1. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
5 Trabajo y energía
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2. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
Esquema de contenidos
La energía Fuentes de energía
Clasificación de las fuentes de energía
Tipos de energía
Aprovechamiento de los combustibles fósiles
Propiedades de la energía
Aprovechamiento de la energía nuclear
Aprovechamiento de la energía hidráulica
El trabajo
Aprovechamiento de la energía eólica
¿Qué es el trabajo?
Aprovechamiento de la energía solar térmica
La fuerza de rozamiento
Aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica
El trabajo modifica la energía
Ciclo de la energía
Potencia Consumo de energía a lo largo de la historia
Las máquinas mecánicas Producción de energía en Europa
Producción de energía en España
Consumo de energía en España
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3. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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Para empezar, experimenta y piensa
Energía potencial Energía cinética
Dejamos caer dos bolas, una
de hierro y otra de madera
desde la misma altura.
Las bolas Arcilla blanda
caen a la vez.
Dejamos caer
la bola desde
la posición A.
Si con un cuentagotas
vamos rellenando de A
agua las huellas
de cada impacto…
¿Qué huella contendrá
más gotas?
¿Destruirá la construcción?
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4. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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Tipos de energía
La energía es una propiedad de los cuerpos o de los sistemas materiales
que les permite producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos.
Energía mecánica Energía cinética (EC). Es la energía que tienen los cuerpos por el hecho de estar en
Es la energía que está movimiento. Su valor depende de la masa del cuerpo (m) y de su velocidad (v): EC =1/2 m·v2
ligada a la posición
o al movimiento de los Energía potencial gravitatoria. Es la energía que tienen los cuerpos
cuerpos. Existen dos por estar en un lugar determinado sobre el suelo terrestre. Su valor
tipos de energía Energía potencial
depende de la masa del cuerpo (m), del valor de g en ese lugar y de la
mecánica. La energía (EP). Es la energía
altitud a la que se encuentre sobre la superficie de la Tierra (h).
mecánica (EM) de un que tienen los EP = m⋅ g ⋅ h
cuerpo es la suma de cuerpos por ocupar
sus energías cinética una determinada Energía potencial elástica. Es la energía que tienen los cuerpos que
y potencial. posición. sufren una deformación. Su valor depende la constante de elasticidad
E M = EC + E P del cuerpo, k, y de lo que se ha deformado (x): EE = 1/2 k·x2
Es la energía que se transfiere cuando se ponen en contacto dos cuerpos que están
Energía térmica a distinta temperatura.
Es la energía debida a los enlaces que se establecen entre los átomos y demás partículas
Energía química que forman una sustancia.
Es la energía que emiten los átomos cuando sus núcleos se rompen (energía de fisión)
Energía nuclear o se unen (energía de fusión).
Es la energía que se propaga mediante ondas electromagnéticas, como la luz.
Energía radiante Son ejemplo de energía radiante la energía solar, las microondas, los rayos X, etc.
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5. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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Propiedades de la energía
La energía se transfiere La energía se puede almacenar y transportar
La energía eléctrica
Una cocina transfiere
se transporta por el
energía térmica a la
tendido eléctrico.
paellera.
Las pilas almacenan
La energía se transforma energía.
Cuando la chica cae, La energía se degrada
su energía potencial
se transforma en
cinética.
Calor
En los botes, parte de la energía se
La energía se conserva En cada transformación, la cantidad transforma en calor. Se degrada porque no
total de energía se conserva. puede ser utilizada de manera útil.
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6. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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¿Qué es el trabajo?
El trabajo es la energía que se transfiere de un cuerpo (o sistema) a otro por
medio de una fuerza que provoca un desplazamiento. En el SI se mide en julios
(J).
El chico hace un gran El chico que arrastra la mochila,
esfuerzo con la si realiza un trabajo, pues aplica
mochila, pero no una fuerza que provoca el
realiza ningún trabajo. desplazamiento de la mochila.
Peso
Desplazamiento
Peso
→ → →
FX F F α→
α→
FX FX
W = F · ∆x · cosα
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7. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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La fuerza de rozamiento
El trabajo de la fuerza de rozamiento siempre es negativo, pues la fuerza de
rozamiento siempre se opone al movimiento.
→
N
→
F
→
Froz
→
P
Wroz = F roz· ∆x · cos 180º = - Froz· ∆x
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8. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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El trabajo modifica la energía
Energía potencial
Energía cinética
Cuando sobre un cuerpo actúa una
fuerza vertical que le hace
→ desplazarse en esa misma dirección
F con velocidad constante, el trabajo →
→
F
F
desarrollado coincide con la
variación de energía potencial que
experimenta el cuerpo.
→
W=∆EP P
Cuando sobre un cuerpo actúa h1
un fuerza que le provoca un
desplazamiento en su misma
dirección, el trabajo desarrollado h2
coincide con la variación de
energía cinética que experimenta Energía mecánica
el cuerpo.
WF=∆EC
Cuando sobre un cuerpo actúa una fuerza que
provoca cambios en su velocidad y en su
posición, el trabajo de esa fuerza es igual a la
variación de energía mecánica que
experimenta el cuerpo.
WF=∆EM
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9. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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Potencia
La potencia (Ρ) relaciona el trabajo realizado
con el tiempo que se emplea en ello:
Ρ=W/t;Ρ= E/t;
En el SI la potencia se mide en vatios (W).
