Energía

Fisica. Tipología energética: energía eléctrica, calórica, cinética, eólica, geotérmica, hidráulica, mareomotriz, mecánica, nuclear, química, fotovoltaica. Fuentes de energía

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Introducción

La energía, como sabemos, es indispensable para la subsistencia del hombre, pero, ¿conocemos su real significado y de que manera afecta nuestra vida diaria?

En este trabajo veremos los distintos tipos de energía y lo que es la energía. También sus significados y algunos ejemplos de todos los tipos de energía.

¿Qué es la Energía?

'Energía'
Eficacia, poder, virtud para obrar.

'Energía'
Fuerza de voluntad, vigor y tesón.

'Energía'
Causa capaz de transformarse en trabajo mecánico.

La Energía es un concepto esencial de las ciencias. Desde un punto de vista material complejo de definir. La más básica de sus definiciones indica que se trata de la capacidad que poseen los cuerpos para producir Trabajo, es decir la cantidad de energía que contienen los cuerpos se mide por el trabajo que son capaces de realizar.

La realidad del mundo físico demuestra que la energía, siendo única, puede presentarse bajo diversas Formas capaces de Trasformarse unas a otras.

¿Cuáles son los tipos de Energía?

Los tipos de energía son:

'Energía'
Energía Mecánica

'Energía'
Energía Potencial

'Energía'
Energía Cinética

'Energía'
Energía Química

'Energía'
Energía Calórica

'Energía'
Energía Eléctrica

'Energía'
Energía Nuclear

'Energía'
Energía Solar

'Energía'
Energía Geotérmica

'Energía'
Energía eólica

'Energía'
Energía Hidráulica

'Energía'
Fuentes de energía renovables

'Energía'
Fuentes de energía no renovable

'Energía'
Energía Mareomotriz

Energía Calórica

La energía calórica es la energía que se transmiten dos cuerpos (u objetos) con distintas temperaturas.

Ejemplos:

Agua caliente y hielo.

Energía cinética

La Energía cinética es la energía que un objeto posee debido a su movimiento. La energía cinética depende de la masa y la velocidad del objeto. Las relaciones entre la energía cinética y la energía potencial, y entre los conceptos de fuerza, distancia, aceleración y energía, pueden ilustrarse elevando un objeto y dejándolo caer. Cuando el objeto se levanta desde una superficie se le aplica una fuerza vertical. Al actuar esa fuerza a lo largo de una distancia, se transfiere energía al objeto. La energía asociada a un objeto situado a determinada altura sobre una superficie se denomina energía potencial. Si se deja caer el objeto, la energía potencial se convierte en energía cinética.

Ejemplo:

Un columpio (que está en movimiento)

Energía eólica

Esta energía es producida por los vientos generados en la atmósfera terrestre. Se puede transformar en energía eléctrica mediante el uso de turbinas eólicas que basan su funcionamiento en el giro de aspas movidas por los vientos. Bajo el mismo principio se puede utilizar como mecanismo de extracción de aguas subterráneas o de ciertos tipos de molinos para la agricultura.

Desventajas de la energia eolica:

Al igual que la energía solar se trata de un tipo de energía limpia, la cual sin embargo presenta dificultades, pues no existen en la naturaleza flujos de aire constantes en el tiempo, más bien son dispersos e intermitentes.

Ventajas del uso de la energia eolica:

Este tipo de energía puede ser de gran utilidad en regiones aisladas, de difícil acceso, con necesidades de energía eléctrica, y cuyos vientos son apreciables en el transcurso del año.

Ejemplo:

Tornados

Energía Geotérmica

Energía contenida también en el interior de la Tierra en forma de gases. Al ser extraída se presenta en forma de gases de alta temperatura (fumarolas), en forma de vapor y agua hirviendo (geyser) y en forma de agua caliente (fuentes termales).

Ejemplos:

Las fuentes Termales

Los Geyser

Energía hidráulica

Es aquella energía obtenida principalmente de las corrientes de agua de los ríos.
El agua de un río se almacena en grandes embalses artificiales que se ubican a gran altura respecto de un nivel de referencia. El agua adquiere una importante cantidad de energía potencial (aquella que poseen los cuerpos que se encuentran a cierta altura). Posteriormente, el agua se deja caer por medio de ductos, por lo tanto toda su energía potencial se forma en energía cinética (aquella que posee un cuerpo gracias a su estado de movimiento). La energía cinética de las caídas de agua se aprovecha, por ejemplo, para mover turbinas generadoras de electricidad, tal es el principio de las Centrales Hidroeléctricas.

