QUÍMICA, ENERGÍA Y SOCIEDAD
O b j e t i v o Identificar el papel que ha desempeñado la energía en el
desarrollo de la humanidad, a partir del estudio del caso del transporte en la ciudad de México.
C o n o c i m i e n t o s p r e v i o s
Evolución histórica de las actividades humanas y con ello la demanda de fuentes energéticas para realizarlas.
A c t i v i d a d e s e n a u l a
Evaluación diagnóstica: tu asesor(a) te devolverá el documento con comentarios a tus respuestas. Finalmente, compáralas con tus compañeros a través de una discusión grupal.
Lee en forma individual el documento: “¿Qué es la energía”, posteriormente contesta el cuestionario en tu cuaderno.
Línea de tiempo Evolución del transporte en la ciudad de México: Constrúyela para observar los cambios en los medios
de transporte empleados en la ciudad de México, desde la época prehispánica hasta la fecha.
Tu asesor(a) distribuye la fotocopia de la imagen que contiene algunos de los transportes empleados en la Ciudad de México, en diferentes momentos históricos.
Cada estudiante pega en orden cronológico los dibujos presentados, de acuerdo con su investigación previa en las páginas recomendadas para su consulta.
Se forman equipos de tres a cinco estudiantes para comparar sus trabajos, y llegar a un acuerdo e identificar la fuente energética empleada en cada caso.
A c t i v i d a d e s f u e r a d e l a u l a
Escuchar el audio: Relatos de energía No.2 Definición de energía. UACM
¿Qué es la energía?
El Universo se compone de materia y energía. La materia es aquello de lo que están hechas las cosas; es algo fácil de comprender, pues son las cosas que vemos y tocamos. La energía es lo que percibimos como un conjunto de propiedades físicas, en forma de movimiento, calor, sonido, luz, electricidad, etcétera. Es un concepto relativamente nuevo, fundamental en nuestra época, pues el hombre ha encontrado muchas formas de facilitarse el trabajo, gracias a la comprensión y estudio de la energía.
Se produce, se consume, se derrocha, se economiza... pero ¿qué es la energía?, ¿de dónde viene? Omnipresente en los fenómenos naturales, adopta formas múltiples y se presta a todo tipo de utilizaciones.
Diariamente consumimos energía en grandes cantidades. Cuando encendemos la luz o metemos una botella en el refrigerador, cuando llenamos el tanque de gasolina o nos damos un baño, cuando vamos en bici o nos comemos una torta... estamos consumiendo energía. El foco consume energía, igual el motor del coche y la llama del calentador de agua utilizan gasolina y gas respectivamente, los cuales son conocidos como combustibles. Nuestro organismo quema sus reservas internas cada vez que hace un esfuerzo y las repone con esa energía química almacenada en los alimentos.
¿Qué tienen en común la electricidad, la gasolina, el gas y nuestra merienda? Algo muy concreto y, a la vez, enormemente abstracto: la energía. Concreto, porque es imposible efectuar el menor gesto, intervenir en el mundo que nos rodea o hacer un trabajo sin recurrir a esa reserva, de la que sentimos una necesidad evidente. Abstracto, porque resulta inaccesible en estado puro: no hace más que pasar de una a otra de sus diferentes formas de aparición.
La energía es omnipresente, es la causa de cualquier acontecimiento, su razón de ser. Pero no puede ser aprehendida más que por una fórmula o un principio general de la Física.
Por esta razón se usan ejemplos para seguir el camino de la energía, así una grúa que levanta su carga presenta una transferencia de energía: para elevar una piedra a una altura de diez metros, pongamos por caso, es preciso que el motor funcione y para ello éste necesita consumir carburante o electricidad. El mismo resultado se obtenía antiguamente con un grupo de condenados a trabajos forzados tirando de una cuerda, o con una recua de burros.
Igual que un actor que aparece con diferentes disfraces, en el ejemplo que acabamos de ver la energía ha sufrido una serie de transformaciones: la química o eléctrica se convierte en cinética y
después en potencial. Energía cinética y potencial, componen juntas lo que se conoce por
energía mecánica, la más común y conocida desde hace más tiempo por sus manifestaciones. El
hombre utilizó al principio su propio cuerpo, aprendiendo después a multiplicar y diversificar su esfuerzo por medio de herramientas y máquinas. Con el tiempo, fue capaz de dominar y utilizar cantidades cada vez más importantes de energía, a través del abanico de sus múltiples
metamorfosis. Siempre que se efectúa un trabajo, la energía pasa de una forma a otra.
Cada objeto fabricado tiene su costo energético. Cualquier actividad humana se desarrolla en un incesante flujo de cambios energéticos. Y éstas no hacen más que ampliar los procesos naturales de desarrollo y transformación de la energía. La vida misma es fuente, evacuación y reciclaje de una corriente de energía que los seres vivos se envían de uno a otro, y que los atraviesa interiormente.
