Todas las energías renovables provienen del Sol, con excepción de la maremotriz y la geotérmica. El sol irradia 174.423.000.000.000 [KWH] de energía por hora a la Tierra, de la cual alrededor del 2% es convertida en energía eólica.
La energía del viento es aprovechada por el ser humano desde tiempos remotos para la navegación a vela. Barcos con velas aparecían ya en los grabados egipcios más antiguos (3000 a.C.). Los egipcios, los fenicios y más tarde los romanos tenían que utilizar también los remos para contrarrestar una característica esencial de la energía eólica, su discontinuidad. Efectivamente, el viento cambia de intensidad y de dirección de manera impredecible, por lo que había que utilizar los remos en los periodos de calma o cuando no soplaba en la dirección deseada.
Contaminación particulada y de gases
Instalación de molinos de viento para generación de energía eléctrica.
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El molino es una máquina que transforma el viento en energía aprovechable. Esta energía proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas unidas a un eje común. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de turbina de viento.
Una planta eólica se basa en el aprovechamiento del giro de la hélice de un molino para generar electricidad utilizando el viento.
La hélice va conectada directamente al rotor del alternador (generador). Cuando hay viento, gira la hélice ,y por esto, gira el rotor dentro del alternador, produciendo corriente alterna.
Como no siempre hay viento, se necesita una fuente auxiliar, que permita regular en todo momento el consumo.
La energía eólica es considerada una de las más beneficiosas para la humanidad entre las energías alternativas, ya que no produce contaminación ambiental por material particulado o gases.
Entre las desventajas del uso de plantas eólicas está la situación geográfica, ya que deben ubicarse en lugares apartados y ventosos. Muchas de esas áreas coinciden con las rutas migratorias de las aves, causando la muerte de éstas al chocar con las hélices.
Otra desventaja es la contaminación acústica, ya que son bastante ruidosas.
3.4 Centrales nucleares
Las centrales nucleares utilizan de combustible algún elemento radiactivo que en un proceso de fisión genera calor que permite calentar agua, transformándola en vapor de agua a gran presión, lo que permite mover una turbina conectada a un generador.
Los elementos de elevado peso atómico, como el uranio, el torio o el plutonio, tienen densos núcleos compuestos por gran cantidad de protones y neutrones. Algunos isótopos de estos elementos, como el uranio 235, poseen núcleos inestables.
Si los golpeamos con un neutrón, se dividen en dos partes, produciendo una gran cantidad de energía y dos o tres neutrones. Estos neutrones podrán partir a su vez dos o tres núcleos, produciendo más energía y más neutrones libres listos para impactar con otros núcleos.
En una central nuclear el paso más complejo y delicado es aquel en donde se controla el proceso de fisión, que tiene que ser lento, de lo contrario el reactor se convertiría en una bomba atómica.
La industria nuclear presenta varios peligros para la humanidad y la naturaleza.
Los principales peligros de estas plantas nucleares son la radiación y las explosiones nucleares.
Un grave accidente nuclear fue el ocurrido en la planta de Chernobyl.
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Los neutrones son controlados para que no explote el reactor mediante unas barras, generalmente de carburo de boro, que al introducirse absorben neutrones, y se disminuye el número de fisiones, con lo cual, dependiendo de cuantas barras de control se introduzcan, se generará más o menor energía.
Normalmente, se introducen las barras de tal forma, que sólo produzcan un neutrón por reacción, controlando de esta forma el proceso de fisión.
Si todas las barras de control son introducidas, se absorben todos los neutrones, con lo cual se detiene el reactor.
El reactor se refrigera para que no se caliente demasiado y funda las protecciones, convirtiéndose en una bomba atómica, incluso cuando está detenido, ya que la radiación hace que el reactor permanezca caliente.
3.5 Centrales fotovoltaicas
Las centrales fotovoltaicas producen electricidad sin necesidad de turbinas ni generadores, utilizando la propiedad que tienen ciertos materiales de generar una corriente de electrones cuando incide sobre ellos radiación electromagnética (en general luz visible).
