Fundación CIENTEC

Este artículo fue presentado en el taller realizado por la Mag. Roldán en el II Congreso de Ciencias "Exploraciones fuera y dentro del aula", realizado del 31 de agosto al 2 de setiembre del 2000 en INBioparque, Santo Domingo de Heredia, Costa Rica. Se actualizó el 12 de octubre de 2009.

La utilidad de la energía se manifiesta en que, gracias a ella, el ser humano puede realizar procesos y trabajos que le garanticen la supervivencia a la cabeza de las otras especies animales, la comodidad y el dominio que ha venido ejerciendo, por largo tiempo, sobre el medio natural.

Cualquier forma de energía se transforma en otra porque "la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma". A este fenómeno se le denomina "LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA".

 

FUENTES Y TIPOS DE ENERGÍA

Las fuentes de energía son aquellas que brindan la energía como productor original, o sea, producen la energía directamente, pero siempre cumpliendo con la ley de conservación de la energía.

Como fuentes de energía se pueden mencionar: sol, viento, carbón , petróleo, caídas de agua, desechos orgánicos, átomos, olas del mar, reacciones químicas, sonido, entre otras.

Los tipos de energía son aquellos que identifican la forma en que se manifiesta la energía. Entre los distintos tipos de energía se destacan la solar, la atómica o nuclear, la hidráulica, la química, la eléctrica, la eólica, la mecánica (cinética y potencial), la geotérmica y la térmica.

Con respecto a la energía procedente del Sol, cabe señalar que cada punto de su superficie emite radiaciones electromagnéticas al espacio, y que estas radiaciones son tanto luminosas como invisibles. Cuando estas radiaciones llegan a la Tierra, su intensidad ha disminuido en unas 500 mil veces. A pesar de ello, casi toda la energía que se puede aprovechar en la Tierra proviene del Sol.

La energía solar, además de ser aprovechada por las plantas, es aprovechada por el ser humano, mediante dos sistemas. Uno es un sistema térmico, que aprovecha esta energía por medio de colectores. Un colector es una superficie, que expuesta a la radiación solar permite absorber su calor y transmitirlo a un fluido. El otro es un sistema fotovoltaico, donde la energía electromagnética de los fotones se acumula en las plantas fotovoltaicas por medio del efecto fotoeléctrico, produciendo energía eléctrica.

Gran parte de la energía eléctrica con que cuenta el ser humano se debe a la evaporación del agua producida por el Sol, y a su posterior precipitación. Este ciclo natural permite mantener llenos los embalses que producen energía hidroeléctrica. Sin embargo, la energía proveniente del agua, o energía hidráulica, no se emplea solamente en la producción de electricidad. A veces se utiliza también para imprimir movimiento a la maquinaria de una fábrica, por medio de una caída o salto de agua, o para mover un molino de agua.

La energía que es absorbida o liberada como resultado de una reacción química, se denomina energía química. Los alimentos, las pilas eléctricas y los explosivos contienen este tipo de energía.

Esa energía también se genera en los procesos de los biodigestores, llamada energía Biomásica. Esa energía es la que resulta de las actividades humanas, principalmente en los procesos agrícolas, ganaderos y los del propio ser humano, tal como, basuras y desechos orgánicos. La biomasa se puede aprovechar de dos maneras; quemándola para producir calor o transformándola en combustible para su mejor transporte y almacenamiento. El gas metano se puede capturar a través de la construcción de un biodigestor; este es un sistema de tratamiento primario anaerobio que consiste en retener por un determinado período de tiempo los desechos orgánicos en un tanque cerrado para que se de la fermentación del material, produciendo el gas.

La energía del aire se conoce como energía eólica. Es un tipo de energía cinética que hace funcionar los molinos de viento, las veletas y los aerogeneradores. Un problema en el uso de la energía eólica reside en el carácter fluctuante de las corrientes de viento, por lo que no se puede asegurar un suministro regular.

La energía nuclear es aquella que mantiene unidas las partículas de los núcleos atómicos. Por medio de los procesos de fusión y fisión, se liberan grandes cantidades de energía.

El calor que produce la combustión en las máquinas térmicas de hulla, gas natural, petróleo y otros combustibles, se manifiesta como energía térmica. El calor como tal no se considera un tipo de energía en sí, sino una energía en tránsito, o sea, una energía que pasa de un cuerpo a otro.

