibilidad de ser utilizada. Así, una cantidad de energía concentrada en un sistema material es de mayor calidad que otra igual en magnitud, pero que se halle dispersa.

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Aun cuando la cantidad de energía se conserva en un proceso de transformación, su calidad disminuye. Todas las transformaciones

energéticas

asociadas

a

cambios

materiales acaban antes o después en energía térmica; ésta es una forma de energía muy repartida entre los distintos componentes de la materia, por lo que su grado de aprovechamiento es menor. Este proceso de pérdida progresiva de calidad se conoce como degradación de la energía y constituye otra de las características de esta magnitud o atributo que han identificado los físicos para facilitar el estudio de los sistemas materiales y de sus transformaciones.

La energía acaba transformándose en calor que se disipa al ambiente y no puede ser aprovechada

de forma útil. Por

ello, podemos agotar la energía disponible si la utilizamos 4 Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. John Wiley & Sons.

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irracionalmente

hasta convertirse en calor.

energía luminosa

calor

A través de sus transformaciones, parece que la energía del universo va perdiendo de día en día su actitud para suministrar trabajo. No todas las formas de energía son igualmente útiles. Cualquiera de ellas puede transformarse fácilmente en calor; pero éste sólo puede ser utilizado y convertido en otras formas de energía donde se disponga de una diferencia de temperatura. En cualquier transformación energética, al menos una parte de la energía inicial se disipa como calor y no puede ser convertida íntegramente en la forma que tenía dicha energía inicial. Esta energía transferida como calor es el fin último de todas las transformaciones energéticas. La experiencia demuestra que conforme la energía va siendo utilizada para promover cambios en la materia va perdiendo capacidad para ser empleada nuevamente. El principio de la conservación de la energía hace referencia a la cantidad, pero no a la calidad de la energía, la cual está

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relacionada con la posibilidad de ser utilizada. Así, una cantidad de energía concentrada en un sistema material es de mayor calidad que otra igual en magnitud, pero que se halle dispersa. Aun cuando la cantidad de energía se conserva en un proceso de transformación, su calidad disminuye. Todas las transformaciones energéticas asociadas a cambios materiales, acaban antes o después en energía térmica; ésta es una forma de energía muy repartida entre los distintos componentes de la materia, por lo que su grado de aprovechamiento es peor. Este proceso de pérdida progresiva de calidad se conoce como degradación de la energía y constituye otra de las características de esta magnitud o atributo que han identificado los físicos para facilitar el estudio de los sistemas materiales y de sus transformaciones.

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La energía se puede presentar en formas diferentes, es decir, puede estar asociada a cambios materiales de diferente naturaleza. Así, se habla de energía química (cuando la transformación afecta a la composición de las sustancias), de energía térmica (cuando la transformación está asociada a fenómenos caloríficos), de energía nuclear (cuando los cambios afectan a la composición de los núcleos atómicos), de energía luminosa (cuando se trata de procesos en los que interviene la luz), etc.

Los cambios que sufren los sistemas materiales llevan 5 Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. John Wiley & Sons.

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asociados, precisamente, transformaciones de una forma de energía en otra. Pero en todas ellas la energía se conserva, es decir, ni se crea ni se destruye en el proceso de transformación. Esta segunda característica de la energía constituye un principio físico muy general fundado en los resultados de la observación y la experimentación científica, que se conoce como principio de conservación de la energía. Otro modo de interpretarlo es el siguiente: si un sistema físico está aislado de modo que no cede energía ni la toma del exterior, la suma de todas las cantidades correspondientes a sus distintas formas de energía permanece constante. Dentro del sistema pueden darse procesos de transformación, pero siempre la energía ganada por una parte del sistema será cedida por otra. 3. CONSERVACION VS DEGRADACION DE LA ENERGIA Cuando estudiamos un cuerpo aislado, vemos que su energía

total

estudiamos

a

puede la

aumentar

vez

todos

o los

disminuir. cuerpos

Pero que

si

han

interaccionado con él (el exterior), vemos que, si el cuerpo ha ganado energía, el exterior ha perdido una cantidad idéntica; y viceversa, una pérdida de energía por parte del cuerpo significa una ganancia igual por parte del exterior. De hecho, si consiguiéramos aislar completamente el sistema material que estamos estudiando (estará aislado si no interacciona con nada del exterior), observaríamos que la cantidad total de energía permanece constante. Eso sí, puede que haya habido una transformación de unos tipos de energía en otros, pero la cantidad total permanece igual.

A

esto

se

le

conoce

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como

PRINCIPIO

DE

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA.6 DEGRADACIÓN: Ya hemos visto que, si bien la cantidad total

de

energía

de

un

sistema

aislado

permanece

constante, existirán transformaciones de unos tipos en otros y transferencias entre unos cuerpos y otros. No

todos

los

tipos

de

energía

son

igualmente

aprovechables. La energía eléctrica es muy versátil, puede transformarse en otros mucho tipos. Tomemos como ejemplo un motor. La energía eléctrica se transforma en energía cinética al girar el motor. Pero al mismo tiempo una buena

parte

se

transforma

en

energía

interna

(calentamiento) del propio motor y del medio ambiente, debido al rozamiento. De hecho, si dejamos que el motor se pare, el rozamiento hará que toda la energía inicial se transforme en energía interna del medio. El problema es que

esta

energía

interna

del

medio,

aunque

es

exactamente la misma cantidad que la energía eléctrica inicial, no podemos aprovecharla casi en nada (como mucho en calentarnos un poco, pero en breves minutos volverá a estar frío). Y esto sucede con cualquier sistema real que estudiemos. Esto es lo que se conoce como degradación de la energía, y es un principio fundamental de la Física. ALGUNOS EJEMPLOS:

6 Peña Cortés, Desiderio. “Física Básica”. México. Trillas. 1975.

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(Esta imagen representa la acción que va a desarrollar el applet.

