Practica 2 formas de energía y cambios energeticos PDF

Preview

Summary

FECHA DE REALIZACIÓN: 10/02/FECHA DE ENTREGA: 15/02/REPORTE DE PRÁCTICANumero De Practica: 02Nombre de Practica: FORMAS DE ENERGÍA Y CAMBIOSENERGÉTICOSID NOMBRE DEL ALUMNO00000180902 Ricardo Gregorio Armenta JocobLABORATORIO DE TERMODINÁMICA ELECTROMAGNETISMOInstituto tecnológico de sonora Departame...

Description

Instituto tecnológico de sonora Departamento de ingeniería civil Enero-Mayo 2021, Profesor: Ángel Octavio Ambrosio López

LABORATORIO DE TERMODINÁMICA ELECTROMAGNETISMO

FECHA DE REALIZACIÓN: 10/02/2021 FECHA DE ENTREGA: 15/02/2021

REPORTE DE PRÁCTICA

Numero De Practica: 02

Nombre de Practica: FORMAS DE ENERGÍA Y CAMBIOS ENERGÉTICOS

ID

NOMBRE DEL ALUMNO

00000180902

Ricardo Gregorio Armenta Jocob

INTRODUCCIÓN

En la vida cotidiana se hace uso frecuente de las palabras energía y trabajo, pero ¿qué significan? Energía. En determinadas condiciones, los cuerpos (objetos, plantas, animales o personas) poseen energía. La energía se puede entender como la posibilidad que tiene un cuerpo de producir algún cambio, acción o efecto en sí mismo o sobre otro cuerpo. Tales cambios pueden ser movimiento, calentamiento, o alteraciones en el estado de dichos cuerpos. La energía interviene en todos los cambios que ocurren en el Universo, y se precisa para calentar, iluminar, deformar, mover, y para que la vida sea posible. Se llama energía a la capacidad que tiene un cuerpo de producir algún tipo de cambio en sí mismo o en otro cuerpo. Por tanto, los cuerpos poseen energía, y dicha energía les permitiría ser capaces de producir cambios o efectos en sí mismos o en otros cuerpos. Ahora bien, para desencadenar ese cambio, la energía que acumula un cuerpo debe ser liberada, o transferida a otro cuerpo. Se puede decir que hay dos formas de transferir la energía entre los cuerpos, o dicho de otra forma, que la energía produce dos tipos de acciones o cambios sobre los cuerpos: trabajo y calor. Ejemplo 1: las personas poseen energía (obtenida de los alimentos). Esta energía tiene la posibilidad de producir un cambio en una caja (su movimiento), cuando sea transferida a la caja mediante la aplicación de una fuerza. Ejemplo 2: un bolígrafo situado a una cierta altura posee energía, que se puede liberar dejándolo caer. La energía liberada provoca un efecto en el bolígrafo, que es su cambio de posición debido a su caída. FORMAS DE ENERGÍA Energía mecánica. (Em) Se trata de la energía que poseen los cuerpos debido a su posición y/o a su movimiento.

Energía térmica o calorífica. Se trata de la energía presente en un cuerpo debido a su temperatura. La energía térmica se debe al movimiento vibratorio de las partículas que forman la materia (a mayor temperatura, las partículas que forman el cuerpo se mueven (o vibran) con mayor velocidad, por lo que tendrán más energía). La energía térmica se transfiere de un cuerpo que está a mayor temperatura a un cuerpo que está a menor temperatura, en forma de calor. Existen tres formas de transferencia del calor entre los cuerpos: conducción, convección y radiación.

Energía química. Es la energía almacenada en los enlaces químicos que mantienen unidos los átomos y moléculas de la materia. Dicha energía se libera al reaccionar dos o más productos químicos para formar otro distinto. Algunos ejemplos: digestión de los alimentos por parte de los seres vivos, combustión del carbón, petróleo, gas, o madera, utilización de pilas y baterías en circuitos eléctricos, etc

Energía eléctrica. Energía asociada a la corriente eléctrica (cargas eléctricas en movimiento). Se trata de la forma de energía más versátil, ya que se puede transformar en otras formas de energía muy fácilmente.

TRANSFORMACIONES DE ENERGÍA Los cuerpos poseen energía en formas muy diversas. Pues bien, la energía se encuentra en constante transformación. Todas las formas de energía son convertibles, pasando de unas a otras. Ejemplos: Al arder la madera, la energía química de la misma se transforma en térmica y luminosa. Al girar las aspas de un aerogenerador, la energía mecánica del viento se transforma en energía eléctrica.

