Instituto de enseñanza secundaria villa de mazo




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INSTITUTO DE ENSEÑANZA SECUNDARIA VILLA DE MAZOordenacion bandera drch

CONSEJERÍA DE EDUCACIÓN CULTURA DEPORTE GOBIERNO DE CANARIAS

DEPARTAMENTO DE TENOLOGÍA.

IES VILLA DE MAZO



1.3. Formas de manifestarse la energía
La Energía puede manifestarse de varias formas distintas


Formas

Tipos

Explicación

Fórmulas

Mecánica

Em = Ec+Ep

Cinética

Es la energía que posee un cuerpo debido a su velocidad.



m=masa del cuerpo que se mueve

v=vel. Lineal del objeto

Potencial

Es la energía de un cuerpo debido a la altura a la que se encuentra dentro de un campo de fuerzas determinado (nos centraremos en el gravitatorio)



h=altura a la que se encuentra el cuerpo

g=gravedad=9,8m/s2

v=2gh*

Eléctrica




Es la energía que proporciona la corriente eléctrica.

;





P(W); t(s); V(V); R(); I(A)

Térmica

Conducción


Paso de calor (energía) de un cuerpo de mayor temperatura a uno de menor, por efecto de choques moleculares.



λ=coeficiente de conductividad (está tabulado).

d= espacio entre dos superficies del mismo cuerpo o espesor (m)

S= superficies de transmisión del cuerpo (m2)

t= tiempo en horas

Convección

El calor asciende. Para ello es necesario que haya algún fluido que lo transporte. El calor del radiador del coche que asciende hasta el techo por tener menos densidad

Q= α·S·(Tf-Ti)·t

α=coeficiente de convección

t= tiempo en horas.

Radiación

El calor se transmite en forma de ondas electromagnéticas, como ondas infrarrojas, luminosas, ultravioletas, microondas



c= coeficiente de radiación

Tf= Temperatura absoluta del objeto que irradia calor

Ti= Temperatura absoluta del objeto irradiado.

t= tiempo en horas.

Química

Combusstión química

Se origina al reaccionar dos o más productos químicos para formar otro distinto. Así por ejemplo los derivados del petróleo al quemarse

Q= Pc·m (sólidos y líquidos=.

Q=Pc·V (gases).

Radiación electrómagnética

Es propia de las ondas electromagnéticas como infrarrojas, luminosas, etc.

Nuclear

Fisión

Se obtiene al romper un núcleo de un material fisionable (uranio o plutonio).

E=mc2

c = velocidad de la luz 3·108m/s

Fusión

Se obtiene al unir dos núcleos de dos átomos fusionables (deuterio y tritio)


A) Energía mecánica.- Es la suma de las energías cinética y potencial. La energía cinética se entiende como energía en movimiento y la energía potencial gravitatoria está asociada al campo gravitatorio terrestre. Em = Ec+Ep




m=masa del cuerpo que se mueve

v=vel. Lineal del objeto


h=altura a la que se encuentra el cuerpo

g=gravedad=9,8m/s2

v=2gh*



B) Energía eléctrica.- Es la energía que proporciona la corriente eléctrica. Generalmente siempre se transforma y procede de otro tipo de energía, tal como calor, energía mecánica, etc.
;




P(W); t(s); V(V); R(); I(A)
Actividad 12

Desde un helicóptero, a una altura de 100 sobre la superficie terrestre, se suelta un objeto que pesa 2 kg. Calcula la energía mecánica, cinética y potencial en los puntos siguientes: a) antes de soltar el objeto; b) cuando está a 10 m del suelo.

Actividad 13

Una placa vitrocerámica de 220 V por la que circula una intensidad de corriente de 5 A, está conectada 2 horas. ¿Qué energía ha consumido en julios?

