3.1. TERMOMETRÍA, CALORIMETRÍA, ENERGÍA, TRABAJO Y CALOR.
·
Termometría:
La termometría consisten utilizar el termómetro,
que es un instrumento que se basa en el cambio de alguna propiedad de la
materia debido al efecto del calor; así se tiene el termómetro de mercurio y de
alcohol, que se basan en la dilatación, los termopares que deben su funcionamiento
al cambio de la conductividad eléctrica, los ópticos que detectan la variación
de la intensidad del rayo emitido cuando se refleja en un cuerpo caliente.
Para poder construir el termómetro se utiliza el Principio Cero de la Termodinámica que dice: "Si un sistema A que
está en equilibrio térmico con un sistema B, está en equilibrio térmico también
con un sistema C, entonces los tres sistemas A, B y C están en equilibrio
térmico entre sí".
· Calorimetría
La calorimetría mide el calor en una reacción química o un cambio
de estado usando un instrumento
llamado calorímetro. Pero también
se puede emplear un modo indirecto calculando el calor que los organismos vivos
producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea
en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.
ΔU =
cambio de energía interna
Como la presión no se mantiene constante, el calor
medido no representa el cambio de entalpía.
· Energía
El término energía tiene
diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad
para obrar, transformar o poner en movimiento.
En física, «energía» se define como la
capacidad para realizar un trabajo.
En tecnología y economía,
«energía» se refiere a un recurso (incluyendo
a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla y darle un uso
industrial o económico.
La energía se define como la
capacidad de realizar trabajo, de producir movimiento, de generar cambio. Es
inherente a todos los sistemas físicos, y la vida en todas sus formas, se basa
en la conversión, uso, almacenamiento y transferencia de energía.
Puede presentarse como energía
potencial (energía almacenada) o como energía cinética (energía en acción),
siendo estas dos formas interconvertíbles, es decir, la energía potencial
liberada se convierte en energía cinética, y ésta cuando se acumula se
transforma en energía potencial. La energía no puede ser creada ni destruida,
sólo transformada de una forma en otra (Primera Ley de la Termodinámica).
La energía es una propiedad asociada
a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren
en la naturaleza.
La energía se manifiesta en los
cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o
calentarlo.
La energía está presente también en
los cambios químicos, como al quemar un trozo de madera o en la descomposición
de agua mediante la corriente eléctrica.
Flujo de energía
El flujo de energía es el aprovechamiento
de los productos primarios y secundarios por organismos que a su vez utilizaron consumidores primarios herbívoros de los cuales se alimentan los consumidores secundarios
o carnívoros.
La energía es básica para el funcionamiento de cualquier
ecosistema. Gracias a las diferentes interacciones que se dan entre diferentes
organismos, la energía fluye de especie a especie. Sin embargo, a medida de que
esta va entrando al ecosistema, su cantidad disminuye. La cantidad de nutrientes y energía en la Tierra es muy pequeña, y por eso tiene diferentes ciclos.
El ciclo empieza en los productores,
los cuales captan la luz solar, y la utilizan en un ciento por ciento. Luego,
al ser consumidos por un consumidor del primer orden, el diez por ciento
aproximadamente de esa energía pasa a ese ser vivo. Si seguimos con la cadena
trófica, nos encontramos con los consumidores de segundo orden que, al
alimentarse de los del primer orden, toman también un diez por ciento de su
energía, lo que sería un uno por ciento de la original.
El siguiente eslabón son los
consumidores de tercer orden, que obtienen un 0,1% de la energía primeramente
obtenida por el productor. Así, los descomponedores nada más pueden sacar el
0,01% de la energía, lo que significa que esta se pierde a medida que se avanza
en la cadena
alimentaria, o sea,
se libera al ambiente en otras formas de energía, tales como la térmica. La
energía primaria proviene del sol.
Los niveles tróficos son el tipo de
clasificación según el tipo de alimentación que tiene cada especie. Son:
- Autótrofos o productores
- Heterótrofos o consumidores:
- Consumidores
- Descomponedores
Los productores
Constituyen el primer nivel trófico.
Toman la energía del sol y la transforman en moléculas orgánicas ricas en carbohidratos, lípidos y azúcares. Los principales productores en los diferentes ecosistemas
son:
Los consumidores
Son aquellos que se clasifican en:
- Consumidores Primarios (herbívoros).- Se alimentan de los organismos productores.
- Consumidores Secundarios (carnívoros).- Se alimentan de herbívoros.
- Consumidores Terciarios.- Se alimentan de los consumidores secundarios.
- Descomponedores.- Son principalmente bacterias y hongos. Se alimentan de los seres muertos, y de sus desechos; así forman una conexión entre lo orgánico y lo inorgánico.