La clave del funcionamiento de las células fotovoltaicas está en la disposición en forma de sandwich de materiales dotados de diferente forma, de manera que unos tengan exceso de electrones y otros, por el contrario, “huecos” con déficit de electrones. La luz solar porta energía que arranca los electrones sobrantes de una capa y los hace moverse en dirección a los “huecos” de la otra capa.
El resultado es la creación de flujo de electrones excitados, y por lo tanto, un voltaje eléctrico. Este voltaje conseguido es muy pequeño: por ejemplo, una iluminación con una potencia de 1 kW por metro cuadrado genera apenas un voltaje de 0,5 voltios.
La solución consiste en conectar en serie gran número de células: en el ejemplo anterior, conectando 36 células obtendremos una tensión de 18 voltios. Conectando gran número de células, podremos alcanzar el voltaje que deseemos.
En la práctica, muchas instalaciones fotovoltaicas son pequeñas y se usan para propósitos específicos: por ejemplo, para apoyar el suministro eléctrico de una casa, o para señalizaciones de carretera. Pero también existen algunas grandes instalaciones más o menos experimentales.
Numerosos laboratorios en todo el mundo trabajan para conseguir células capaces de convertir la luz del sol en electricidad con el mayor rendimiento posible. A medida que el rendimiento aumenta y la fabricación de las células se abarata,
Central fotovoltaica local para consumo de la caseta de vigilancia.
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la electricidad fotovoltaica se hará cada vez más competitiva en comparación con las otras maneras de producir electricidad. (http://www.unesa.net/unesa/html/sabereinvestigar/largoviaje/fotovoltaicas.htm) Este sistema de generación es limpio, no deja residuos y tampoco trae consecuencias para la vida humana o de la naturaleza.
Los satélites utilizan este mecanismo para abastecerse de energía eléctrica mientras orbitan alrededor de la Tierra.
3.6 Centrales solares
Las centrales solares tienen similitud con las fotovoltaicas, ya que ambas aprovechan la energía solar emitida por radiación.
La central solar no transforma directamente la energía solar en energía eléctrica, sino que opera en forma similar a las centrales termoeléctricas.
La energía solar se capta para calentar agua, evaporarla y el vapor a presión hace funcionar un generador adosado a una turbina.
La central más común y más poderosa que existe hoy es la llamada “torre solar”, la cual consta de un gran número de espejos, guiados individualmente de forma que concentren la energía del Sol sobre un receptor, montado en la parte superior de una torre, donde se encuentra situada la caldera generadora de vapor. Y el vapor obtenido se inyecta sobre los álabes de la turbina para mover el generador y así producir la energía eléctrica que todos necesitamos, y los más importante esta se obtiene de una manera limpia y segura.
(http://www.oni.escuelas.edu.ar/olimpi98/Energia-Vs-Ambiente/solar.htm)
3.7 Centrales geotérmicas
Las centrales geotérmicas generan electricidad a partir de la explotación de yacimientos geotermales que existen en algunos lugares del planeta. El recurso primario puede consistir en agua caliente o en vapor a alta temperatura, acumulados en formaciones geológicas subterráneas a las que se accede mediante pozos perforados en la corteza terrestre con técnicas similares a las de las empresas petroleras.
Los yacimientos geotérmicos suelen dividirse en tres categorías:
• Yacimientos de alta temperatura: con un flujo de calor a temperaturas de entre 150 y 350 °C, comúnmente acompañados de manifestaciones como vertientes termales, suelo de vapor, fumarolas, etc.
Planta de energía solar en forma de torre, de un kilómetro de altura, capaz de generar 200 MW.
La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza terrestre (zonas volcánicas, límites de placas litosféricas, dorsales oceánicas).
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• Yacimientos de baja temperatura: con un flujo de calor de hasta 150 °C.
• Yacimientos de roca caliente: sin fluido térmico.
Para la utilización práctica de la energía geotérmica es necesaria la presencia de yacimientos de agua cerca de estas zonas calientes.
