Diferencia entre revisiones de «Física - Módulo 2»
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En estas otras reacciones se altera el núcleo atómico cambiando la cantidad de protones y neutrones y en ellas ocurre el fenomeno de "defecto de masa" es decir, una fracción de la masa de reactivos "desaparece" en los productos transformándose en energía a partir de la ecuación E = mc<sup>2</sup>. | En estas otras reacciones se altera el núcleo atómico cambiando la cantidad de protones y neutrones y en ellas ocurre el fenomeno de "defecto de masa" es decir, una fracción de la masa de reactivos "desaparece" en los productos transformándose en energía a partir de la ecuación E = mc<sup>2</sup>. | ||
En el núcleo de los átomos, la fuerza eléctrica de repulsión | En el núcleo de los átomos, la fuerza eléctrica de repulsión entre las cargas positivas de los protones es compensada por la llamada fuerza nuclear fuerte que es de corto alcance. Si dos núcleos se mueven a baja velocidad, la fuerza de repulsión predomina y estos se repelen. Sin embargo cuando dos núcleos chocan a alta velocidad (por ejemplo a un 10 % de la velocidad de la luz, los núcleos se rompen o "quiebran" y entonces la fuerza nuclear fuerte de uno de los núcleos puede alcanzar al otro y así formar nuevos átomos por fusión). | ||
PROCESOS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA EN EL SOL | ===PROCESOS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA EN EL SOL=== | ||
Esta propuesta está centrada en el siguiente eje de los NAP del ciclo orientado: | Esta propuesta está centrada en el siguiente eje de los NAP del ciclo orientado: | ||
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"La comprensión de diversos fenómenos naturales terrestres y celestes" | "La comprensión de diversos fenómenos naturales terrestres y celestes" | ||
====Capacidades y habilidades==== | |||
- Reflexionar sobre porqué la investigación en torno a la fusión nuclear es importante para una fuente de energía segura y respetuosa con el medio ambiente. | - Reflexionar sobre porqué la investigación en torno a la fusión nuclear es importante para una fuente de energía segura y respetuosa con el medio ambiente. | ||
-Tomar conciencia de que el aprovechamiento de la energía proveniente de la fusión nuclear - fuente de la energía solar - puede suministrar energía de una forma | -Tomar conciencia de que el aprovechamiento de la energía proveniente de la fusión nuclear - fuente de la energía solar - puede suministrar energía de una forma prácticamente inagotable. | ||
- Entender que la energía de fusión al no ser una reacción en cadena es | - Entender que la energía de fusión al no ser una reacción en cadena es intrínsecamente segura. | ||
===Marco teórico=== | |||
====Un poco de historia==== | |||
El Sol es un emisor continuo de energía, y de una cantidad formidable. El origen de la energía del Sol ha sido y sigue siendo uno de los temas más apasionantes de la física solar. En la antigüedad algunos humanos creyeron que el Sol había sido puesto ahí por una divinidad con el solo propósito de alumbrar y calentar la Tierra, su energía formaba parte de esa creación divina. Pero cuando el hombre fue construyendo la física y descubriendo que todos los procesos en el Universo parecían obedecer a un mismo conjunto de leyes, se empezó a preguntar por la fuente de energía del Sol en términos de esas leyes. ¿Era el Sol una masa incandescente en continua combustión? De lo que se sabía de él a fines del siglo XIX y de lo que se conocía de la combustión química, esto no era posible. Si el Sol estuviera ardiendo se habría consumido en unos cuantos miles de años y, sin embargo, los fósiles terrestres indicaban que la vida en la Tierra se remontaba a millones de años atrás, por lo que se requería un Sol mucho más viejo. | |||
