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Física y Química 3.º ESO · La energía: transformaciones, conservación y degradación

Recuerda: la energía, sus formas y sus transformaciones

Objetivo: Al terminar, sabrás reconocer las formas de energía en situaciones cotidianas, escribir la cadena de transformaciones de un aparato o de un proceso y explicar que la energía se conserva aunque se degrade.

Recuerda

¿Qué es la energía?

La energía es la capacidad que tienen los cuerpos o los sistemas para producir cambios en ellos mismos o en otros: moverse, calentarse, iluminar, cambiar de forma, reaccionar…

Unidad en el Sistema Internacional: el julio (J). También se usan el kilojulio (1 kJ = 1000 J), la caloría (1 cal ≈ 4,18 J; 1 kcal = 1000 cal ≈ 4,18 kJ, la que aparece en las etiquetas de los alimentos) y el kilovatio hora (1 kWh = 3 600 000 J), que es el que aparece en la factura de la luz.

Formas de energía

Forma	¿Qué la tiene?	Ejemplo
Cinética	Los cuerpos en movimiento	Un tren de Cercanías en marcha
Potencial gravitatoria	Los cuerpos a cierta altura	El agua de un embalse
Potencial elástica	Los cuerpos deformados	Un muelle comprimido, un arco tensado
Térmica (interna)	Todo cuerpo; más cuanto más caliente	Una sartén caliente
Química	Los alimentos, los combustibles, las pilas	El butano de una bombona
Eléctrica	Las cargas en movimiento (corriente)	La corriente que llega a un enchufe
Radiante (luminosa)	La luz y otras radiaciones	La luz del Sol
Nuclear	Los núcleos de los átomos	El uranio de una central nuclear
Sonora	Las vibraciones que se propagan	El sonido de un altavoz

La energía cinética y la potencial juntas forman la energía mecánica.

Transformaciones

La energía se transforma de unas formas en otras y se transfiere de unos cuerpos a otros. Lo resumimos con una cadena de transformaciones:

$\text{eléctrica} \rightarrow \text{térmica} + \text{radiante (luz)} \quad \text{(tostador)}$

Propiedades de la energía

Se transfiere de unos cuerpos a otros: la llama calienta la olla; el viento mueve las aspas de un molino.
Se transforma de unas formas en otras, como en la cadena del tostador.
Se almacena y se transporta: en una batería, en un depósito de gasolina o en el agua de un embalse; por los cables de la red eléctrica o por un gasoducto.
Se conserva. Es el principio de conservación de la energía: la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. La energía total que hay antes de un proceso es igual a la que hay después.
Se degrada. En cada transformación, una parte de la energía acaba como energía térmica repartida por el ambiente (el aparato y el aire se calientan un poco) y ya no la podemos aprovechar. Por eso hay que ahorrar energía aunque se conserve: lo que «gastamos» es energía útil.

Un balance de energía

Si un aparato recibe 100 J de energía eléctrica y da 70 J de la energía que buscamos (energía útil), los 30 J que faltan no han desaparecido: se han transformado en energía térmica y sonora.

$\text{energía que entra} = \text{energía útil} + \text{energía que se degrada}$

Puntos clave

La energía es la capacidad de producir cambios; su unidad en el SI es el julio (J).
Formas: cinética, potencial (gravitatoria y elástica), térmica, química, eléctrica, radiante, nuclear y sonora.
La energía se transforma de una forma en otra y se transfiere de un cuerpo a otro.
Una cadena de transformaciones empieza en la forma de energía que «entra» y termina en las que «salen».
Principio de conservación: la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma; la energía total se mantiene.
En cada transformación una parte de la energía se degrada: acaba como energía térmica que ya no se puede aprovechar.
Equivalencias útiles: 1 kJ = 1000 J; 1 kcal ≈ 4,18 kJ; 1 kWh = 3 600 000 J.

Errores frecuentes

ErrorDecir que un cuerpo quieto no tiene energía.
Cómo corregirloPuede no tener energía cinética, pero tendrá energía térmica, química o potencial si está a cierta altura.
ErrorConfundir la fuente (la pila, el Sol, la gasolina) con la forma de energía.
Cómo corregirloPregúntate qué tiene esa fuente: la pila y la gasolina tienen energía química; el Sol nos envía energía radiante.
ErrorOlvidar en la cadena la energía térmica que aparece casi siempre.
Cómo corregirloCasi todos los aparatos se calientan: añade «+ térmica» a la salida aunque no sea la energía que buscamos.
ErrorPensar que la energía «se gasta» y desaparece (por ejemplo, cuando se descarga el móvil).
Cómo corregirloLa energía no desaparece: se transforma en otras formas (luz, sonido, energía térmica). Lo que perdemos es energía útil, porque se degrada.
ErrorPasar de kWh a julios multiplicando por 1000.
Cómo corregirlo1 kWh no son 1000 J, sino 3 600 000 J. Para pasar de kcal a kJ se multiplica por 4,18.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Del bocadillo a lo alto de la escalera del metro situación real (cadena de transformaciones)
Te comes un bocadillo en el recreo y por la tarde subes andando la escalera de la estación de metro de Sol hasta la calle. Escribe la cadena de transformaciones de la energía desde el bocadillo hasta que llegas arriba.

