1. ¿Qué es la Energía y Cuáles son sus Propiedades?

La energía es la capacidad de producir trabajo. Se almacena en objetos y sustancias, se transporta, se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza y se presenta en diversas formas que se reducen a energía potencial y cinética.

2. Transferencia de Energía y Leyes

La energía se puede transferir de tres maneras:

  • Trabajo: Empujar o estirar una mesa.
  • Calor: Cuando enciendes una lumbre.
  • Radiación: La luz del sol que calienta.

Leyes que rigen la transferencia de energía:

  • Conservación de la energía.
  • Degradación de la energía.

3. Energía Primaria y Secundaria

Energía primaria: Recursos naturales disponibles que se obtienen directamente de la naturaleza. Ejemplos: carbón, petróleo, uranio.

Energía secundaria: Conjunto de productos energéticos disponibles para su utilización final. Deben mostrar facilidad para ser transportados, distribuidos y aprovechados. Ejemplos: gasolina, queroseno, electricidad.

4. El Carbón

El carbón surge como resultado de la descomposición de la materia vegetal de los bosques primitivos, un proceso que ha requerido millones de años. La hulla es el más común de los carbones. Es una energía primaria que posee energía química almacenada en sus enlaces. Presenta mayor proporción de carbono, menor porcentaje de humedad y mayor poder calorífico.

5. La Máquina de Vapor

En una máquina de vapor se quema un combustible que calienta una caldera con agua. El agua sale de la caldera en forma de vapor y entra en un cilindro a presión, moviendo un pistón. Este pistón va conectado a una biela que mueve una rueda. El vapor a presión gasta energía en realizar el trabajo de mover el pistón. El vapor a alta temperatura sale y es reconducido a la caldera. La energía total del vapor a presión que entra se invierte para mover el pistón, y ese vapor aún contiene energía. Aquí vemos el principio de conservación de la energía. La energía del vapor que entra en el cilindro es igual al trabajo que realiza el pistón más la energía del vapor que sale. La degradación de la energía se pone de manifiesto en la energía que lleva el vapor que sale y que no se aprovecha.

6. Primera Revolución Industrial

Es un periodo histórico comprendido entre la segunda mitad del siglo XVIII y principios del XIX. En Europa, se experimentó un importante conjunto de transformaciones tecnológicas, económicas y sociales. Esta revolución surge por la aplicación de la máquina de vapor para mover bombas, locomotoras, motores, etc. El trabajo manual fue reemplazado por la industria, que comenzó con la mecanización de las industrias textiles.

7. El Petróleo

El petróleo, cuyo nombre proviene del griego (aceite de roca), es una mezcla de hidrocarburos insolubles en agua. Tiene un origen orgánico fósil, procedente de la transformación de zooplancton y algas que quedaron depositados en fondos anóxicos de los mares en el pasado geológico y quedaron enterrados por capas de sedimentos.

8. Composición y Obtención de Componentes del Petróleo

El petróleo está formado por hidrocarburos, que son compuestos de hidrógeno y carbono, junto con cantidades variables de derivados de azufre, oxígeno y nitrógeno. Se obtienen por destilación fraccionada en las refinerías de petróleo.

9. Segunda Revolución Industrial

Hacia la segunda mitad del siglo XIX aparecen los motores de combustión interna, donde se aprovechan fracciones del petróleo como la gasolina, que no se habían utilizado hasta el momento. En las fábricas se empiezan a utilizar alimentos por fracciones del petróleo, y los talleres donde se emplea más mano de obra desaparecen progresivamente. Avances de este momento son: la dinamita, los tornos, las perforadoras neumáticas, máquinas de escribir, etc. Potencias industriales: Inglaterra, Francia, Alemania y EE. UU.

10. Transportes y Comunicaciones en la Segunda Revolución Industrial

En la segunda mitad del siglo XIX, los transportes y las comunicaciones alcanzaron gran importancia por la aplicación a los motores de los nuevos combustibles y de las industrias de hierro y acero, que requerían la presencia de carbón.

11. El Automóvil

En 1884, los alemanes Daimler y Benz fabricaron el automóvil, cuya industria creció y se desarrolló cambiando el aspecto y la atmósfera de las ciudades. Esto favoreció la mejora de caminos y puentes.