Potencia y velocidad
W F · ∆x
P= = =F·v
t t
Potencias típicas de
algunas máquinas.
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10. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
CLIC PARA CONTINUAR
Las máquinas mecánicas
Las máquinas son dispositivos que transforman una energía
o un trabajo en otro que resulte más provechoso.
PALANCA PLANO INCLINADO
→
F1 →
F2 → →
F2 < F1
→
F1
d1
→
F2 S1
h d1 h d2
α
S2 α
d2
Se llama rendimiento de una máquina (η) a la relación entre el
trabajo útil que se obtiene y el trabajo aplicado o trabajo motor.
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11. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Clasificación de las fuentes de energía
Fuente de energía Renovable No renovable Limpia Contaminante Alternativa Convencional
Geotérmica
Biomasa
Biocombustibles
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12. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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Aprovechamiento de los combustibles fósiles
Salida de
residuos 1 La energía obtenida en la
gaseosos. combustión se emplea 2 El vapor hace mover
en calentar agua. la turbina.
1 Química
2 Térmica
Vapor de
agua
3 Cinética
Agua
Eléctrica
Entrada de combustible
3 El movimiento de la
turbina se transmite a un
generador que produce la
corriente eléctrica.
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13. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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Aprovechamiento de la energía nuclear
Moderador. Es un material cuya función
es mantener la reacción en cadena 2 Turbinas. El agua
se evapora y mueve
las turbinas.
1 Química
2 Térmica
3 Cinética
Eléctrica
Combustible. Suele ser 3 Generador. El movimiento
óxido de uranio. de la turbina se transmite a
un generador que produce
la corriente eléctrica
1 Núcleo del reactor. Es la zona
donde se encuentra el combustible.
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14. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
CLIC PARA CONTINUAR
Aprovechamiento de la energía hidráulica
1 Embalse. Se construye en la parte
superior del río.
1 Potencial
2 Cinética
Eléctrica
El generador transforma 2 Turbina. Gira debido
esta energía mecánica en al paso del agua
electricidad de bajo voltaje.
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15. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
CLIC PARA CONTINUAR
Aprovechamiento de la energía eólica
1 El generador es el dispositivo que transforma
el movimiento de giro del multiplicador (a alta
velocidad) en electricidad.
El rotor es el elemento que convierte la
1 Cinética energía del viento en energía mecánica.
Eléctrica
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16. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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Aprovechamiento de la energía solar térmica
1 Los heliostatos. Concentran la 2 El vapor mueve
radiación solar sobre una tubería. la turbina.
1 Radiante
2 Térmica
Eléctrica
La turbina está conectada a
un generador que
transforma la energía
mecánica en electricidad
a bajo voltaje.
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17. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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CLIC PARA CONTINUAR
Aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica
1 Los rayos solares inciden perpendicularmente sobre el panel solar
y producen un efecto fotoeléctrico. La luz incide sobre los electrones
del panel y los pone en movimiento: se genera corriente eléctrica.
1 Radiante
Eléctrica
El silicio es el principal
componente de los paneles
solares fotovoltaicos.
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18. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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CLIC PARA CONTINUAR
Ciclo de la energía
Los rayos solares Las células fotoeléctricas
calientan la atmósfera y transforman la luz en electricidad.
evaporan mares y ríos.
Las plantas alimentan
Fotosíntesis a animales y personas.
Los rayos solares
calientan la Los animales alimentan
atmósfera y a las personas.
producen los vientos
Los restos fósiles de
Lluvias algunos animales marinos
Los restos fósiles
Las centrales eólicas de plantas forman forman petróleo.
aprovechan la energía carbón mineral.
del viento para
producir electricidad.
Utilización de carbón
Fabricación en las fábricas
de pilas
Utilización de Los vehículos
Las pilas producen petróleo en las funcionan con
electricidad. fábricas derivados del petróleo.
Utilización de
El agua de las petróleo en las
presas mueve los centrales térmicas
generadores y se Las centrales térmicas
obtiene energía producen electricidad
eléctrica. a partir de un combustible.
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19. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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Consumo de energía a lo largo de la historia
Hombre
actual
Alimento
Uso doméstico y servicios
Hombre
industrial
Industria y agricultura (XVIII -
primera
Transporte Hombre mitad
preindustrial del XX)
(hasta el
Hombre
siglo XVIII)
agricultor y
Uso del arco sedentario
y del fuego (10000 a.C.)
Homo sapiens
(40000 a.C.)
(150000 a.C.)
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20. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
CLIC PARA CONTINUAR
Producción de energía en Europa
%
40
35
30,3 %
30
25,2 %
25
19,6 %
20
15 12,1 % 12,8 %
10
5
0
Energía nuclear Petróleo y derivados Gas natural Energías renovables Carbón
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21. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
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Producción de energía en España
Año 2006 Carbón
Otras renovables Petróleo
19,5%
23,9% 0,4% Gas natural
0,2%
Hidráulica 16,9%
49,0%
Nuclear
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22. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
CLIC PARA CONTINUAR
Consumo de energía en España
Carbón
Energías renovables
Año 2006
Petróleo y derivados
3,9% 2,1%
Electricidad
20,4%
57,8%
15,8%
Gas
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23. FÍSICA Y QUÍMICA 4.º ESO
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Trabajo y energía
Enlaces de interés
Energía Trabajo, potencia y energía
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