Ejemplo:

Centrales Hidroeléctricas

Energía Mareomotriz

Es la energía obtenida del movimiento de las mareas y las olas del mar. El Movimiento de mareas es generado por la interacción gravitatoria entre la Tierra y la Luna. Tal movimiento se utiliza para traspasar energía cinética a generadores de electricidad.

Desventajas de la energia mareomotriz:

La gran dificultad para la obtención de este tipo de energía es su alto costo y el establecimiento de un lugar apto geográficamente para confinar grandes masas de agua en recintos naturales.

Ventajas de la energia mareomotriz:

Ejemplos:

Las olas.

Las mareas.

Energía Mecánica

Es aquella que el hombre utilizó, en un comienzo, como producto de su propio esfuerzo corporal. Luego, la fuerza animal, para lo que domesticó animales como bueyes, caballos y burros.

La energía mecánica engloba dos tipos de energía; la energía potencial (cuando el cuerpo está en reposo) y la energía cinética (cuando un cuerpo está en movimiento)

Ventajas de la energía mecánica:

No se necesitan grandes establecimientos.

Ejemplo:

Tractor.

Energía nuclear

La energía nuclear es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por el proceso de Fisión nuclear (división de núcleos atómicos pesados) o bien por Fusión nuclear (unión de núcleos atómicos muy livianos). En las reacciones nucleares se libera una gran cantidad de energía, debido a que parte de la masa de las partículas involucradas en el proceso, se transforma directamente en energía. Lo anterior se puede explicar en base a la relación Masa- Energía producto de la genialidad del gran físico Albert Einstein.

En relación a la liberación de energía, una reacción nuclear es un millar de veces más energética que una reacción química, por ejemplo, la generada por la combustión del combustible fósil del metano.

Fisión Nuclear

Es una reacción nuclear que tiene lugar por la rotura de un núcleo pesado al ser bombardeado por neutrones de cierta velocidad. A raíz de esta división el núcleo se separa en dos fragmentos acompañado de una emisión de radiación, liberación de 2 ó 3 nuevos neutrones y de una gran cantidad de energía (200 MeV) que se transforma finalmente en calor.

Los neutrones que escapan de la fisión, al bajar su energía cinética, se encuentran en condiciones de fisionar otros núcleos pesados, produciendo una Reacción nuclear en cadena. Cabe señalar, que los núcleos atómicos utilizados son de Uranio - 235.

El proceso de la fisión permite el funcionamiento de los Reactores nucleares que actualmente operan en el mundo.

Fusión Nuclear

La fusión nuclear ocurre cuando dos núcleos atómicos muy livianos se unen, formando un núcleo atómico más pesado con mayor estabilidad. Estas reacciones liberan energías tan elevadas que en la actualidad se estudian formas adecuadas para mantener la estabilidad y confinamiento de las reacciones.

La energía necesaria para lograr la unión de los núcleos se puede obtener utilizando energía térmica o bien utilizando aceleradores de partículas . Ambos métodos buscan que la velocidad de las partículas aumente para así vencer las fuerzas de repulsión electrostáticas generadas al momento de la colisión necesaria para la fusión.

Para obtener núcleos de átomos aislados, es decir, separados de su envoltura de electrones, se utilizan gases sobrecalentados que constituyen el denominado Plasma Físico. Este proceso es propio del Sol y las estrellas, pues se tratan de gigantescas estructuras de mezclas de gases calientes atrapadas por las fuerzas de gravedad estelar.

El confinamiento de las partículas se logra utilizando un "Confinamiento Magnético", o bien un "Confinamiento Inercial". El Confinamiento Magnético aprovecha el hecho que el plasma está compuesto por partículas (núcleos) con carga eléctrica. Se sabe que si una de estas partículas interactúa con un Campo Magnético su trayectoria y velocidad cambian, quedando atrapadas por dicho Campo. El Confinamiento Inercial permite comprimir el plasma hasta obtener densidades de 200 a 1000 veces mayor que la de sólidos y líquidos. Cuando se logra la compresión deseada se eleva la temperatura del elemento, lo que facilita aún más el proceso de la fusión.

La fusión nuclear se puede representar por el siguiente esquema y relación de equilibrio:

2H + 2H ! 3He + 1n+ 3,2 MeV

Desventajas de la energía nuclear:

Se necesitan grandes establecimientos para producir esta energía, esta energía es de un alto costo y no todos los países tienen acceso a ella. Además cabe mencionar que es muy controversial ya que con este tipo de energía se pueden crear poderosas bombas capaces de acabar con grandes territorios y poblaciones, como la famosa bomba Nagasaki, que todavía sigue dejando consecuencias años después de arrojada.