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA. La energía fluye entre los cuerpos transformándose de una forma en otra, transfiriéndose de un cuerpo a otro, generando cambios en los cuerpos, etc. Ahora bien, en las sucesivas transformaciones energéticas, la energía no se agota. La energía total permanece constante; es decir, la energía es la misma antes y después de cada transformación. A esta idea se le llama principio de conservación de la energía, y dice que “la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”. DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA La energía se puede transformar de unas formas en otras, sin que ello suponga que la energía se agote o se destruya. Sin embargo, en estas transformaciones la energía se degrada, pierde calidad. En toda transformación parte de la energía se convierte en calor, que es una forma de energía de menor calidad, menos aprovechable, porque no se puede transformar en otras formas de energía fácilmente. Se dice entonces que el calor, que se genera en toda transformación como un residuo, es una forma degradada de energía. Ejemplos: Parte de la energía eléctrica se pierde en forma de calor, al pasar por una resistencia. La energía mecánica se degrada en forma de calor, por choque o rozamiento.

ANTECEDENTES TEÓRICOS

La historia del hombre es la historia de la búsqueda permanente de fuentes de energía y de sus formas de aprovechamiento, con el propósito humano de servirse del ambiente. En su devenir la humanidad ha ido generando distintos modelos energéticos (preagrícola, agrícola, agrícola avanzado, preindustrial, industrial e industrial avanzado) que tienen un denominador común, ya que están condicionados por sus fuentes de energía y su aprovechamiento. Además, siempre que se pasó de un modelo a otro se ha registrado un incremento del consumo de energía per cápita así como de su consumo global. A l hablar de la evolución de las especies, lo habitual es referirse a lo que diferencia al hombre de los animales. Mientras que éstos se han adaptado al ambiente, el hombre logró actuar sobre él. No obstante, no se acostumbra a observar que todos los seres vivos están caracterizados por un denominador común, que es su balance energético. Éste proviene del alimento que sostiene la química de la vida, se disipa en pérdidas de calor y, en el caso del hombre, le permite aprovechar un 20% de la energía captada bajo la forma de energía mecánica, hecho éste también extensivo a otros animales. Si el balance energético es negativo, el individuo, o bien la especie o la civilización, comienza a apelar a sus reservas y, si ello continúa, el individuo, la especie o la civilización perecen. La historia de la humanidad consiste en la historia de la búsqueda de fuentes de energía y de sus formas de aprovechamiento en el inacabado propósito de servirse del ambiente. Evolución es pues, aprovechamiento creciente de energía y valor constante de ésta, independiente de la época, dado por la alimentación (sólo variable por desigualdad socioeconómica), como se verá seguidamente. Según lo expuesto por Leslie White(3), decimos: “La historia de la civilización es la del dominio de las fuerzas de la naturaleza por medios culturales, de tal forma que la cultura evoluciona conforme aumenta la energía aprovechada per cápita en un dado período y la eficiencia de los medios instrumentales para servirse de ella”. Dicho de otro modo, el proceso evolutivo no ha cesado y la energía es su eje vector.

OBJETIVO DE LA PRACTICA

Observar los diferentes tipos de energía y su transformación utilizando como herramienta la página web de PHET simulaciones.

DESARROLLO 1. ¿Es posible hervir el agua? ¿Es posible congelar el agua? (Asegúrate

colocar el medidor de temperatura para que tengas una guía.) ¿Qué necesitas hacer para realizar estos cambios?

1.-Si el agua hervir porque cuando se calienta un líquido, alcanza eventualmente una temperatura en la cual la presión del vapor es lo bastante grande que se forman burbujas dentro del cuerpo del líquido. Esta temperatura se llama punto ebullición. 2.-Si el agua se puede congelar porque Cuando el agua se enfría, se contrae su volumen, como sucede en todos los cuerpos, pero al alcanzar los 4ºC cesa la contracción y su estructura se dilata hasta transformarse en hielo en el punto de congelación. Por eso el hielo es menos denso que el agua y flota sobre ella. 3.-Se necesita aplicar algún tipo de energía para que se produzca un cambio. 2. Enfría el agua tanto como sea posible, luego agrega calor y observa. Haz

una lista de por lo menos tres cosas que has notado (Asegúrate de que el cuadro de símbolos de energía esté marcado). 1.- el agua empieza a subir su temperatura 2.- el agua empieza a almacenar la energía que recibe de la fogata 3.- al llegar a su punto de ebullición el agua empieza a desprender energía y vapor

3. Agrega calor al hierro hasta que alcance la temperatura máxima y anota su

cantidad de energía, después haz lo mismo con el ladrillo. ¿Cuál puede tener más energía? ¿Cómo pierden su energía después de calentarlos? En su estado inicial a temperatura ambiente el hierro tenía mayor energía contenida en su interior que el ladrillo

Después de aplicarle calor, el ladrillo empezó a desprender primero la energía que el hierro, aparte el ladrillo llego primero a la máxima temperatura que marca el termómetro que el hierro, el hierro puede almacenar más energía que el ladrillo

4. Agrega un trozo de hierro calentado a agua a temperatura ambiente. Describe con detalle lo que sucede a continuación. El principio cero de la termodinámica es una ley fenomenológica para sistemas que se encuentran en equilibrio térmico. En palabras simples, el principio dice que si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan.