1. Energía Eléctrica
La
energía eléctrica es la energía resultante de una diferencia de potencial entre
dos puntos y que permite entablar una corriente eléctrica entre los dos, para
obtener algún tipo de trabajo, también puede transformarse en otros
tipos de energía entre las que se encuentran energía luminosa
o luz, la energía mecánica y la energía térmica.
2. Energía lumínica
La energía luminosa
es la fracción que se percibe de la energía que trasporta la luz
y que se puede manifestar sobre la materia de diferentes maneras tales como
arrancar los electrones de los metales, comportarse como una onda o como si fuera materia,
aunque la más normal es que se desplace como una onda e interactúe con la
materia de forma material o física, también añadimos que esta no debe
confundirse con la energía radiante.
3. Energía mecánica
La energía mecánica se
debe a la posición y movimiento de un cuerpo y es la suma de
la energía potencial, cinética y energía elástica de
un cuerpo en movimiento. Refleja la capacidad que tienen los cuerpos con masa
de hacer un trabajo. Algunos ejemplos de energía mecánica los podríamos encontrar
en la energía hidráulica, eólica y mareomotriz.
4. Energía térmica
La energía térmica es
la fuerza que se libera en forma de calor, puede obtenerse mediante la
naturaleza y también del sol mediante
una reacción exotérmica como podría ser
la combustión de los combustibles, reacciones nucleares
de fusión o fisión, mediante
la energía eléctrica por el efecto denominado Joule o por ultimo
como residuo de otros procesos químicos o mecánicos.
También es
posible aprovechar energía de la naturaleza que se encuentra en
forma de energía térmica calorífica, como la energía
geotérmica o la energía solar fotovoltaica.
5. Energía Eólica
Este
tipo de energía se obtiene a través del viento, gracias a
la energía cinética generada por el efecto de corrientes de
aire.
Actualmente
esta energía es utilizada principalmente para producir electricidad o
energía eléctrica a través de
aerogeneradores, según estadísticas a finales de 2011 la
capacidad mundial de los generadores eólicos supuso 238 gigavatios,
en este mismo año este tipo de energía genero alrededor del 3% de
consumo eléctrico en el mundo y en España el 16%.
6. Energía Solar
El espectro
electromagnético de la luz solar en la superficie terrestre está ocupado
principalmente por luz visible y rangos de infrarrojos con
una pequeña parte de radiación ultravioleta. La radiación que es absorbida
por las nubes, océanos, aire y masas de tierra incrementan la temperatura
de estas.
7. Energía nuclear
Esta energía es
la liberada del resultado de una reacción nuclear, se puede obtener mediante
dos tipos de procesos, el primero es por Fusión Nuclear (unión de núcleos
atómicos muy livianos) y el segundo es por Fisión Nuclear (división de
núcleos atómicos pesados).
8. Energía cinética
La energía cinética
es la energía que posee un objeto debido a su movimiento, esta
energía depende de la velocidad y masa del objeto según la ecuación E =
1mv2, donde m es la masa del objeto y v2 la velocidad del mismo elevada al
cuadrado.
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.
9. Energía potencial
En
un sistema físico, la energía
potencial es energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema
para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o
configuración. Puede pensarse como la energía almacenada en
el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar.
Suele
abreviarse con la letra U o Ep.
10. Energía Química
Esta energía es
la retenida en alimentos y combustibles, Se produce debido a la
transformación de sustancias químicas que contienen
los alimentos o elementos, posibilita mover objetos o
generar otro tipo de energía.
11. Energía Hidráulica
La energía hidráulica o energía hídrica
es aquella que se extrae del aprovechamiento de
las energías (cinética y potencial) de la corriente de
los ríos, saltos de agua y mareas, en algunos casos es un tipo
de energía considerada “limpia” porque su impacto ambiental suele ser
casi nulo y usa la fuerza hídrica sin represarla en otros es solo
considerada renovable si no sigue esas premisas dichas anteriormente.
12. Energía Sonora
Este
tipo de energía se caracteriza por producirse debido a
la vibración o movimiento de un objeto que hace vibrar también el
aire que lo rodea, esas vibraciones se transforman en
impulsos eléctricos que nuestro cerebro interpreta en sonidos.
13. Energía Radiante
Esta
energía es la que tienen las ondas electromagnéticas tales como la luz
visible, los rayos ultravioletas (UV), los rayos infrarrojos (IR),
las ondas de radio, etc.
14. Energía Fotovoltaica
La energía fotovoltaica
y sus sistemas posibilitan la transformación de luz solar
en energía eléctrica, en pocas palabras es la conversión de
una partícula luminosa con energía (fotón) en una energía
electromotriz (voltaica).
La
característica principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, un dispositivo construido de
silicio (extraído de la arena común).
15. Energía de reacción
Es
un tipo de energía debido a la reacción química del contenido energético
de los productos es, en general, diferente del correspondiente a los
reactivos.