Ventajas de la energía nuclear:

La energía nuclear puede prevenir muchas de las consecuencias en el medio ambiente que provienen del uso de los combustibles fósiles. Una ventaja muy importante de la energía nuclear es que evita un amplio espectro de problemas que aparecen cuando se quema los combustibles fósiles(carbón, petróleo o gas). Esos problemas probablemente exceden los que se originan por otra actividad humana. Uno de ellos y que ha recibido especial atención es el "calentamiento global", el cual es responsable del cambio del clima del planeta; las llamadas lluvias ácidas, que destruyen bosques y matan a la fauna acuática; la contaminación del aire que matan a decenas de miles de americanos cada año degradando de varias formas nuestra calidad de vida; el efecto destructivo de la extracción masiva del carbón y el derrame del petróleo la cual daña al sistema ecológico.

Ejemplo:

Bomba Atómica.

Energía química

Es aquella, producto de una combustión (cualquier sustancia que arde o se "quema"), reacción en la cual se combina el oxígeno del aire con la materia del cuerpo que arde. Durante la combustión se producen luz y calor. Cuando las moléculas se rompen se libera energía química.

Ejemplos:

Los alimentos (sobre todo del grupo de los energéticos)

Las pilas o baterías

La gasolina

Energía fotovoltaica

Como su propio nombre indica, este sistema se encarga de convertir la luz del Sol («foto») en energía eléctrica («voltaica»). El nombre se emplea, específicamente, para denominar al sistema que hace esta conversión por medios puramente electrónicos. El componente principal de todos los sistemas de energía fotovoltaica es la célula solar de silicio.

 

Para la construcción de cada célula se parte de arena común, que posee un contenido muy elevado de dióxido de silicio (Si O2). En primer lugar se extrae el dióxido de silicio y se separa en sus dos componentes, obteniendo una barra de silicio amorfo (sin estructura cristalina) y que se encuentra altamente contaminado con pequeñas cantidades de otros elementos. Por un proceso de calentamiento con microondas a muy altas temperaturas se transforma la barra en un cilindro de silicio monocristalino que, como su propio nombre indica, tiene una estructura de cristal único.

 

El número de electrones de la capa exterior del átomo del silicio (llamados electrones de valencia) es cuatro. Cada uno de estos electrones es compartido con otro átomo de silicio mediante un enlace covalente. Estas uniones forman una red cristalina altamente estable y con cualidades físicas de aislante eléctrico.

 

Este proceso de calentamiento sirve, además, para eliminar las impurezas existentes en el material. Estas impurezas (átomos de otros elementos químicos) hacen que el bloque sea inutilizable si se encuentran en proporciones de una entre un millón e incluso menores. Una vez purificado, el cilindro se corta en láminas muy finas denominadas obleas, con un espesor de una décima de milímetro.

 

A continuación cada oblea es sometida a un complicado proceso de fotograbado. En este proceso se marcan sobre la lámina varios cientos de celdillas. Cada una de estas celdas se divide en dos partes, una positiva y otra negativa. En la parte positiva se introduce, pero esta vez a propósito, un número muy pequeño de impurezas compuestas de átomos que tienen tres electrones de valencia. Al formarse la red cristalina, la ausencia de un cuarto electrón provoca la falta de un enlace. Esto en términos electrónicos se denomina hueco y se puede considerar como una carga positiva libre en el material, que le da cierta capacidad conductora.

 

En la zona negativa se realiza un proceso similar, pero las impurezas son átomos de cinco electrones de valencia. En el cristal queda, por tanto, un electrón sobrante que constituye una carga negativa libre. El dispositivo formado por ambas partes, positiva y negativa, constituye un diodo. Normalmente los diodos se emplean para rectificar la corriente, ya que la dejan pasar sólo en un sentido. Pero si se diseñan adecuadamente, los diodos poseen otra propiedad: al iluminar el material semiconductor, la energía luminosa recibida hace que un determinado número de electrones se desprendan de sus respectivos átomos y circulen libremente por el material. Además, en la unión entre las zonas positiva y negativa existe una diferencia de potencial de entre 0,5 y 0,6 voltios. Ambos efectos unidos provocan que, al ser iluminada, la célula se comporte como una batería capaz de dar, en condiciones óptimas de iluminación, una tensión de 0,5 voltios y una corriente de 28 miliamperios por centímetro cuadrado iluminado.

 

Cada oblea se compone de cientos de diodos de dicho tipo, y cada panel solar se compone de varios cientos de diodos. Interconectándolos en serie y paralelo, se obtienen tensiones de varios voltios y corrientes del orden de amperios, suficientes para ser usadas eficazmente.

 

El sistema se suele complementar con un dispositivo de control y unas baterías recargables que permiten almacenar la energía para emplearla cuando sea necesaria, pero no exista luz, como por ejemplo, de noche. Los modelos más perfeccionados disponen además de motores que se encargan de girar los paneles de forma que apunten siempre hacia el Sol. De este modo se consigue que reciban siempre el máximo de luz posible y den el máximo rendimiento.