5. Coloca el ladrillo encima de la plancha y aplícale calor. Describe lo que está

sucediendo. Este empieza a recibir y almacenar la energía que recibe por parte de la fogata, al llegar a su capacidad máxima empieza a desprenderla energía.

6. Toma el mismo conjunto de la cuestión anterior, y en lugar de calentarlo,

enfríalo. Describe lo que le sucede. Este pierde su energía y temperatura muy rápidamente y quedo solo con 1 de energía

7. Una vez que el ladrillo y el hierro se enfrían, ¿tienen la misma energía térmica? ¿Tienen la misma temperatura? ¿El agua a temperatura ambiente tiene más o menos energía térmica?

El bloque de hierro tiene mas energía que el ladrillo y el agua a temperatura ambiente tiene mayor cantidad de energía que los dos bloques, todos tiene la misma temperatura.

8. Ahora vamos a recopilar en una tabla los cuadros que representan la energía del material antes de calentarlo o enfriarlo. Mide el valor de la energía después de llevarlo a los niveles máximos de temperatura. Anota tus conclusiones en el cuadro de observaciones. Material

Energía Inicial

Temp

Calor

Energía Final

Observaciones

Frío

Ladrillo

2

25

0

22

Adquiere mucha más energía térmica y la empieza a desprender cuanto llego a su capacidad máxima

Hierro

4

25

0

31

Adquiere mucha más energía térmica y la empieza a desprender cuanto llego a su capacidad máxima

Agua

33

25

0

47

Cuando el agua tiene una temperatura de 100°c deja de almacenar energía térmica

Para acabar este apartado vas a resolver un problema de energía térmica, dice así...Si calentamos nuestro recipiente que contiene 3 litros de agua desde una temperatura inicial de 25ºC hasta una temperatura final de 75ºC. ¿Cuánta energía térmica se habrá acumulado en el recipiente? Expresa el resultado en kJ. Recuerda que puedes consultar el apartado de Tipos de energía sección Energía térmica para resolver este problema.

Energía térmica acumulada en el recipiente en kJ

Agua a 25ºC

Agua a 75ºC

43 kJ

Actividad 2. Pestaña sistemas de energía:

1. Explora lo que significan los diferentes iconos que ves en la aplicación, asegúrate de hacer clic en la pestaña Símbolos de energía. ¿Qué significan los diferentes iconos?

2. ¿Cuáles son los diferentes tipos de energía que circulan? Para cada fuente de energía - describe la imagen y si hay alguna transferencia de energía. Te pongo de ejemplo la tetera, el generador y el depósito de agua. Haz tu lista a continuación:

Icono

Sistema de energía

Transfere ncia energética

Explicación

La tetera se calienta por medio de energía térmica mediante un hornillo, a continuación cuando empieza a E. térmica- hervir la tetera produce energía mecánica en forma de E. vapor de agua a presión y energía térmica que se libera TeteraMecánica- al ambiente ya que ha aumentado su temperatura. El Generado E. vapor de agua mueve las aspas de la turbina o molino r-Agua eléctrica-E. haciendo que se transforme la energía mecánica en Térmica eléctrica. Esta energía eléctrica sirve para encender un hornillo(resistencia) eléctrico que calienta el recipiente con agua transformándose en energía térmica. Sol-panel solargenerado r- foco

E. lumínicaE. eléctricaE. térmica

El sol manda energía lumínica al panel solar, el panel solar se encarga de enviar esta energía al generador de energía eléctrica para así llegar al foco como energía eléctrica el cual transforma la energía eléctrica a energía térmica para su funcionamiento y la desprende en su mayoría como energía lumínica y un poco térmica

Sol-panel solargenerado r

E. El sol manda energía lumínica al panel solar, el panel lumínicasolar se encarga de enviar esta energía al generador E. eléctrica de energía eléctrica para así llegar al foco como energía eléctrica y este lo desprende como energía lumínica

Sol-panel solargenerado r

E. Debido a la gran cantidad de nueves no llega a lumínicaenergía lumínica al panel E. eléctrica

Generad orbicicletapersonafoco

E. químicaE. eléctricaE. lumínicaE. térmica

La persona con su energía química que adquiere de la comida al pedalear empieza a dar energía mecánica al transformado y la convierte en energía eléctrica que se va a foco y el foco la desprende como energía luminosa