El físico inglés Lord Kelvin y el físico alemán Von Helmholtz propusieron a finales del siglo XIX que el Sol obtenía su energía por contracción gravitacional: se calienta porque se está encogiendo lentamente. Suponiendo este proceso como fuente de la energía solar, se estima que el Sol había estado brillando tal vez por unos 40 millones de años, tiempo suficiente para tranquilizar a los paleontólogos de la época. Pero el alivio procurado por este nuevo proceso duró muy poco. Pronto se descubrieron vestigios de vida que databan de por lo menos varios cientos de millones de años. El Sol debería haber estado brillando entonces durante mucho más tiempo, pero ¿cómo era eso posible?, ¿de dónde provenía esa energía tan enorme capaz de durar tanto tiempo?, ¿qué otro proceso, más potente que la combustión o la contracción gravitacional, había estado haciendo arder a nuestra estrella por cientos o quizás miles de millones de años? La respuesta tuvo que esperar a la física del siglo XX. | |||
Durante el primer cuarto del siglo XX la fuente de energía del Sol permaneció siendo un misterio, pero la nueva física que se inició con el descubrimiento de la radiactividad comenzó a dar sus frutos. El concepto de átomos constituidos por pequeñísimas partículas fue abriendo paso al estudio de reacciones nucleares, y el establecimiento de Einstein de que la materia puede convertirse en tremendas cantidades de energía sugirió una nueva y tentadora posibilidad. Alrededor de 1926 el físico inglés Sir Arthur Eddington propuso que algún tipo de reacción en el denso y caliente núcleo del Sol debería estar transformando materia en energía y que este mismo proceso era el que hacía brillar las estrellas. Aunque su idea era en esencia correcta, los detalles de las reacciones que ocurren en el núcleo del Sol tuvieron que esperar hasta los años cuarenta, cuando el físico alemán Hans Bethe determinó dos tipos de reacciones nucleares que ocurren en el interior del Sol y que transforman el hidrógeno en helio con una cierta pérdida de materia que se transforma en energía. | |||
====Generación de energía en el Sol (fusión nuclear)==== | |||
===Primer tipo de actividad sugerido=== | ===Primer tipo de actividad sugerido=== | ||
Revisión del 03:05 26 dic 2014
Segundo módulo
Esta segunda parte tiene como propósito plasmar los principales conceptos relacionados con el primer NAP de la Formación General del Ciclo Orientado de la Educación Secundaria.
Ese primer NAP se refiere a los procesos involucrados en la obtención de energía y otros aspectos que permitan una comparación entre diferentes tipos de aprovechamiento.
Presentación
Generación de energía en las estrellas
Reacciones Nucleares
La reacción de fusión nuclear
Unidades de energía asociadas con la reacción de fusión
Conversión de unidades
Actividad: Comparación de la energía de la reacción de fusión y lo que se necesita en un hogar, en una ciudad.
La energía que llega del sol: Espectro electromagnético
Tecnologías asociadas a la radiación solar: Celdas solares, transformación a energía térmica. etc.
Transmisión de la energía radiante desde el Sol
REACCIONES NUCLEARES
Una reacción química es un fenómeno natural en el que se combinan átomos de ciertas sustancias para formar otras. Generalmente se la representa de manera simbólica y en ellas reconocemos a los reactivos y a los productos.
Existen diferentes tipos de reacciones químicas que se clasifican de distinto modo según la forma en la que ocurren. A modo de sintetizar y con el objeto de facilitar la comprensión, podemos decir que existen reacciones "comunes" o "normales" donde los reactivos se transforman en los productos a través de intercambio de electrones, reorganización de las moléculas o desplazamiento de elementos, entre otras. En estas reacciones no se forman nuevos elementos químicos, es decir no aparecen otros átomos de distintos elementos de los que ya están disponibles en la reacción y se verifica el "principio de conservación de la masa."
A este tipo de reacciones comunes de índole cotidiana pertenece por ejemplo la fotosíntesis en la que la energía radiante del Sol es transformada en energía química de los enlaces de los compuestos que se forman.