Actividad 14

Un avión lanza una carga de 1000 kg cuando se encuentra a una altura de 800 m. Calcula su energía cinética y mecánica en los siguientes casos:

  1. Cuando el objeto ha recorrido una distancia de 430 m

  2. Cuando el objeto está a punto de impactar contra el suelo



C) Energía calorífica o térmica. Se transmite de tres formas:

Para ello debemos saber que el calor es la energía térmica en transito o en movimiento. Conviene diferenciarlo de la temperatura, que indica el grado o intensidad de la energía térmica, independientemente de su cantidad.
Transmisión de calor por conducción.- Es el calor que se transmite por choques moleculares, de un cuerpo de mayor temperatura a uno de menor.



λ=coeficiente de conductividad (Kcal/m h ºC) (está tabulado).

d= espacio entre dos superficies del mismo cuerpo o espesor (m)

S= superficies de transmisión del cuerpo (m2)

t= tiempo en horas
Transmisión de calor por convección.- Es el calor que se transmite por la mezcla de partículas frías y calientes de un mismo fluido, las primeras se situarán sobre las frías ya que todos los fluidos al calentarse pierden densidad.



α=coeficiente de convección (Kcal/m2 h ºC) (está tabulado).

t= tiempo en horas

Transmisión de calor por radiación.- El calor se transmite en forma de ondas electromagnéticas, como ondas infrarrojas, luminosas, ultravioletas, microondas Es el calor que transmiten aquellos cuerpos que se encuentran a mayor temperatura que el medio que los rodea.



c= coeficiente de radiación (tabulado)

Tf= Temperatura absoluta del objeto que irradia calor

Ti= Temperatura absoluta del objeto irradiado.

t= tiempo en horas.

La temperatura se mide normalmente en grados Celsius (ºC), pero según el SI, se expresa en grados Kelvin (K) y se denomina temperatura absoluta. La relación entre una y otra es:

T(K)=273+T(ºC)
Actividad 15

Una caldera con unas paredes de 5 mm de espesor y de superficie 345 cm2, se quiere mantener a 125ºC. Sabiendo que está fabricada de acero, determina la cantidad de calor que es necesario aportar por hora (en kcal/h) para mantener dicha temperatura. Se supone que en el exterior la temperatura es de 22ºC

Actividad 16

Un frigorífico que tiene las siguientes dimensiones: 55 cm (ancho)x125 cm(alto)x55 cm (fondo), lleva un recubrimiento, alrededor de cada una de las seis paredes, de fibra de vidrio de 3 cm de espesor. Calcula la cantidad de calor por hora que se deberá extraer si se quiere mantener en el interior una temperatura de 5ºC si en el exterior hay 28ºC

Actividad 17

Calcula la cantidad de calor transmitido por convección al techo en una habitación durante 4 horas, si se dispone de un radiador eléctrico de superficie 1,5 m2, colocado en la parte inferior. La temperatura del radiador es de 120ºC y la de la habitación es de 35ºC (esta temperatura se mantiene constante)

Actividad 18

Un foco que se emplea para el secado de pinturas de automóviles tiene una temperatura de 600ºC. Sabiendo que la temperatura ambiente (y también la de la chapa del coche a pintar) es de 35ºC y que no aumenta a lo largo del tiempo, calcula el calor transmitido por hora si la superficie del foco es de 100 cm2 y el material con el que está fabricado dicho foco es de porcelana

Actividad 19

Determina la cantidad de calor por hora (en kcal/h) que se transmitirá por convección a la parte alta de una cazuela llena de agua en el momento en que la temperatura interior es de 25ºC y después de empezar a hervir. La temperatura en la parte inferior es de 200ºC y el diámetro de la cazuela es de 25 cm.

Actividad 20

Se emplea un radiador de infrarrojos para calentar una bañera de porcelana. Sabiendo que el reflector del radiador (fabricado de acero niquelado) alcanza una temperatura de 120ºC y que la temperatura ambiente es de 22ºC (manteniéndose constante a lo largo del tiempo), calcula la cantidad de calor emitido por hora. La superficie del radiador es de 0,25 m2
D) Energía Química.- Se origina al reaccionar dos o más productos químicos para formar otro distinto. Así, tenemos alimentos al digerirlos los seres vivos, el carbón, materias vegetales e hidrocarburos (derivados del petróleo) al quemarse, etc

Nos vamos a centrar en el estudio de la energía de combustión. A partir de cierta temperatura (llamada de ignición), la combinación química del carbono e hidrógeno con el oxígeno se produce de manera viva y constante con desprendimiento de calor, dando lugar a una reacción llamada combustión.