Generad orbicicletapersonafoco

E. químicaE. eléctricaE. térmica

La persona con su energía química que adquiere de la comida al pedalear empieza a dar energía mecánica al transformado y la convierte en energía eléctrica que se va a la estufa para convertir en energía térmica que adquiere el agua y el agua la desprende en energía térmica

TeteraE. trasforma térmicador-foco E. mecánicaE. eléctricaE. lumínica

La tetera se calienta por medio de energía térmica mediante un hornillo, a continuación cuando empieza a hervir la tetera produce energía mecánica en forma de vapor de agua a presión y energía térmica que se libera al ambiente ya que ha aumentado su temperatura. El vapor de agua mueve las aspas de la turbina o molino haciendo que se transforme la energía mecánica en eléctrica. Esta energía eléctrica sirve para encender el foco y el foco linera la energía como E. lumínica

AguaE. transform mecánicaador-foco E. lumínicaE. eléctricaE. termica

El agua produce energía mecánica y hace girar las aspas la cual hacen funcionar al trasformador y se crea energía eléctrica la cual va hacia el foco y la libera en su mayoría como energía luminosa y un poco de térmica

Aguapanel solarfoco

E. mecanica

Aquí no se produce nada

2. Compara los dos tipos de bombillas. ¿En qué se diferencian las CFL (lámparas fluorescentes compactas) de las bombillas incandescentes? ¿Cuál libera más energía térmica?, ¿Qué diferencias hay entre un proceso y el otro? Las bombillas CFL necesitan E. eléctrica para su funcionamiento y la liberan en su mayoría como E. lumínica, a diferencia de las bombillas incandescentes la E. eléctrica que reciben la transforman a E. térmica para su funcionamiento

3. Por qué no todas las combinaciones posibles encienden la bombilla o calientan el agua? En el caso del panel solar solo funciona con energía lumínica para poder funcionar

4. En la imagen de abajo hay un E con una línea punteada. (mirar lo que está sucediendo dentro de la rueda / generador o dinamo) Usando tus conocimientos de cómo funciona un generador, ¿qué crees que representa? Representa el cambio que está sufriendo la E. mecánica a E. eléctrica

Actividad 3: Cálculo de temperaturas: No sé si conoces esta película: Fahrenheit 451. De no ser así te recomiendo que veas el tráiler (2min) de la misma que tienes en la presentación de la tarea y que a continuación respondas a las siguientes preguntas: Busca información de la película y realiza una ficha técnica de la misma que contenga: director, actores, año de la película, sinopsis y resumen de la misma. Explica el significado del título de la película. Cómo se llamaría la película en la escala Celsius y Kelvin? ● ● ● ● ●

Título: Fahrenheit 451 Autor: Ray Bradbury Editorial: Debolsillo ISBN: 9788490321478 Precio: 9.95

Sinopsis Fahrenheit 451 cuenta la historia de un sombrío y horroroso futuro. Montag, el protagonista, pertenece a una extraña brigada de bomberos cuya misión, paradójicamente, no es la de sofocar incendios, sino la de provocarlos para quemar libros. Porque en el país de Montag está terminantemente prohibido leer. Porque leer obliga a pensar, y en el país de Montag está prohibido pensar. Porque leer impide ser ingenuamente feliz, y en el país de Montag hay que ser feliz a la fuerza.

Los libros sólo existían en papel cuando Bradbury escribió su obra más célebre. 451 grados Fahrenheit son los grados a los que arde el papel. Bradbury imagina una sociedad con una casta destructora de toda cultura, con bomberos dedicados a provocar incendios para quemar libros. Y es que, como dijo el poeta Joan Margarit, “la libertad es una librería”, y sin leer nunca seremos libres Nombre de la película en grados °c y °k Celsius 232.778 Kelvin 505.928

CONCLUSIÓN La energía es la capacidad que tienen los cuerpos para producir algún efecto, mediante la realización de un trabajo o la transferencia de calor. La energía es ese “algo” que fluye de aquí para allá entre los cuerpos, de forma que cuando se transfiere de un cuerpo a otro, se producen cambios en ellos (movimiento, calor, luz, reacciones químicas, cambio de estado, etc.) Por ejemplo. Al patear un balón se produce una transferencia de energía en forma de trabajo entre dos cuerpos, el futbolista y el balón, Aunque tras el golpe ya no hay fuerza ejercida por parte del futbolista (ya no hay trabajo), el balón sigue rodando por el campo, gracias a la energía que ha obtenido del futbolista tras el golpe. El balón se va frenando mientras rueda por el campo, porque la energía que lo hace moverse se va perdiendo en forma de calor (por el rozamiento del balón con el suelo). Al final, el balón se detiene, porque ha trasferido toda su energía al suelo en forma de calor....