Disco de Maxwell - Centro de Ciencia Principia

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Desde el comienzo de su existencia, el ser humano ha utilizado la energía para subsistir. El descubrimiento del
fuego proporcionó al hombre la posibilidad de cocinar sus alimentos y fabricar utensilios. Aprovechó su fuerza
muscular y la de los animales, aprendiendo a utilizar el movimiento como forma de energía. Después, usó la
energía del viento, la de las aguas de los ríos y la de las corrientes marinas.
Con el invento de la máquina de vapor en el siglo XVIII se consiguió que los motores funcionaran en forma
permanente. Se inicia así la revolución industrial y el comienzo de la vida moderna.
La humanidad consume actualmente cincuenta veces más energía que hace un siglo. El consumo energético
de un país es uno de los indicadores del nivel de su desarrollo económico, de su actividad industrial y nivel de
vida de sus habitantes.
Todo lo que hacemos necesita energía y ésta se presenta en diversas formas. Cuando se realiza trabajo se
consume energía. En una comunidad biológica, la energía pasa de los organismos productores a los organismos
consumidores por medio de las cadenas alimenticias. La energía hace posible la producción de alimentos,
viviendas, luz, comunicaciones, transporte,…
Siempre que la energía de un sistema cambia, se produce la aparición o desaparición de esta energía en otro
lugar. Es decir, la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Este hecho lo recoge uno de los principios
más importantes de la ciencia, la ley de la conservación de la energía, que en este módulo trataremos.
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ANTES
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La energía, el trabajo y la potencia son conceptos físicos que están íntimamente relacionados pero, ¿qué diferencias
hay entre ellos?
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¿Qué unidades de energía y potencia conoces?_______________________________________________________________
Tradicionalmente se conocen distintas formas de energía, escribe en cada cuadro el nombre correspondiente
a su definición:
Energía _________________:
la que tienen los cuerpos
debido a su movimiento, su
p o s i c i ó n o e s ta d o d e
deformación
Energía _________________:
es la acumulada en los
enlaces químicos. Se pone
en juego en las reacciones
químicas.
Energía _________________:
la que está en forma de
r a d i a c i o n e s
electromagnéticas.
Energía _________________:
Energía _________________ :
es la acumulada en las
partículas del núcleo de los
átomos.
FORMAS DE
ENERGIA
es la energía de las
partículas que componen el
sistema, debido a las
interacciones entre ellas y
al movimiento relativo de
unas respecto a otras.
¿De qué factores depende la energía cinética?_____________________________________________________________________
¿Qué es la energía potencial?____________________________________________________________________________________
Existen distintos tipos de energía potencial, pero las más importantes son la energía potencial gravitatoria y la energía
potencial elástica, ¿podrías definirlas?
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¿Qué es la energía mecánica? ¿Cuál es su famoso principio de conservación? ¿En qué casos es válido?
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En los sistemas disipativos, en los que el rozamiento convierte parte de la energía mecánica en calor, ¿cómo escribirías
este principio?
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A nivel microscópico este calor que se pone de manifiesto por un aumento de temperatura. ¿A qué se debe?
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Observa el módulo y describe de qué consta el disco de Maxwell.
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Enrolla las cuerdas y eleva el disco. ¿Qué tipo de energía posee?
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Si lo dejas caer, ¿qué ocurre?______________________________________________________________________
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A lo largo de su recorrido, ¿en qué posición se mueve el disco más rápido y en cuál lo hace más lentamente?
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Si enrollas la cuerda sólo hasta la mitad y lo dejas caer, ¿hasta dónde sube después?