CxHyOz+ O2  XCO2 + (Y/2) H2O + calor
Las fórmulas para la obtención de la energía son:


  • Sólidos y líquidos Q= Pc ·m Pc en Kcal/kg

  • Gases Q = Pc·V Pc en Kcal/m3

m es la masa en kg

V es el volumen en m3
El valor de Pc está tabulado en condiciones normales. En el caso de los gases, en otras condiciones de presión p y temperatura t, el valor será:
Pc(real) (Kcal/m3) = Pc p [273/(273+T)]

T = temperatura del combustible, en ºC

p = presión del combustible en el momento de su uso, en atm

Pc = poder calorífico del combustible gaseoso en condiciones normales, en

kcal/m3 (tabulado)
Actividad 21

Calcula la energía liberada al quemar 5 kg de madera

Actividad 22

Calcula la energía total obtenida al quemar 2 m3 de gas natural suministrado a una presión de 1,5 atm y a una temperatura de 22ºC

Actividad 23

Una central térmica produce 5500kWh en 1 hora. Sabiendo que emplea antracita como combustible y que, aproximadamente, se aprovecha el 20% del combustible quemado para generar electricidad, calcula la cantidad de toneladas diarias que es necesario suministrar a la central

Actividad 24

¿Qué cantidad de butano será necesario quemar para obtener una energía calorífica de 10 kWh? La presión de consumo es de 2 atm y la temperatura, de 28ºC
E) Energía nuclear.-

Es la energía propia de la materia contenida en el núcleo de sus átomos. Se puede obtener de dos formas:

- La energía nuclear de fisión se obtiene al fisionar (romper) núcleos de material fusionable (uranio o plutonio).

- La energía nuclear de fusión se obtiene al fusionar (unir) un núcleo de deuterio (isótopo del hidrógeno) y otro de tritio (isótopo del hidrógeno) para formar helio.

Einstein demostró que la materia se podía transformar en energía según la fórmula:

E=mc2

E = energía producida (en J)

m = masa que desaparece (en kg)

c = velocidad de la luz (3x108 m/s)
Actividad 25

Calcula la energía liberada (en Kcal) en una reacción nuclear suponiendo que se han transformado 2 g de uranio en energía calorífica

F) Acumulación de energía térmica en los cuerpos.
Se denomina calor específico a la cantidad de calor que es necesario añadir a 1 kg de ese cuerpo (sólido o líquido) para elevar a 1ºC su temperatura

Los cuerpos acumulan energía calorífica. La cantidad de calor almacenada dependerá del tipo de material, de su masa, así como de la temperatura a la que se encuentran:

La fórmula utilizada para calcular ese calor acumulado:

Q= m·ce·(Tf-Ti)

Q = cantidad de calor en Kcal

ce = calor específico en kcal/kgºC

m = masa en kg

Tf = temperatura final en ºC

Ti = temperatura inicial en ºC
Actividad 26

Calcular la cantidad de calor acumulado en el agua del radiador de un coche, antes de que se ponga el ventilador en marcha, si su temperatura se ha elevado desde los 22ºC hasta los 97ºC. El volumen de agua es de 3,5 litros.

Actividad 27

Una plancha tiene su base de aluminio, de superficie 50 cm2 y espesor 1 cm. Sabiendo que su temperatura ha pasado de 18ºC a 60ºC en 10 segundos y que se desprecian las pérdidas de calor por radiación y conducción, calcula la energía térmica acumulada (en kcal), así como la potencia de la plancha. Densidad del alumnio = 2,75 kg/dm3.

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