Ventajas de la energia fotovoltaica:

 

Esta tecnología ha sido muy estudiada y presenta la ventaja de que, en su versión más sencilla, no posee partes móviles o propensas a romperse. Estos factores la hacen ideal para los lugares poco accesibles o en los que no exista personal constantemente. Como ejemplos pueden indicarse los faros marinos y los puestos automáticos de socorro de algunas autopistas. En ambos casos las células solares fotovoltaicas evitan el tendido de costosos cables de alimentación.

 

Los sistemas basados en paneles fotovoltaicos pueden crecer de forma modular con modificaciones muy sencillas a la estación existente previamente. De este modo pueden pasar de un solo panel para uno de los puestos mencionados anteriormente, a varios cientos para fábricas y otras instalaciones a gran escala.

 

Desventajas de la energía fotovoltaica:

Como desventajas principales del sistema se pueden señalar dos. En primer lugar, aunque el silicio es barato -es el constituyente principal de la arena de todas las playas- el proceso de creación de las obleas finales es muy complejo y caro. Los precios de obtención en fábrica dan un coste aproximado de 8000 pesetas por kilo, excesivamente elevado para aplicaciones industriales. Por otra parte el rendimiento obtenido de la luz solar no es muy elevado si se le compara con el terreno que ocupa; aproximadamente se produce energía eléctrica por un valor de un 13 % de la energía solar recibida.

 

En la actualidad se hallan en estudio diversos sistemas que posean un coste de fabricación más barato, como los que emplean silicio amorfo sin estructura cristalina única, que evitan la costosa fase de cristalización. Pero por los rendimientos obtenidos no superan a las células convencionales.

Ejemplo:

Las que reciben las pantallas solares.

Fuentes de Energía No Renovables

Son fuentes de energía no renovables aquellas que se encuentran en forma limitada en nuestro planeta y se agotan a medida que se les consume.

Ejemplos:

El carbón.

El petróleo

El Gas Natural

La energía geotérmica

La energía nuclear

Fuentes de Energía Renovables

Las energías renovables son aquellas que llegan en forma continua a la Tierra y que a escalas de tiempo real parecen ser inagotables.

Ejemplos:

Energía Hidráulica

Energía Solar

Energía biomasa

Energía Mareomotriz

La energía eléctrica

La energía eléctrica se produce por el movimiento de cargas eléctricas, específicamente electrones (cargas negativas que giran alrededor del núcleo de los átomos) a través de un cable conductor.
Cada vez que se acciona un interruptor, se genera un movimiento de millones de electrones, los que circulan a través de un cable conductor metálico. Las cargas que se desplazan forman parte de los átomos que conforman el cable conductor. Los electrones se mueven desde el enchufe al aparato eléctrico -ya sea lavadora, radio, televisión, etcétera- lo que produce un tránsito de energía entre estos dos puntos.
La energía eléctrica puede hacer funcionar distintos aparatos y se transforma en otras manifestaciones de ella. Por ejemplo, cuando la energía eléctrica llega a una enceradora, se transforma en energía mecánica, calórica y en algunos casos luminosa. Lo mismo se puede observar cuando funciona un secador de pelo o estufa.

ejemplo:

Tostadora

Refrigerador

Ventilador

Plancha

Tetera eléctrica

'Energía'

Este es un dibujo de cómo funciona la energía mareomotriz.

'Energía'

En esta foto se muestran pantallas solares; ellas reciben energía solar y así ellas transmiten energía (Energía Solar y Fuentes de energía renovables)

'Energía'

Este es un dibujo de un esquema de turbina eólica (Energía eólica)

'Energía'

Este es un dibujo de Fisión Nuclear ( Energía nuclear)

'Energía'

Este dibujo es un ejemplo de energía cinética

'Energía'

Este dibujo muestra un ejemplo de energía potencial

'Energía'

Este es el dibujo es de una Torre de alta tensión (Energía eléctrica)

'Energía'

Esta foto es un ejemplo de Energía geotérmica y Fuentes de energía no renovables

'Energía'

Este dibujo es de una central Hidroeléctrica Termoeléctrica.(Energía Hidráulica)

En esta foto vemos un tractor que es un ejemplo de Energía Mecánica.

Conclusión:

Al finalizar el trabajo anterior, hemos concluido los siguientes puntos:

La energía es indispensable para el ser humano en la actualidad, sobre todo la energia eléctrica

Algunos tipos de energía tienen la característica de que son altamente contaminantes para el medio ambiente, y de esta forma perjudican al ser humano.

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