Resolución
1. El bocadillo tiene energía química, que tu cuerpo obtiene al digerirlo.
2. Tus músculos la transforman en energía cinética (te mueves).
3. Al subir, ganas altura: aumenta tu energía potencial gravitatoria.
4. Además te calientas y sudas: parte se transforma en energía térmica.
$\text{química} \rightarrow \text{cinética} \rightarrow \text{potencial gravitatoria} + \text{térmica}$

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
¿Qué forma de energía tiene, sobre todo, cada uno de estos sistemas? a) Un tren de Cercanías en marcha. b) El agua del embalse de El Atazar. c) Una pila de 1,5 V. d) El gas butano de una bombona. e) Un tirachinas estirado. f) El uranio del combustible de una central nuclear.

Ver solución
a) Cinética. b) Potencial gravitatoria. c) Química. d) Química. e) Potencial elástica. f) Nuclear.
a) Se mueve → cinética. b) Está a cierta altura → potencial gravitatoria. c) y d) La energía está almacenada en las sustancias y se libera con una reacción → química. e) Está deformado → potencial elástica. f) Está en los núcleos de los átomos → nuclear.
2. Media
Escribe la cadena de transformaciones de la energía en: a) un secador de pelo; b) un patinete eléctrico que se mueve con la energía de su batería; c) una farola con placa solar que se enciende de noche con lo que ha cargado durante el día en su batería.

Ver solución
a) Eléctrica → térmica + cinética (aire) + sonora. b) Química → eléctrica → cinética (+ térmica). c) Radiante → eléctrica → química (batería) → eléctrica → radiante (+ térmica).
a) $\text{eléctrica} \rightarrow \text{térmica} + \text{cinética (aire)} + \text{sonora}$ b) La batería almacena energía química: $\text{química} \rightarrow \text{eléctrica} \rightarrow \text{cinética} + \text{térmica}$ c) $\text{radiante} \rightarrow \text{eléctrica} \rightarrow \text{química (se carga la batería)} \rightarrow \text{eléctrica} \rightarrow \text{radiante} + \text{térmica}$
3. Fácil
En una vagoneta de la montaña rusa del Parque de Atracciones de Madrid, indica en qué punto tiene más energía potencial gravitatoria y en qué punto más energía cinética: A (arriba del todo, casi parada) o B (abajo del todo, a toda velocidad). ¿Qué transformación se produce al bajar de A a B?

Ver solución
Más potencial en A; más cinética en B. Al bajar, potencial → cinética (y algo de térmica y sonora).
En A está más alta → más potencial gravitatoria. En B va más rápido → más cinética. Al bajar: $\text{potencial} \rightarrow \text{cinética}$ (y una parte, por el rozamiento con las vías y el aire, en térmica y sonora).

Para practicar más

1. Fácil
Clasifica cada caso según la forma de energía que más destaca: a) una sartén recién sacada del fuego; b) el viento que mueve un aerogenerador; c) la luz que llega del Sol; d) el sonido de una guitarra; e) una galleta; f) una pelota en lo alto de una estantería.

Ver solución
a) Térmica. b) Cinética. c) Radiante. d) Sonora. e) Química. f) Potencial gravitatoria.
a) Está caliente → térmica. b) Aire en movimiento → cinética. c) Radiante (luminosa). d) Sonora. e) Alimento → química. f) Está a cierta altura → potencial gravitatoria.
2. Media
Escribe la cadena de transformaciones de la energía en: a) un coche de gasolina en marcha; b) una linterna de pilas; c) una tostadora.

Ver solución
a) Química → térmica → cinética (+ térmica + sonora). b) Química → eléctrica → radiante + térmica. c) Eléctrica → térmica + radiante.
a) La gasolina arde en el motor: $\text{química} \rightarrow \text{térmica} \rightarrow \text{cinética}$ (y mucha térmica y algo de sonora que se pierden). b) $\text{química (pilas)} \rightarrow \text{eléctrica} \rightarrow \text{radiante} + \text{térmica}$ c) $\text{eléctrica} \rightarrow \text{térmica} + \text{radiante}$ (las resistencias se ponen al rojo).
3. Fácil
Busca en tu casa tres aparatos distintos que funcionen con electricidad. Para cada uno, escribe en qué forma (o formas) transforma la energía eléctrica y cuál de ellas es la que buscamos al usarlo.
Ver solución
Respuesta abierta. Ejemplo: lavadora → cinética (tambor) + térmica (agua); buscamos las dos.
Respuesta abierta. Ejemplos válidos:
- Lavadora: $\text{eléctrica} \rightarrow \text{cinética (tambor)} + \text{térmica (calienta el agua)} + \text{sonora}$ ; buscamos la cinética y la térmica.
- Televisor: $\text{eléctrica} \rightarrow \text{radiante} + \text{sonora} + \text{térmica}$ ; buscamos la luz y el sonido.
- Frigorífico: saca energía térmica del interior y la expulsa por detrás (por eso la rejilla trasera está caliente); buscamos enfriar el interior.