Esta realidad a veces se pone de manifiesto de forma natural y violenta por fenómenos como el vulcanismo o los terremotos. Pero el hombre también puede aprovechar esta fuente de calor extrayéndolo mediante perforaciones y transfiriéndolo hacia calderas o hacia turbinas de vapor.
En lugares como Lardarello, Italia, o en Nueva Zelandia y en Costa Rica, la energía geotérmica es una fuente importante de abastecimiento de electricidad.
De hecho, las centrales geotérmicas proveen sobre 44 billones de kilowatt hora de electricidad anualmente a través del mundo y la capacidad mundial crece en aproximadamente 9% al año.
Para producir energía eléctrica desde recursos geotérmicos, ya sea que se trate de depósitos subterráneos de vapor o de agua caliente, éstos son explotados de tal forma que, al salir a la superficie, el vapor hace rotar las turbinas y se genera la electricidad.
Típicamente, el agua se devuelve al terreno para recargar el depósito y completar el ciclo renovable de la energía.
Desde el punto de vista de contaminación atmosférica, las plantas geotérmicas tienen una ventaja inherente sobre las de petróleo y las de carbón, pues no hay combustión de ningún tipo. El agua geotérmica a veces contiene sales y minerales disueltos cuyo tratamiento ulterior puede plantear alguna dificultad.
Las plantas de vapor seco fueron el primer tipo de plantas geotérmicas (Italia 1904). En los géiseres de California del Norte, se encuentra las planta más grande del mundo. Esta planta utiliza el vapor que viene directo de los pozos en el terreno, y lo dirige directamente a la turbina para poder producir electricidad.
Las plantas de vapor a destellos, que son las más comunes, usan agua a una temperatura superior a 182°C.
Esta agua muy caliente es bombeada a alta presión hacia el equipo en la superficie, donde la presión se baja repentinamente permitiendo que parte del agua caliente “destelle” en vapor.
El vapor se usa entonces para mover el generador. El agua caliente y vapor restantes son inyectados nuevamente al depósito.
Sabías que...
Se requieren varios parámetros para que exista un campo geotérmico: un techo compuesto de una cobertura de rocas impermeables; un deposito, o acuífero, de permeabilidad elevada, entre
300 y 2000m de profundidad;
rocas fracturadas que permitan una circulación convectiva de fluidos, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmático (entre 3 y
10 km de profundidad a 500
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A partir de depósitos de agua cuya temperatura está comprendida entre 150 y 400ºC, se produce vapor en la superficie que, al ser enviado a las turbinas, genera electricidad.
La explotación de la energía geotérmica se hace por medio de perforaciones, según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo.
Tales modelos se dan en Italia (desde 1903 en Larderello, cuyas centrales poseen una potencia eléctrica actual de 400 MW), en Nueva Zelanda, en Japón, en Filipinas, en E.E.U.U.(en California, el campo The Geysers supera los 900 MW) y en México.
(http://www.educarchile.cl/eduteca/debateenergetico/geo2.htm)
3.8 Centrales maremotrices
En la antigüedad, los egipcios utilizaban la energía de las olas del mar para mover los molinos de marea.
En el siglo XIII funcionaban ruedas maremotrices en Inglaterra y posteriormente en el siglo XVIII se realizan trabajos de molienda de grano en Francia y estados Unidos con energía maremotriz.
Las centrales maremotrices de generación de energía eléctrica aprovechan las variaciones de altura que experimenta el nivel del mar, que en algunos lugares supera los 5 metros entre la bajamar (marea baja) y la pleamar (marea alta).
En una central de este tipo se requiere contener el agua en un depósito artificial durante la pleamar y soltarla durante la bajamar.
Al soltar el agua acumulada en el depósito, esta acciona generadores conectados a turbinas y, en consecuencia, transforma la energía del mar en energía eléctrica.
El uso de energía maremotriz no está muy extendida. De momento sólo la India, China, Japón y Estados Unidos han construido alguna de estas centrales.
En Europa las condiciones geográficas son idóneas para adaptar este tipo de centrales, por ejemplo en el mar del Norte y las costas escandinavas. La isla escocesa de Islay cuenta con la primera turbina europea que trabaja con el movimiento de las olas generando energía para unos 400 hogares.