Existen también otras reacciones no tan comunes ya que no se perciben como del entorno cotidiano. En este otro tipo encontramos a las reacciones nucleares, donde, a diferencia de las anteriores, se produce la transmutación de los elementos, es decir a partir de un elemento dado se forman otros distintos por un reordenamiento de los nucleones, partículas componentes del núcleo atómico, que tiene como resultado la captura o la pérdida de algunos protones y neutrones.
En estas otras reacciones se altera el núcleo atómico cambiando la cantidad de protones y neutrones y en ellas ocurre el fenomeno de "defecto de masa" es decir, una fracción de la masa de reactivos "desaparece" en los productos transformándose en energía a partir de la ecuación E = mc2.
En el núcleo de los átomos, la fuerza eléctrica de repulsión entre las cargas positivas de los protones es compensada por la llamada fuerza nuclear fuerte que es de corto alcance. Si dos núcleos se mueven a baja velocidad, la fuerza de repulsión predomina y estos se repelen. Sin embargo cuando dos núcleos chocan a alta velocidad (por ejemplo a un 10 % de la velocidad de la luz, los núcleos se rompen o "quiebran" y entonces la fuerza nuclear fuerte de uno de los núcleos puede alcanzar al otro y así formar nuevos átomos por fusión).
PROCESOS DE GENERACIÓN DE ENERGÍA EN EL SOL
Esta propuesta está centrada en el siguiente eje de los NAP del ciclo orientado:
"La comprensión de diversos fenómenos naturales terrestres y celestes"
Capacidades y habilidades
- Reflexionar sobre porqué la investigación en torno a la fusión nuclear es importante para una fuente de energía segura y respetuosa con el medio ambiente.
-Tomar conciencia de que el aprovechamiento de la energía proveniente de la fusión nuclear - fuente de la energía solar - puede suministrar energía de una forma prácticamente inagotable.
- Entender que la energía de fusión al no ser una reacción en cadena es intrínsecamente segura.
Marco teórico
Un poco de historia
El Sol es un emisor continuo de energía, y de una cantidad formidable. El origen de la energía del Sol ha sido y sigue siendo uno de los temas más apasionantes de la física solar. En la antigüedad algunos humanos creyeron que el Sol había sido puesto ahí por una divinidad con el solo propósito de alumbrar y calentar la Tierra, su energía formaba parte de esa creación divina. Pero cuando el hombre fue construyendo la física y descubriendo que todos los procesos en el Universo parecían obedecer a un mismo conjunto de leyes, se empezó a preguntar por la fuente de energía del Sol en términos de esas leyes. ¿Era el Sol una masa incandescente en continua combustión? De lo que se sabía de él a fines del siglo XIX y de lo que se conocía de la combustión química, esto no era posible. Si el Sol estuviera ardiendo se habría consumido en unos cuantos miles de años y, sin embargo, los fósiles terrestres indicaban que la vida en la Tierra se remontaba a millones de años atrás, por lo que se requería un Sol mucho más viejo.
El físico inglés Lord Kelvin y el físico alemán Von Helmholtz propusieron a finales del siglo XIX que el Sol obtenía su energía por contracción gravitacional: se calienta porque se está encogiendo lentamente. Suponiendo este proceso como fuente de la energía solar, se estima que el Sol había estado brillando tal vez por unos 40 millones de años, tiempo suficiente para tranquilizar a los paleontólogos de la época. Pero el alivio procurado por este nuevo proceso duró muy poco. Pronto se descubrieron vestigios de vida que databan de por lo menos varios cientos de millones de años. El Sol debería haber estado brillando entonces durante mucho más tiempo, pero ¿cómo era eso posible?, ¿de dónde provenía esa energía tan enorme capaz de durar tanto tiempo?, ¿qué otro proceso, más potente que la combustión o la contracción gravitacional, había estado haciendo arder a nuestra estrella por cientos o quizás miles de millones de años? La respuesta tuvo que esperar a la física del siglo XX.