La energía geotérmica utiliza como fuente el vapor de agua almacenado bajo la superficie de la tierra, para luego ser transformado en energía eléctrica. La geotermia es el calor interno que proviene de las profundidades del planeta. El agua se acumula formando depósitos, los cuales se calientan por el calor magmático y llevan el agua a vapor. Las rocas fracturadas permiten el paso de calor a la superficie y en la corteza, las rocas impermeables, impiden la fuga de calor. Las fuentes de este tipo de energía se encuentran cerca de los volcanes activos.

Hoy en día las fuentes de energía renovable son las protagonistas dentro del campo energético y todo a causa de la consecuencia indeseada de los combustibles fósiles, Hace poco se creó el Organismo Internacional de Energía Renovable (OIER), lo cual indica a los Gobiernos de todo el mundo que se están tomando en serio las fuentes de energía renovables. La variación en los precios del petróleo y de otros combustibles fósiles y los cambios climáticos que están afectando a todo el planeta, invitan a las autoridades mundiales a recapacitar sobre las fuentes y usos de la energía.

Existen recursos energéticos como el agua, el Sol y el viento que, al existir en grandes cantidades, difícilmente podrían agotarse. Estos recursos se llaman renovables.

Por otra parte, están aquellas fuentes de energía perecederos, como el carbón y el petróleo, que en algún momento tendrán que acabarse sin que puedan ser renovadas. Estos recursos se denominan agotables o no renovables.

Costa Rica es un país privilegiado en cuanto a fuentes de energía, principalmente por sus recursos hídricos. En Centro América se ha destacado como el primer productor de energía hidroeléctrico. Con el mismo fin, en Costa Rica se explota el vapor que emana de los volcanes para producir energía geotérmica, es decir, la energía térmica que proviene del interior de la Tierra.

La materia en sí no contiene calor, lo que contiene es energía. El calor representa la energía transferida de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura. Concluida la transferencia, la energía deja de ser calor y pasa a ser energía interna.

La energía eléctrica es aquella que permite la traslación de electrones dentro de un conductor, o sea, la presencia de corriente eléctrica en un circuito eléctrico.

Los circuitos eléctricos son un conjunto de elementos como las resistencias y las pilas que integran un camino para la corriente eléctrica, con lo que se logra transformar energía eléctrica en calor o en energía luminosa.

La resistencia puede ser un elemento como un bombillo, el disco de la cocina eléctrica, el radio, el televisor o cualquier elemento que requiera de electricidad para funcionar.

Los circuitos eléctricos se pueden formar de dos maneras: circuitos en serie y circuitos en paralelo. Su nombre depende de cómo se acomoden los elementos con respecto a la fuente.

Circuitos en serie: aquellos en que la misma corriente eléctrica pasa por todos los elementos del circuito. El esquema indica como acomodar esos elementos para que esto ocurra.	Circuito en paralelo: aquellos en que la corriente eléctrica se divide a su paso por el circuito, para alimentar los diferentes elementos que lo componen.

En la vida cotidiana observamos estos circuitos en las instalaciones eléctricas domésticas. La conexión entre los bombillos de una misma habitación está en paralelo, de manera que si un bombillo se "quema", los demás quedan encendidos. Pero entre el interruptor y los bombillos el circuito es en serie, de manera que si se "apaga" la luz se interrumpe el fluido eléctrico y los bombillos se apagan todos juntos.

Los cables eléctricos y las resistencias deben ser de materiales que sean buenos conductores como: oro, plata, cobre, aluminio, bronce, entre otros. Estos son materiales que presentan poca resistencia. Los que se utilizan para hacer los bombillos eléctricos deben tener alta resistencia para que se pongan incandescentes y alumbren. El mejor de ellos para este fin es el tungsteno.

Otros materiales son pésimos conductores, ya que no permiten el paso de la electricidad. Entre ellos se puede mencionar: plástico, hule, madera, caucho, poliestireno y porcelana.

Costa Rica cuenta con valiosísimos recursos en este campo, que le facilitan la obtención de energía para las diversas labores de nuestras comunidades y del país en general.

1. Energía mecánica ( potencial elástica y cinética)

Objetivo: determinar la transformación de energía potencial elástica en energía cinética y viceversa.

Materiales: Resorte, soporte para que cuelgue el resorte, masa que se pueda colgar en el resorte, un metro.