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DESPUÉ
En el movimiento del disco de Maxwell, ¿se conserva la energía? ¿Por qué se termina parando?______________
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¿Qué juguetes conoces cuyo funcionamiento se base en el disco de Maxwell?____________________________
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Indica qué tipo de energía, cinética, potencial o ambas, poseen los siguientes sistemas:
EC
EP
UN NIÑO PARADO EN LO ALTO DE UN TOBOGÁN
UN NIÑO DESLIZÁNDOSE POR EL TOBOGÁN
UN COCHE MOVIÉNDOSE EN UN LLANO
UN TIRACHINAS
UN PÉNDULO EN MOVIMIENTO
¿Por qué al deslizarte por un tobogán te puedes "quemar"?______________________________________________
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¿Puede ser negativa la energía cinética? ¿Y la energía potencial?________________________________________
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Una de las cualidades más importantes de la energía es su capacidad de transformación. Indica qué
transformaciones de energía tienen lugar en los siguientes casos:
· Un saltador con pértiga_______________________________________________________________________________________
· El funcionamiento de un ventilador_____________________________________________________________________________
· El funcionamiento de una linterna____________________________________________________________________________
· La digestión de la comida_____________________________________________________________________________________
· En una central hidroeléctrica___________________________________________________________________________________
· La combustión de la gasolina en los cilindros de un coche_________________________________________________________
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Cuando hablamos de pérdida de energía, ¿es correcto físicamente? ¿Qué queremos decir con ello?__________
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Si la suma de las potencias de los aparatos eléctricos encendidos en una casa sobrepasa la potencia
contratada, "saltarán los plomos" y se interrumpirá el suministro eléctrico. Busca en el recibo de la luz
de tu casa la potencia contratada y escribe varias combinaciones de aparatos que se pueden encender
al mismo tiempo.
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Clasifica las siguientes fuentes de energía en renovables o no, y realiza un debate en clase sobre las
ventajas e inconvenientes de ambos tipos.
FUENTES DE ENERGÍA
RENOVABLES
NO RENOVABLES
EÓLICA
SOLAR
NUCLEAR DE FISIÓN
TÉRMICA
BIOMASA
HIDRÁULICA
¿Qué medidas podrías adoptar en tu vida cotidiana para ahorrar energía?_________________________________
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Investiga qué tipo de fuentes de energía son las más usadas actualmente. ¿Por qué? ¿Qué otros tipos de
fuentes de energía alternativa conoces? Indica sus ventajas e inconvenientes.
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Según la Teoría de la Relatividad de Einstein, ¿Cómo se relacionan los principios de conservación de la
masa y energía?
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Más del 85% de la energía consumida procede de combustibles fósiles (petróleo, carbón y gas natural). Es una
fuente de energía no renovable. La combustión de estos productos origina grandes cantidades de dióxido de
carbono (máximo responsable del aumento del efecto invernadero) y otros gases contaminantes que se emiten
a la atmósfera.
Otra fuente de energía no renovable son los isótopos uranio-235 y plutonio-239 usados en las centrales de fisión
nuclear. Es poco contaminante, pero produce residuos radiactivos muy peligrosos que duran miles de años y
cuyo almacenamiento plantea graves problemas. Los accidentes en estas centrales, como el de Chernobyl,
provocan una gran contaminación radiactiva.
Estos problemas no los tiene la energía de fusión nuclear, renovable y limpia, pero está aún en vías de experimentación
para su producción a gran escala.
Actualmente se están potenciando las llamadas energías alternativas como son la eólica, solar, biomasa, de las
mareas y geotérmica. El objetivo de la Comunidad Europea para el año 2010, es la obtención del 12% de la
energía a partir de fuentes renovables. A España le corresponde producir el 29,4% de la energía eléctrica con
este tipo de fuentes.
El utilizar el viento como fuente de energía se conoce desde muy antiguo. Existen molinos de viento desde hace
miles de años para obtener energía mecánica. En Babilonia, en el s. XVII a.C. ya se realizaron los primeros regadíos
utilizando la energía eólica.
Esta energía proviene de la energía solar ya que los rayos solares calientan la atmósfera de modo no uniforme,
provocando diferencias de temperatura que dan lugar a corrientes de aire. Esta energía cinética es aprovechada
por los aerogeneradores para producir electricidad.
Éstos también se llaman convertidores de energía (WEC´s, de "Wind Energy Converters"), ya que la energía
no puede ser creada, sino sólo transformada.
España ocupa el segundo puesto mundial en obtención de energía eólica, detrás de Alemania.
La biomasa es un combustible orgánico renovable de origen animal o vegetal. A cada tipo de biomasa corresponde
una tecnología diferente: la biomasa sólida (madera, cáscara de almendras, orujillo,…) se quema o gasifica, la
biomasa líquida, (aceites vegetales), se puede utilizar como biocarburante, y la biomasa húmeda (aguas residuales
urbanas e industriales y los residuos ganaderos) se puede convertir en gas de combustión.
A diferencia de las energías eólica y solar, la de la biomasa es fácil de almacenar. Sin embargo, opera con grandes
volúmenes de combustible que hacen complejo su transporte, utilizándose a nivel local y sobre todo rural.
La utilización de la biomasa en España tiene muy poco peso en la producción de energía eléctrica, sólo el 5,9%
se dedica a ello.
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