Actualmente se realizan estudios de impacto ambiental, ya que este tipo de plantas puede hacer variar la estructura de los sedimentos del agua.
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1. Cargas del mismo signo se repelen entre sí y cargas de distinto signo se atraen.
2. Resistencia eléctrica de un conductor es la medida de la oposición natural que presenta éste al paso de la corriente.
3. Fuerza electromotriz (f.e.m.) es la magnitud que caracteriza el comportamiento de un generador en un circuito eléctrico.
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Preuniversitarios ELECTRICID AD si se mueven pr oducenun cuerpo las adquier
e por
hay de dos tipos
FROT AMIENTO CONT A CTO INDUCCIÓN
si son de distinto signo
se pueden LEY DE OHM se r elacionan mediante pr oducida por CARGAS ELÉCTRICAS POSITIV AS NEGA TIV AS A TR AER
REPELER si son de igual signo
CORRIENTE ELÉCTRICA
CONDUCTORES
cir
cula por
en su estudio se utilizan magnitu
- des como RESISTENCIA DIFERENCIA DE POTENCIAL INTENSID AD DE CORRIENTE
se conectan en CIRCUITOS PAR
ALEL O MIXTO SERIE Síntesis de contenidos V = I ⋅ R
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EjErcicios
1. Una esfera metálica aislada está conectada a tierra a través del interruptor I y se le acerca una varilla dieléctrica cargada positivamente. Luego I se abre y posteriormente se aleja la varilla. Entonces, la esfera metálica
A) se cargó positivamente por inducción. B) se cargó negativamente por inducción. C) quedó descargada.
D) se cargó positivamente por contacto. E) se cargó negativamente por contacto.
x x x x x x x x x x x x I
2. ¿Cuál(es) de los siguientes métodos de electrización requiere que al menos uno de lo cuerpos esté cargado eléctricamente en forma previa? I) Fricción o frotamiento. II) Contacto. III) Inducción. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo II y III. E) I,II y III.
3. El comportamiento eléctrico de los cuerpos (partículas) depende del grado de facilidad con que sus átomos cedan o capten
I) protones. II) neutrones. III) electrones. A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) I o II. E) II o III.
4. Una esfera metálica se encuentra aislada y cargada positivamente. Si se le toca con la mano, entonces fluyen
A) cargas positivas desde la esfera a la Tierra. B) cargas positivas desde la Tierra a la esfera. C) cargas negativas desde la Tierra a la esfera. D) cargas negativas desde la esfera a la Tierra. E) Ninguna de las anteriores.
5. Al aproximar dos cuerpos, uno cargado eléctricamente y otro neutro, ellos
A) se atraen y quedan unidos. B) se repelen.
C) inicialmente se repelen y luego se atraen. D) inicialmente se atraen y luego se repelen. E) No sucede nada.
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EjErcicios
6. La intensidad aproximada que puede circular por un alambre de cobre de 3.400 [m] de longitud y 28 [mm] de diámetro si la caída de tensión es de 8 [V] es (ρ cobre= 0,017 Ω mm2/m, p = 3,14) A) 10 [A] B) 25 [A] C) 40 [A] D) 65 [A] E) 85 [A]
7. ¿Cuál es la potencia disipada por el circuito de la figura? A) 90/7 [W] B) 180/49 [W] C) 45 [W] D) 30 [W] E) 3,5 [W] - + V 2Ω 3Ω 1,5 A 4Ω 2Ω
8. Un circuito consta de una batería de 12 [V] de f.e.m. y 1[Ω] de resistencia interna, de una resistencia externa de 18 [Ω] y una batería de 18 [V] y 1[Ω] de resistencia interna dispuestos como indica la figura. ¿Cuál es la corriente que circula por el circuito? A) 15 [A] B) 12 [A] C) 7,5 [A] D) 5,5 [A] E) 1,5 [A] 1Ω 18V 12V 1Ω 18Ω
9. Se tienen dos artefactos eléctricos de 5 [Ω] y 20[Ω] que se conectan a una fuente de 200 [V]. Se puede afirmar que
I) la potencia máxima del circuito se obtiene si se conectan en serie.