En este incesante vaivén, la cantidad de energía permanece invariable. Podrán cambiar sus
formas particulares, pero no la suma total. Esta energía se nos aparece bajo seis
manifestaciones principales: mecánica, térmica, eléctrica, química, solar y nuclear. Todas
son utilizables, pero no todas llegan hasta nosotros listas para ser empleadas. En nuestro planeta el Sol, es la principal fuente energética pero no la única. Esta central nuclear incandescente emite unas radiaciones de 180 000 millones de kilowatts de potencial total. A través del filtro de la atmósfera, la superficie terrestre sólo recibe una parte ínfima de este caudal energético – aproximadamente un kilowatt diario por metro cuadrado- en forma de luz y calor.
Esta energía irradiada basta para desencadenar todos los procesos que confieren a nuestro planeta su aspecto familiar. Calienta el suelo, el aire y el mar; la energía térmica, más intensa en los trópicos que en los polos, pone en movimiento las masas de aire de la atmósfera. El viento es aire propulsado por el Sol, energía mecánica gratuita que hace girar las hélices de las centrales eólicas y empuja las velas de los barcos. El calor solar evapora también el agua del mar. Este vapor se condensa en nubes sobre las laderas de las montañas y vuelve a caer en forma de lluvia que alimenta las corrientes de agua del globo. Estas hacen girar las turbinas de las centrales hidroeléctricas que a su vez convierten la energía cinética en electricidad.
Los rayos del Sol son absorbidos por la clorofila de las hojas. Gracias a ellos, la pequeña fábrica vegetal fotosintética extrae el carbono de la atmósfera y lo fija en los compuestos constitutivos de las plantas que son, también, los de todos los seres vivos: azúcares, grasas y prótidos. A partir de ellos se forman cada segundo miles de millones de toneladas de sustancias orgánicas, una gigantesca reserva de energía química de la que se aprovisionan herbívoros y carnívoros. La alimentación del hombre, ya provenga de la agricultura, la ganadería o la pesca es en definitiva, lo que el Sol ha transformado. De los bosques provienen también el carbón vegetal y la madera, dos de las más antiguas fuentes de energía de la humanidad.
geológicas, se transformaron y desplazaron. Rescatados a la superficie, estos restos de otras formas de vida liberan la energía térmica en nuestras calderas de calefacción.
Por otra parte, la Luna provoca las mareas debido a su acción gravitacional. Flujo y reflujo del agua son transformados en electricidad en las centrales mareomotrices que no parecen tener de momento una gran rentabilidad económica: el alto costo de las instalaciones que se precisan no es compensado por su bajo rendimiento.
No sucede lo mismo con otras fuentes de energía propias de nuestro planeta: la nuclear y la geotérmica. Los elementos radiactivos enterrados en la corteza terrestre – el uranio, esencialmente- tienen la edad de la Tierra. La energía nuclear procede de una fuente primaria, independiente del Sol y más antigua que él. El corazón ardiente de nuestro planeta, calentado por la radiactividad y los frotamientos de las capas internas en rotación (energía mecánica transformada en energía térmica) transmite su calor hacia las capas exteriores, donde puede ser canalizado para satisfacer nuestras necesidades de calefacción.
¿Qué es la energía térmica? ¿Cómo puede el gas contenido
en el cilindro de un motor o en la cámara de combustión de una turbina, engendrar el movimiento regular de una pieza mecánica, pistón o pala? ¿Cómo se efectúa este paso? Para responder a estas preguntas necesitamos internarnos en la estructura interna de la materia. Cualquier gas está constituido por millones de moléculas presas de una perpetua agitación desordenada; se trata entonces de energía cinética de las partículas, que en su conjunto aprovecharán la disposición
geométrica de la máquina para utilizarla en un trabajo mecánico dirigido. Este esquema es general ya se trate de las palas de una turbina o del empuje de un cohete, el trabajo mecánico útil se consigue gracias a la agitación térmica.
La energía eléctrica, se puede definir como un flujo regular una
multitud de electrones a través de los átomos, con movimientos tan libres como las moléculas de un gas y, como ellas, sujeto a una agitación térmica que hace vibrar el tendido. La aplicación de un campo eléctrico pone a los electrones en movimiento. En un motor eléctrico, la combinación de los campos eléctrico y magnético impone a los electrones una trayectoria tal que éstos inducen una fuerza magnética sobre el rotor: éste se pone a dar vueltas y la energía cinética toma el relevo. Así pues, el campo eléctrico introduce orden en el fluido de electrones, pero una buena parte del caos subsiste. El calor se disipa, el motor calienta: es el efecto Joule, que también puede tener una aplicación útil. En ciertas condiciones hace que el filamento de un foco se vuelva incandescente. La electricidad se convierte en luz, es decir, en energía luminosa.