Se

trata

de

un

problema

de

caída

libre,

considerando el valor de la aceleración de la gravedad como 10 m/s2. El applet, en primer lugar, pide los valores de masa de la piedra y altura desde la que se lanza, y a continuación va mostrando, al tiempo que la piedra baja, los valores de energía cinética (Ec), energía potencial gravitatoria (Epg) y energía mecánica (Em). Durante la caída será posible detener el movimiento.)

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(Esta imagen representa otro applet que calcula las energías cinética, potencial y mecánica de un cuerpo que sube por una pendiente. Se pueden incluir muchos parámetros, como masa, velocidad inicial, pendiente, coeficiente de rozamiento. Muestra los valores de energías cinética, potencial y mecánica, y también puede mostrar la pérdida de energía por rozamiento.) 4. DEGRADACION DE ENERGIA Y GENERACION DE POTENCIA ELÉCTRICA La mayor parte de energía que utilizamos en la vida diaria es energía eléctrica. Pero esto no sería posible si no se hubiesen desarrollado sistemas capaces de generar, distribuir y consumir este tipo de energía

5. DEGRADACION DE LA ENERGIA FRENTE AL CONSUMO

Si el principio de conservación de la energía establece que esta se mantiene constante, ¿qué sentido tiene hablar de consumo de energía si los términos «conservación» y «consumo» son incompatibles entre sí?

Pues bien, al hablar de consumo de energía no estamos indicando

que

esta

disminuya,

sino

que,

tras

cada

transformación energética, la energía transformada es cada vez menos útil para posteriores transformaciones. Es decir,

que

la

energía

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se

degrada:

aunque

cuantitativamente tenga el mismo valor antes que después de una transformación, al utilizarla la convertimos en otra forma de energía menos aprovechable para su utilización posterior.

Para que comprendas mejor esto, puede valer el siguiente ejemplo: el agua que utilizas al ducharte no desaparece al utilizarla, pero se ensucia y ya no sirve para darte con ella o1ra ducha. Pues algo parecido ocurre con la energía: una vez utilizada, ya no es posible aprovecharla de nuevo al cien por cien.

Es decir, la energía se conserva cuantitativamente (su valor numérico es el mismo antes y después de que haya ocurrido una transformación energética), pero no se conserva cualitativamente, es decir, se degrada (tras cada transformación que produce va perdiendo calidad para ser utilizada).

CONCLUSIONES

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Hemos estudiado que en cualquier transformación, un cuerpo pierde energía de algún tipo, y otro (o el mismo cuerpo) gana energía. En total, si tenemos en cuenta todas las transformaciones energéticas, la energía total permanece constante (se conserva). Por ejemplo, un vaso de agua caliente que se deja al aire, con el tiempo, acabará enfriándose, y quedándose con la misma temperatura que el ambiente. El agua ha perdido energía interna, y el aire del exterior ha ganado la misma cantidad de energía. Otro ejemplo, un automóvil frena hasta detenerse. Pierde la energía cinética que tenía cuando estaba en movimiento. ¿Qué cuerpos han ganado energía? Pues los discos de freno, el suelo y el aire han ganado energía interna debido al rozamiento. Se dice que han disipado energía. Otro. Una linterna encendida. Inicialmente la pila almacena energía eléctrica, que se transforma en energía cinética de los electrones que se desplazan por el circuito, y que en la bombilla se transforma en energía luminosa, y, la mayor parte, en energía interna del filamento y del ambiente. En total, la energía no ha desaparecido. Podríamos poner muchos más ejemplos con diferentes fuentes de energía. Siempre tendremos que la energía total se conserva (no aparece ni desaparece). Ahora bien, todos los procesos anteriores tienen algo en común. Finalmente, la energía acaba pasando al medio ambiente, calentándolo (aumenta su energía interna).

En esa forma, ya no es aprovechable (la energía eléctrica almacenada puede aprovecharse en múltiples usos, la energía

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interna de un combustible también, incluso la energía potencial gravitatoria o la energía cinética). Se dice que la energía ha “perdido calidad”, se ha degradado. La cantidad es la misma, pero no nos es útil. Esta degradación de la energía es un hecho inevitable, y constituye uno de los principios fundamentales de la Física.

Una de las conclusiones más importantes que podemos sacar del primer principio, es que la energía interna de un sistema aislado no cambia, es decir, permanece constante (se conserva). Un sistema aislado es el que no permite el cambio de energía ni de materia, lo importante es que al no cambiar energía el calor y el trabajo son cero y por tanto: ∆U = Q + W = 0 ⇒ U ≡ constante Un sistema aislado muy importante que conocemos es el “universo” con lo cual podemos concluir que la energía del universo permanece constante.

REFERENCIAS BIBLIOGRICAS

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Peña Cortés, Desiderio. “Física Básica”. México. Trillas. 1975.

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Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. John Wiley & Sons.

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Reif, Federick (1985). Fundamentals of Statistical and

19

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Zemansky, Mark W. (1985). Calor y termodinámica. Madrid: McGraw-Hill. ISBN 84-85240-85-5.

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