II) la potencia mínima del circuito se obtiene si se conectan en paralelo.
III) la potencia total en un circuito en serie se obtiene mediante la suma algebraica de las potencias individuales. Es(son) incorrecta(s) A) sólo I. B) sólo II. C) sólo III. D) I y II. E) II y III.
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EjErcicios
10. Un alambre de cobre tiene una resistencia R. ¿Cómo será la resistencia de otro alambre de cobre, tres veces más largo y con la mitad de su diámetro? A) R4 B) 12R C) 34R D) 12 R E) 15 R Número Alternativa Habilidad 1 B Comprensión 2 D Comprensión 3 C Conocimiento 4 C Conocimiento 5 D Comprensión 6 E Aplicación 7 A Aplicación 8 E Aplicación 9 D Comprensión 10 D Análisis Respuestas correctas
APRENDIZAJES ESPERADOS
MAGNETISMO
APRENDIZAJES ESPERADOSAl completar la unidad, alumnos y alumnas podrán:
Reconocer la importancia del magnetismo en el
avance tecnológico.
Determinar la intensidad de un campo magnético.
Establecer la relación existente entre corriente
eléctrica y magnetismo.
Comprender el funcionamiento de alternadores,
electroimanes y transformadores.
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El fenómeno del magnetismo fue conocido por los griegos desde el año 800 A.C. Ellos descubrieron que ciertas piedras, ahora llamadas magnetita (Fe3O4), atraían piezas de hierro.
La leyenda adjudica el nombre de magnetita en honor al pastor Magnes, “los clavos de sus zapatos y el casquillo (o punta) de su bastón quedaron fuertemente sujetos a un campo magnético cuando se encontraba pastoreando su rebaño”.
En 1269 Pierre de Maricourt, mediante un imán natural esférico, elaboró un mapa de las direcciones tomadas por una aguja al colocarla en diversos puntos de la superficie de la esfera. Encontró que las direcciones formaban líneas que rodeaban a la esfera pasando a través de dos puntos diametralmente opuestos uno del otro, a los cuales llamo polos del imán. Experimentos subsecuentes demostraron que cualquier imán, sin importar su forma, tiene dos polos, llamados polo norte y polo sur, los cuales presentan fuerzas que actúan entre sí de manera análoga a las cargas eléctricas. Es decir, polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen.
En 1600 William Gilbert extendió estos experimentos a una variedad de materiales. Utilizando el hecho de que una aguja magnética (brújula) se orienta en direcciones preferidas, sugiere que la misma Tierra es un gran imán permanente.
En 1750, John Michell (1724-1793) usó la balanza de torsión para demostrar que los polos magnéticos ejercen fuerzas de atracción y repulsión entre sí, y que estas fuerzas varían como el inverso del cuadrado de la distancia de separación.
Aun cuando la fuerza entre dos polos magnéticos es similar a la fuerza entre dos cargas eléctricas, existe una importante diferencia; las cargas eléctricas se pueden aislar (lo que se manifiesta en la existencia del protón y el electrón), mientras que los polos magnéticos no se pueden separar. Esto es, los polos magnéticos siempre están en pares. Todos los intentos por detectar un polo aislado han fracasado. No importa cuántas veces se divida un imán permanente, cada trozo siempre tendrá un polo norte y un polo sur.
La relación entre el magnetismo y la electricidad fue descubierta en 1819 cuando, en la demostración de una clase, el científico danés Hans Oersted encontró que la corriente eléctrica que circula por un alambre desvía la aguja de una brújula cercana.
Poco tiempo después, André Ampere (1775-1836) obtuvo las leyes cuantitativas de la fuerza magnética entre conductores que llevan
La Electricidad
Magnetismo
Las propiedades magnéticas de algunos materiales están presentes en muchas cosas que usamos a diario. Las cintas de video, las tarjetas de crédito, los disquets, los teléfonos, los motores eléctricos, etc. El magnetismo ha sido fundamental para el almacenamiento de la gran cantidad de información de nuestra época.