12. Instalaciones Eléctricas

Elementos principales de las instalaciones eléctricas:

  • Transmisión de corriente eléctrica:
    • Red de transporte: Conecta las centrales de producción con los centros de distribución.
    • Red de distribución: Comunica los centros de distribución con los consumidores.
  • 6 elementos principales:
    • La central eléctrica.
    • Los transformadores: Elevan el voltaje a altas tensiones.
    • Líneas de transporte.
    • Las subestaciones: Bajan el voltaje.
    • Líneas de distribución.
    • Otros transformadores: Bajan el voltaje al valor utilizado por los consumidores.

13. Transporte de Energía Eléctrica

El transporte de energía eléctrica se realiza a muy alta tensión (26.000 voltios) porque cuanto más elevada sea la tensión, menor es la intensidad de corriente. Dado que las pérdidas en una red de distribución son proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente, cuanto menor sea la intensidad (mayor voltaje), menos pérdidas.

14. Propagación de Energía por Radiación

La radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas. La radiación es una forma de propagarse la energía sin necesidad de un medio natural.

15. Movimiento Ondulatorio

Longitud de onda: Distancia entre dos puntos de una onda que se encuentran en fase. Por ejemplo: dos crestas consecutivas, dos valles consecutivos.

Frecuencia: La inversa del periodo.

La velocidad de propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío es de aproximadamente 3 x 108 m/s.

16. Ondas Electromagnéticas

Todas las ondas electromagnéticas tienen en común la velocidad; todas se expanden a la misma velocidad. Se diferencian en la frecuencia y en la longitud de onda. La energía que se propaga a través de la onda depende de la frecuencia.

17. Espectro Electromagnético

El espectro de ondas electromagnéticas es el conjunto de radiaciones (ondas) que emite el sol y que van desde los rayos gamma a las ondas de radio. De este espectro, una franja muy pequeña es la luz blanca.

  • Rayos gamma: 1022 Hz
  • Rayos X: 1019 Hz
  • Ultravioleta (UV): 1016 Hz
  • Visible: 1015 Hz
  • Infrarrojo (IR): 1013 Hz
  • Microondas: 1010 Hz
  • Ondas de radio: 105 Hz

18. Radiaciones Ionizantes y No Ionizantes

Una radiación ionizante es aquella que es capaz de ionizar las moléculas del aire. Un ion es un átomo o conjunto de átomos con carga eléctrica, positiva o negativa. Si es positiva se llama catión y si es negativa se llama anión. Ejemplos: ultravioleta, rayos X, rayos gamma.

Se entiende por radiación no ionizante aquella onda o partícula que no es capaz de arrancar electrones de la materia que ilumina.

19. Origen de las Ondas Electromagnéticas

  • Ondas de radio: Circuitos físicos.
  • Microondas: Vibraciones moleculares.
  • Infrarrojos: Vibraciones atómicas.
  • Luz visible: Vibraciones de electrones externos.
  • Ultravioleta: Vibraciones de electrones internos.
  • Rayos X: Vibraciones de electrones internos.

20. Peligrosidad de la Radiación Electromagnética

La peligrosidad de una radiación electromagnética depende de su frecuencia (a mayor frecuencia, menor longitud de onda, y la onda es más energética y peligrosa), la intensidad de la radiación y el tiempo de exposición a ella.

21. Efectos de los Campos de RF

  • > 10 GHz: Absorbidas por la piel. Efectos perjudiciales (cataratas, quemaduras) requieren densidades de potencia mayores a 1000 W/m2, que no existen en entornos habituales.
  • 1 MHz – 10 GHz: Penetran en los tejidos y producen calentamiento. La profundidad de penetración crece conforme decrece la frecuencia. Los efectos perjudiciales se deben al aumento de la temperatura de un tejido, lo que puede provocar menor capacidad para la realización de tareas físicas y mentales. Puede afectar al desarrollo de los fetos y a la fertilidad masculina.
  • < 1 MHz: Inducen corrientes en los tejidos (alrededor de 10 mA/m2). Para ser peligrosas, estas corrientes han de ser superiores a 100 mA/m2.