16. Energía iónica
La
energía de ionización es la cantidad de energía que se necesita para separar el
electrón menos fuertemente unido de un átomo neutro gaseoso en
su estado fundamental.
17. Energía geotérmica
Esta
corresponde a la energía que puede ser obtenida en base al
aprovechamiento del calor interior de la tierra, este calor se debe a varios
factores entre los más importantes se encuentran el gradiente geotérmico,
el calor radiogénico, etc. Geotérmico viene del griego geo, “Tierra”, y thermos, “calor”;
literalmente “calor de la Tierra”.
18. Energía mareomotriz
Es
la resultante del aprovechamiento de las mareas, se debe a la diferencia
de altura media de los mares según la posición relativa de la Tierra y la Luna
y que como resultante da la atracción gravitatoria de esta
última y del sol sobre los océanos.
19. Energía electromagnética
La energía electromagnética se
define como la cantidad de energía almacenada en una parte del
espacio a la que podemos otorgar la presencia de un campo electromagnético y
que se expresa según la fuerza del
campo eléctrico y magnético del mismo.
En
un punto del espacio la densidad de energía electromagnética depende
de una suma de dos términos proporcionales al cuadrado de las intensidades de
campo.
20. Energía metabólica
Este
tipo de energía llamada metabólica o de metabolismo es
el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en
una célula. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de
la vida a nivel molecular, y permiten las diversas actividades de
las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder
a estímulos, etc.
21. Energía hidroeléctrica
Este
tipo de energía se obtiene mediante la caída de agua desde
una determinada altura a un nivel inferior provocando así el
movimiento de mecanismos tales como ruedas hidráulicas o turbinas,
Esta hidroelectricidad es considerada como un recurso natural, solo disponible
en zonas con suficiente cantidad de agua.
En
su desarrollo se requiere la construcción de presas, pantanos,
canales de derivación así como la instalación de
grandes turbinas y el equipamiento adicional necesario para generar esta
electricidad.
22. Energía Magnética
Esta energía que
se desarrolla en nuestro planeta o en los imanes naturales. es la consecuencia
de las corrientes eléctricas telúricas producidas en la tierra como
resultado de la diferente actividad calorífica solar sobre la superficie
terrestre, y deja sentir su acción en el espacio que rodea la tierra
con intensidad variable en cada punto
23. Energía Calorífica
La energía calorífica es la manifestación
de la energía en forma de calor. En todos los materiales los átomos que
forman sus moléculas están en continuo movimiento ya sea trasladándose o
vibrando. Este movimiento implica que los átomos tienen una determinada energía
cinética a la que nosotros llamamos calor o energía calorífica.
OXIDO - REDUCCION
OXIDACIÓN
La oxidación ocurre cuando una especie química
pierde electrones y al mismo tiempo, aumenta su número de oxidación.
Oxidación = Pérdida de electrones = Aumento del
número de oxidación
REDUCCIÓN
La reducción ocurre cuando una especie química gana
electrones y simultáneamente disminuye su número de oxidación.
En resumen:
Reducción = Ganancia de electrones = Disminución del
número de oxidación
EJEMPLOS
La corrosión de cualquier objeto de hierro que está
a la intemperie (alambres, barandillas, vallas...) es una oxidación. Es cuando
se tornan de ese color rojizo o anaranjado y la superficie se vuelve áspera.
También el cambio de color de un trozo de carne
fresca. Un filete de aspecto rojizo tomará un color pardo si está en contacto
con el aire durante un tiempo.
Las grasas y azúcares que ingieres se oxidan en el
interior de tus células para producir energía.
Cualquier combustión es una oxidación. Cuando algo
arde, se está oxidando: un cigarrillo encendido (papel y tabaco oxidándose), el
gas de la cocina encendido (gas oxidándose), el combustible de un motor
ardiendo (se oxida la gasolina o gasóleo), una hoguera (la madera se oxida a
CO2 + agua si la combustión es perfecta), etc.
En mecánica clásica, el trabajo que realiza
una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía
necesaria para desplazar este
cuerpo.1 El trabajo es
una magnitud física escalar que se representa con la letra
(del inglés Works) y se expresa en unidades
de energía, esto es en julios o joule (J) en el Sistema Internacional de Unidades.
Ya que por definición el trabajo es
un tránsito de energía,2 nunca
se refiere a él como incremento de trabajo, ni se simboliza como ΔW.
Matemáticamente se expresa como:
Donde
es el módulo de la fuerza,
es el desplazamiento y
es el ángulo
que forman entre sí, la vector fuerza y el vector desplazamiento
(véase dibujo).
Cuando el vector fuerza es perpendicular al vector desplazamiento del cuerpo
sobre el que se aplica, dicha fuerza no realiza trabajo alguno. Asimismo, si no
hay desplazamiento, el trabajo también será nulo.
No hay comentarios:
Publicar un comentario