Metodología: Todas las medidas que realice y observaciones importantes que tenga, anótelas en su cuaderno. Coloque el soporte sobre una mesa y cuelgue el resorte de manera que este quede vertical. Mida el largo del resorte en su posición de equilibrio. Cuelgue del resorte la masa y mida de nuevo el largo del resorte. Estire el resorte con la masa unos cinco centímetros y deje la masa oscilar. Este atento a la posición en la cual la masa se devuelve y en cada oscilación. Anote todos sus datos en su cuaderno.

Resultados: haga una tabla en la cual anote los valores de la posición de la masa en el momento en que se devuelve en cada oscilación.

Conclusiones: Responda en su cuaderno: ¿Cuándo se hace presente la energía potencial elástica? ¿Cuándo se presenta la energía cinética? ¿En qué momento podemos decir que el resorte no tiene energía acumulada? ¿Qué pasa con la energía que tenía el resorte acumulada? ¿Cuándo se puede decir que la masa no tiene energía? ¿Qué pasa con la energía que tenía la masa?

2. Conducción de calor.

Objetivo: Determinar cuales son los materiales que mejor conducen el calor.

Materiales: barras o cucharas de diferentes materiales pero todas iguales, una barra de mantequilla, unos confites pequeños, un recipiente resistente al calor, agua caliente.

Metodología: Coloque pequeñas porciones de mantequilla en los extremos superiores de las barras o de las cucharas. Colóquelas en el recipiente y luego coloque el agua caliente dentro de él, cuidado de no quemarse.

Resultados: Haga una tabla en la cual indique cada uno de los materiales de los que están hechas las cucharas o las barras y anote a cuál material se le cayó primero el confite.

Conclusiones: Responda las siguientes preguntas: ¿para qué sirve la mantequilla?, ¿a cuál material se le cayó primero el confite y a cuál se le cayó de último?, ¿por qué ocurre eso?. Explique cuál material es mejor conductor y por qué lo dice?

3. Manifestaciones de la energía.

Objetivo: Identificar algunas de las manifestaciones de la energía.

Materiales : caja de fósforos, resorte de cuaderno, empaque cilíndrico de película de 35 mm, cuadro de papel de construcción, hoja de papel, regla de plástico, una candela y un gramo de limaduras de hierro.

Metodología: coloque el resorte de cuaderno dentro del empaque cilíndrico, comprímalo y tape el empaque. Luego, destápelo y observe como se comporta el resorte. Encienda la vela con un fósforo, péguela en un cuadro de papel de construcción con unas gotas de parafina derretida. Tome una pizca de limaduras de hierro y espolvoréelas sobre la llama. Observe lo que sucede. Recorte pedacitos de papel, déjelos sobre la mesa. Friccione la regla de plástico sobre su cabello y rápidamente acérquela a los trocitos de papel y observe lo que sucede. Friccione de nuevo la regla de plástico sobre su cabello y acérquela a su brazo, observe lo que sucede a los "bellos" de su brazo.

Conclusiones: Escriba el nombre de la forma de manifestación de energía que se presentó en cada uno de los casos que se le presentaron anteriormente.

4. Conductores eléctricos.

Objetivo: Determinar cuales materiales son buenos conductores eléctricos.

Materiales: trozos de cable conductor con los extremos "pelados", un bombillo colocado sobre un soporte o "soquet", trozo de hule, trozo de madera, trozo de aluminio, trozo de grafito (se puede obtener de la parte interna de un lápiz), trozo de tela de algodón, y otros materiales que se quieran probar si conducen, un enchufe.

Metodología : Forme un circuito con el enchufe y dos de los cables de cobre, pegue uno de los extremos de ese cable a la base del bombillo, la otra conexión del bombillo debe colocarle un alambre suelto. Verifique que los extremos abiertos de los cables estén pelados. Entre estos extremos coloque los materiales que serán probados y luego enchufe a un tomacorriente.

Conclusiones: Responda las siguientes preguntas. ¿Con qué materiales se logró cerrar el circuito para que pasará la corriente al bombillo? ¿Cómo lo comprobó? ¿Qué materiales resultaron ser buenos conductores y cuáles fueron malos?

1- Identificar en el siguiente diagrama, de acuerdo a la descripción, el tipo o tipos de energía que representa.

2- Correlacione en el siguiente cuadro, diferentes tipos de energía con la fuente o fuentes de origen. Marque con una X en el recuadro.