Momentos de esta propuesta:

1. 1Hablemos de la energía
2. 2Energía mecánica
3. 3 La energía mecánica no cambia
4. 4La energía asociada a la temperatura y a la electricidad
5. 5Energía y cambios químicos
6. 6Las máquinas que usan energía e hicieron historia
7. 7Evolución, virus y pandemias

 

La energía asociada a la temperatura

Si ponemos a calentar una olla llena de agua sobre la hornalla de la cocina, se observarán una serie de cambios que se dan en el tiempo. Primero, el agua va subiendo de a poco su temperatura; luego, aparecen burbujas en el líquido y el agua comienza a moverse. También podemos notar que, a veces, hace ruido. Al final, sale vapor de la olla. Si la olla quedara olvidada en el fuego, toda el agua se evaporaría hasta que finalmente la olla se vaciara por completo.

La olla aumenta su energía cuando recibe calor de la hornalla.

Imagen tomada de Pixabay.

El agua fría está aparentemente quieta dentro de la olla, pero a medida que se calienta aparecen algunos efectos más visibles: cambios del estado del agua (de líquido a vapor), movimiento, ruido. Estos efectos nos muestran que al haber recibido calor de la hornalla el agua tiene ahora una energía asociada a la temperatura, y que a mayor temperatura mayor es su energía. A esta energía se la llama energía térmica.

Es posible calcular la cantidad de energía térmica que ha recibido la olla si conocemos la cantidad de agua que hay en ella y las temperaturas iniciales y finales. Analicemos, con un poco de detalle.

La cantidad de energía que debe entregarse a la olla para poder llevarla de una temperatura a otra más alta dependerá de: la cantidad de agua en la olla y de cuánto queramos aumentar su temperatura.

Eso quiere decir que, si partimos de la misma temperatura, entonces un incremento mayor de temperatura requerirá más energía.

La temperatura del agua es mayor, cuanta más energía recibe

Imagen tomada de Pixabay.

Podemos expresar lo anterior, diciendo que: la cantidad de energía térmica que hay que entregar al agua es proporcional a la cantidad de agua y al aumento de temperatura que se desea lograr.

Habitualmente, solemos usar la palabra calor para referirnos a la energía térmica que se entrega a un objeto. Solemos decir que los cuerpos pierden o ganan calor cuando suben o bajan su temperatura. A diferencia de las energías cinética y potencial, que se expresan en Joule, la energía térmica y la cantidad de calor suelen medirse en calorías.

Ejemplo 5

Veamos un par de situaciones para calcular cuántas calorías usamos diariamente para calentar agua, por ejemplo, para cocinar.

a) Cuando se calienta medio litro (medio kilo = 500 g) de agua de 20 °C hasta 50 °C se aumentó la temperatura en 30 °C, entonces por cada gramo se necesitaron 30 calorías y para 500 g se usaron 15.000 calorías.

b) Cuando queremos llevar dos litros de agua (dos kilos = 2000 g) desde 20 °C hasta 50 °C su temperatura aumenta en 30 °C entonces hacen falta 60.000 calorías.

Las cantidades de calorías suelen ser de varios miles cuando se trata de calentar cantidades habituales de agua o líquidos similares, por eso, en lugar de usar calorías usamos kilocalorías (1 kcal = 1000 calorías), una unidad 1000 veces mayor. En los cálculos anteriores, podemos decir que se necesitaron, respectivamente, 15 kcal y 60 kcal. En las etiquetas de alimentos o en las dietas alimentarias se suelen usar las kcal pero expresadas como Cal (con C mayúscula) también llamadas “calorías grandes”.

 

✍️ | Actividad 6

Te pedimos que resuelvas el cálculo de energía térmica planteado a continuación.

¿Cuántas calorías harán falta para llevar el agua de la olla desde la temperatura a la que sale de la canilla (20 °C más o menos) hasta que hierva (100 °C)?