Durante el primer cuarto del siglo XX la fuente de energía del Sol permaneció siendo un misterio, pero la nueva física que se inició con el descubrimiento de la radiactividad comenzó a dar sus frutos. El concepto de átomos constituidos por pequeñísimas partículas fue abriendo paso al estudio de reacciones nucleares, y el establecimiento de Einstein de que la materia puede convertirse en tremendas cantidades de energía sugirió una nueva y tentadora posibilidad. Alrededor de 1926 el físico inglés Sir Arthur Eddington propuso que algún tipo de reacción en el denso y caliente núcleo del Sol debería estar transformando materia en energía y que este mismo proceso era el que hacía brillar las estrellas. Aunque su idea era en esencia correcta, los detalles de las reacciones que ocurren en el núcleo del Sol tuvieron que esperar hasta los años cuarenta, cuando el físico alemán Hans Bethe determinó dos tipos de reacciones nucleares que ocurren en el interior del Sol y que transforman el hidrógeno en helio con una cierta pérdida de materia que se transforma en energía.
Generación de energía en el Sol (fusión nuclear)
Primer tipo de actividad sugerido
1. Se sugiere plantear las siguientes preguntas movilizadoras que permitirán conocer la información previa que los estudiantes tienen:
- ¿Qué clase de energías utilizamos en la vida cotidiana? ¿Cuál es su origen?
- ¿La consumimos directamente como se obtienen o sufren transformaciones para su utilización?
Algunas respuestas pueden ser: - energía mecánica, cinética, potencial, eléctrica, térmica, nuclear, solar, hidráulica.
- Algunas energías sufren transformaciones como la hidráulica, la química de los combustibles y la solar en eléctrica.
- Las fuentes de energía pueden ser renovables o no renovables.
- Las fuentes de energía pueden ser contaminantes o no contaminantes (aunque habrá grados).
2.Teniendo en cuenta las respuestas de los alumnos se sugiere trabajar con las siguientes actividades:
a) Proyección del video Energía I (Licencia de YouTube estándar)
Actividad: En el conjunto de toda la clase ejemplificar procesos que puedan analizarse en términos de transformaciones de una energía a otra.
b) Proyección del video Transformación de la energía (Licencia de YouTube estándar)
Actividad: Consultando las fuentes de información que necesiten y en pequeños grupos identifiquen los tipos de energía que intervienen y describan sus transformaciones en algunas de las situaciones vistas en el video.
c) Busca enlaces en los que pueda comprenderse de qué modo se transforma la energía en un auto en marcha. Elabora un esquema indicando en etapas y tipos de energía que están involucrados.
4.Recorrer el enlace: Destilador solar
Actividad: analicen el proceso de destilación en términos de las transformaciones de la energía.
Segundo tipo de actividad sugerido
5. Siguiendo con la transformación de la energía, veamos cómo aprovechar la energía del Sol.
Nuestro planeta recibe del sol una cantidad de energía anual de aproximadamente 1,6 millones de kWh, de los cuales sólo un 40% es aprovechable, una cifra que representa varios cientos de veces la energía que se consume actualmente en forma mundial. Es una fuente de energía descentralizada, limpia e inagotable.
Actualmente se aprovecha la energía solar a través de colectores, concentradores solares y/o celdas fotovoltaicas. Aprovechamiento de la energía solar (Licencia de YouTube estándar)
Actividad: encontrar información en la web acerca de:
- la cantidad de paneles solares necesarios para uso domiciliario /
- uso de paneles en gran escala (rutas, techos, granjas solares) y orden de magnitud de la energía que brindan
- tipo de materiales necesarios para la construcción de paneles solares y el modo de obtención de esos materiales.
6.El aprovechamiento energético está condicionado por la intensidad de radiación solar recibida por la tierra, los ciclos diarios y anuales a los que está sometida y las condiciones climatológicas del lugar.
Para el aprovechamiento de la energía del sol se necesita información sobre la irradiación solar recibida la la superficie colectora.