La energía química se esconde en el interior de una molécula cuyos
Un modo fácil de lograrlo consiste en quemar las sustancias químicas (el carbón y el petróleo), es decir, convertirlas en agitación térmica que se transformará más tarde en energía mecánica, previo paso por una central térmica, y luego en electricidad con fuertes pérdidas. Esta secuencia de transformaciones de energía, realizadas por el acoplamiento de caldera –turbina- alternador- transformador, tiene la ventaja de utilizar un material clásico y fiable, y de proporcionar energía fácilmente transportable a larga distancia; presenta el inconveniente de pasar a través del calor, lo cual supone un inmenso derroche. Si se pudiera evitar este rodeo, la energía conseguida sería dos veces mayor. Para ello, habría que hacer pasar directamente los electrones y los iones del combustibles a través de un circuito eléctrico, por medio de celdas de combustibles que funcionan con hidrocarburos y derivados del carbón.
Las radiaciones representan la energía
en estado puro, sin soporte material. Si pudieran ser convertidas integralmente en energía utilizable, bastarían y sobrarían para responder a las necesidades de la población mundial.
Pero el medio de conversión aún no ha sido encontrado. Se conocen las células fotovoltaicas, todavía demasiado caras, y las centrales solares. Sin embargo, basta mirar a nuestro alrededor: en la menor brizna de hierba, la fotosíntesis continúa actuando; a lo largo de millones de años de evolución ha adquirido una eficacia prodigiosa. La célula viva es, en efecto, una fina maquinaria de relojería, cada una de sus moléculas se halla integrada en un mecanismo complejo de reacciones
químicas; esto alimenta toda la vida vegetal sobre el planeta. Algunos científicos han llegado a pensar en la posibilidad de ensamblar y poner en funcionamiento, por procedimientos biotecnológicos, unidades fotosintéticas que podrían ser una de las soluciones a los actuales problemas energéticos del mundo.
La forma de energía más polémica es la energía nuclear. Si la energía térmica reside en el
movimiento de las moléculas, la energía eléctrica se manifiesta en el movimiento de los electrones y la energía química en las molécula y átomos. La energía nuclear se halla dentro del propio núcleo atómico, está en el corazón de la materia, es la materia misma. De hecho, materia y
energía son equivalentes según la ecuación de Albert Einstein E=mc2. ¿Qué quiere decir esto?
Pues que una cantidad de materia m equivale a una cantidad de energía E, multiplicada por el
factor c (el cuadrado de la velocidad de la luz). De tal forma que los núcleos de un grano de uranio
Existen dos formas de producir esta energía: por fisión o por fusión. En la fisión, un núcleo pesado es dividido en dos o varios fragmentos; la suma de sus masas es más pequeña que la del núcleo inicial. El “defecto de
masa” es igual a la energía que se ha liberado durante la fisión. En la
fusión, dos núcleos ligeros se unen para formar uno solo; la masa resultante es inferior a la de los constituyentes primitivos y el “defecto de masa” corresponde, en este caso también, a la energía liberada. Si la energía de fisión es actualmente la más potente que tenemos a nuestra disposición, en los reactores actuales todavía no se sabe recuperar más que haciéndola pasar por la caldera y la turbina. Sin embargo, siempre hemos dispuesto de un enorme reactor de fusión: el Sol. Irradia, igual que las demás estrellas, energía nuclear transformada. Miríadas de astros se agrupan y se queman por medio de reacciones de fusión. El cosmos entero no es más que energía. Según la hipótesis científica del Big Bang, en el primer instante la materia nació de una Gran Explosión. En el principio fue la energía...
CUESTIONARIO.
1. La energía se define operacionalmente como: “capacidad para realizar un trabajo”, ¿por qué es necesario usar esta definición?
_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________
2. ¿Cuáles son las manifestaciones o tipos de energía?
_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________
3. Describe cada manifestación de la energía
_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________
4. ¿Qué es una fuente de energía? Enlista las mencionadas en la lectura.
_________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ 5. ¿Cuál es la principal fuente energética del planeta Tierra? Realiza un dibujo que represente
las diferentes manifestaciones de la energía sobre nuestro planeta.
Actividad extraclase: Observar el fragmento de la película Mad Max 2 El
Guerrero de la Carretera y contesta las preguntas planteadas en tu cuaderno.
1. De acuerdo al narrador: ¿Qué condiciones políticas llevaron a la situación crítica mostrada?
2. ¿Cuál es el papel de la gasolina en el mundo mostrado en el video?
3. ¿En donde se producen las gasolinas?
4. Emite una opinión argumentada con respecto al uso de las gasolinas y sus consecuencias en el mundo de Mad Max 2.
5. ¿Por qué las gasolinas son estratégicas en el mundo actual?
1http://es.wikipedia.org/wiki/Mad_Max_2
consultada 27 de octubre de 2009.
2http://www.zonadvd.com/imagenes/noticia
s/2007_07_warner/madmax2_hddvd.jpg
consultada 27 de octubre de 2009.
Ficha técnica1,2 Dirección George Miller Producción Byron Kennedy
Guión George Miller
Música Brian May
Reparto Mel Gibson,
Kjell Nilsson, Bruce Spence, Vernon Wells, Mike Preston, Virginia Hey, Emil Minty
Datos y cifras
País Australia