 

Energía y electricidad

En los circuitos eléctricos como los de tu casa, circula la corriente eléctrica, que posee una energía asociada, que puede generar diversos efectos:

• producir movimiento (por ejemplo, en una batidora);

• calentar (en una plancha);

• enfriar (en una heladera);

• producir sonido (en un timbre); o

• luz (en una lamparita).

Los artefactos usan energía eléctrica para funcionar.

Imagen tomada de Pixabay.

La energía eléctrica también se puede guardar o acumular en baterías y acumuladores, como los del auto o los del celular. Esa energía acumulada en las pilas se va consumiendo a medida que usamos el celular, y por eso es necesario volver a cargarlo conectándolo al enchufe.

Las pilas y las baterías "guardan" energía eléctrica para usarla cuando las conectás.

Imagen tomada de Pixabay.

Vimos que la energía mecánica se expresa habitualmente en Joule y que la energía térmica suele expresarse en calorías (o kilocalorías). Para el caso de la energía eléctrica, nos preguntamos: ¿qué unidades se usan para expresarla?

Al encender un artefacto, éste consume energía hasta que lo desconectamos. Por esa razón los fabricantes no indican la energía que consume, sino que nos indican, en la etiqueta, la potencia que consume. La potencia se expresa en Watt (W) y nos dice cuántos joule consume el artefacto por cada segundo que esté encendido.

Las etiquetas de los electrodomésticos permiten saber cuánta energía consumen.

Imagen tomada de Etiqueta de Eficiencia Energética.

Por ejemplo, un artefacto en cuya etiqueta se indiquen 1000 Watt (W) (podría ser una plancha) consume 1000 Joule en cada segundo que esté funcionando. Es decir que, si la tenemos prendida un minuto (60 seg), consumirá en total:

Energía consumida (en 1 minuto) = 1000 Watt x 60 seg = 60.000 Joule

Si tuviéramos la plancha encendida una hora, o su equivalente 3600 seg, será:

Energía consumida (en 1 hora) = 1000 Watt x 3600 seg = 3.600.000 Joule

Esta cantidad resulta muy grande para ser incluida en la boleta, por esa razón se ha creado una unidad que expresa lo mismo de manera más breve. Esa unidad es el kilowatt-hora. Veamos qué significa.

Si tenemos esta plancha que consume 1000 W o sea 1 kW (kilowatt), encendida una hora consumirá 1kWh (kilowatt x hora). De acuerdo a la cuenta anterior resulta que eso equivale a:

1kWh = 3.600.000 Joule

En la boleta de luz, podrás ver cómo expresa la empresa de energía el consumo realizado cada mes. En una primera mirada, vemos una cantidad (1) donde se indica el costo de la energía consumida. Este costo está expresado en pesos y nos indica cuánto cuesta ese consumo energético, pero no nos dice cuánta energía se consumió.

Un poco más abajo en la boleta, vemos un recuadro (2) que indica 1104 KWh. Esa es la cantidad de energía que se consumió, durante ese período, expresada en kWh. ¡Imaginate cuántos ceros tendría esta cantidad de energía si la expresáramos en Joule!

La boleta de una de las empresas distribuidoras, muestra toda la información de los consumos y expresa la energía consumida en kWh.

Imagen tomada del sitio oficial de Edesur.

 

✍️ | Actividad 7

Imaginando que el consumo de la casa hubiese sido solamente por tener encendida una plancha (cosa que seguro no es cierta): ¿Cuántas horas debería haber estado prendida, para que su consumo fuera el de la factura de la imagen, de 1104 KWh? (Recordá que la potencia de una plancha es aproximadamente de 1000 W).

Otra unidad que se utiliza para medir la energía, muy útil en procesos que implican grandes cantidades de energía, es el Gigawatt-hora (GWh). Por ejemplo, la energía eléctrica aportada por las centrales generadoras (térmicas, hidráulicas, nucleares) se mide usualmente en esta unidad, que es muy grande y equivale a 1.000.000 de kWh.