Actividad:
Recorre los siguientes enlaces y otros que encuentres para averiguar la irradiación solar global diaria recibida sobre una superficie horizontal en los meses de julio y de enero en tu localidad.
Grupo de Estudios de la Radiación Solar
7. Para transformar la energía del sol en energía eléctrica se usan las fotocélulas. Recorre estos link para conocer qué son los semiconductores n y p y como funciona una celda fotovoltaica.
Introducción a los Semiconductores (Licencia de YouTube estándar)
Cómo funcionan las celdas fotovoltaicas (Licencia de YouTube estándar)
8.La disponibilidad de la energía solar está limitada a unas horas del día y su intensidad es variable.
Si se desea que en una instalación no haya interrupción de energía eléctrica es necesario contar con capacidad de almacenamiento. En instalaciones fotovoltaicas se emplean baterías del tipo estacionario.
Los tipos más comunes de baterías eléctricas se clasifican por el electrolito:
- baterías ácidas de plomo, - con electrolito de ácido sulfúrico - baterías alcalinas de níquel-cadmio o hierro-níquel con electrolito hidróxido de potasio
Actividad: indaga cuánta energía se puede almacenar en una batería
Acumuladores y baterias tecnicamentesabio (Licencia de YouTube estándar)
Panel solar calculador de baterias, baterias para paneles solares, panel solar calculador (Licencia de YouTube estándar)
Otras secuencias didácticas para trabajar
Otros enlaces
Superheroes de la física (Licencia de YouTube estándar)
Video informativo sobre energías renovables
Generación de energía eléctrica
Energía solar
Cocinas solares (Licencia de YouTube estándar)
Colector Solar (Licencia de YouTube estándar)
Colector Solar de Aire Caliente (Licencia de YouTube estándar)
Tejas de vidrio capaces de transformar la luz del sol en energía (Creative commons)
Los Misterios del Cosmos - Del Sol a Marte (1/3) (Licencia de YouTube estándar)
Fotosíntesis y fotosíntesis artificial
Fotosíntesis (Licencia de YouTube estándar)
Fotosíntesis artificial I (sin aviso de licencia)
Fotosíntesis artificial II (sin aviso de licencia)
Extinción de los dinosaurios
La historia de la tierra 17 Extinción de los Dinosaurios Chicxulub Erupciones (Licencia de YouTube estándar)
Efecto invernadero, calentamiento global y clima
Espectro electromagnético y clima
Espectro electromagnético (Licencia de YouTube estándar)
El espectro electromagnético 2. Las ondas de radio (Licencia de YouTube estándar)
El espectro electromagnético 3. Las microondas (Licencia de YouTube estándar)
Radiación infrarroja del espectro (Licencia de YouTube estándar)
La luz y el espectro electromagnético (Licencia de YouTube estándar)
Energía calorífica y clima
Biodiversidad, la energia calorifica y el clima (Licencia de YouTube estándar)
Efecto invernadero
Calientamiento Global y Efecto Invernadero: Una mirada introspectiva (Licencia de YouTube estándar)
Energía de fusión en el sol
La energía del sol como producto de la fusión (Licencia de YouTube estándar)
Transformaciones de la energía
https://www.youtube.com/watch?v=Ci-v0FVqEnI Historia de las fuentes de energía I] (Licencia de YouTube estándar) Historia de las fuentes de energía II (Licencia de YouTube estándar)
La Eterna Búsqueda (Dibujos animados sobre la historia de los aprovechamientos de energía) (Licencia de YouTube estándar)
Dibujo de Cantinflas y la energía atómica (Licencia de YouTube estándar)
Física moderna
Física cuántica y partículas
Dr. Quantum Física Cuántica (Licencia de YouTube estándar)
Física de partículas - Más allá del átomo CERN LHC John Ellis Bosón de Higgs (Licencia de YouTube estándar)
Otros recursos y bibliografía para el docente
CNEA - Fichas educativas sobre energía