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Energía térmica

Diagrama:
Ecuaciones para la energía térmica de gases, así como la variación en función de la temperatura de la respectiva capacidad calorífica molar a volumen constante.

La energía térmica o interna de una sustancia es la suma de las energías cinéticas de sus átomos y moléculas. Esta energía puede medirse en forma de temperatura. Si se aplica calor a la sustancia, aumenta la velocidad de las partículas y, con ello, la temperatura. En los gases moleculares, la contribución de calor, además del movimiento de traslación, puede provocar también la excitación de otras formas de movimiento (rotación y oscilación). Esto se expresa en el desarrollo escalonado de la capacidad calorífica molar (diagrama derecho). La capacidad calorífica molar de una sustancia indica cuánta energía se debe aportar para aumentar en 1 °C la temperatura de 1 mol de una sustancia. En las sustancias gaseosas se cumple: si las partículas de gas solo tienen movimiento lineal (traslación), la cantidad de calor que se debe aportar para aumentar en 1 °C la temperatura del gas permanece constante 3R/2. En el caso de los gases moleculares, las moléculas comienzan a rotar a partir de una determinada temperatura. En esta región (incremento lineal en el diagrama) es necesario aportar más energía para aumentar la temperatura en 1 °C, ya que la energía no se convierte solo en el movimiento de traslación, sino también en la excitación de la rotación. Cuando todas las partículas se hallan en rotación, la energía que se debe aportar para aumentar la temperatura en 1 °C vuelve a ser constante 5R/2. El incremento en la transición de la rotación a la oscilación puede explicarse de manera análoga.

Información e ideas:
La figura de conjunto resume el tema de la energía calorífica en el ejemplo de los gases. En la directriz "¿Qué es la energía?? figuran explicaciones exhaustivas y aclaraciones sobre el calor en cuerpos sólidos.

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Derroche de energía

Fotografía:
La energía se desperdicia debido a la calefacción y ventilación simultáneas.

En muchos hogares la energía se desperdicia diariamente. Por ejemplo, si se prende la calefacción y al mismo tiempo se ventila permanentemente. El comportamiento correcto al ventilar ahorra energía, lo que como resultado reduce los costos de la misma.

Ventilar de forma apropiada es sencillo: bajar la calefacción, abrir totalmente la ventana, dejar entrar el aire fresco, cerrar la ventana de nuevo después de unos 5 minutos. Una breve y poderosa corriente de aire, denominada aireación, es mejor que tener la ventana inclinada todo el día.

Indicaciones e ideas:
Adicionalmente existe el medio "¿En qué consumen energía los hogares??. La imagen se puede utilizar como imagen de estímulo para la introducción al tema del ahorro de energía.


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Pila alcalina

Fotografía:
La pila alcalina es uno de los dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica más importantes en la vida diaria. Es una celda galvánica compuesta de un ánodo de cinc, un cátodo de dióxido de manganeso y solución de hidróxido de potasio como el electrolito.


Información e ideas:
Un ejemplo de la conversión de energía química en energía eléctrica.

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La mitocondria: una pequeña central de energía

Figura etiquetada:
Representación esquemática de la respiración celular. La mitocondria es la central de energía en la célula.

La energía necesaria para el trabajo de las células en el cuerpo está disponible en forma de la molécula ATP (trifosfato de adenosina). Esta molécula posee enlaces químicos muy energéticos. El ATP se obtiene a partir de glucosa con ayuda de oxígeno durante la llamada "respiración celular".
El proceso en su conjunto se desarrolla en parte en el plasma celular y en parte en la mitocondria, un orgánulo de la célula. En el plasma celular tiene lugar la glucólisis. En la mitocondria se desarrollan el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria. En total, se generan así entre 36 y 38 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa: la glucólisis y el ciclo de Krebs producen dos moléculas de ATP cada uno; la cadena respiratoria, entre 32 y 34 moléculas de ATP. La mitocondria puede describirse con razón como una "pequeña central de energía".

Información e ideas:
Averiguar cómo se consume el ATP durante la contracción de los músculos podría ser un lindo proyecto de investigación en la clase de biología de enseñanza secundaria.

Medientypen

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Lernalter

16-18

Schlüsselwörter

Energía

Sprachen

Spanisch

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Energía muscular

Fotografía:
Dos personas trotando.



Información e ideas:
Un ejemplo del proceso donde la energía química se convierte en energía mecánica.

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Curva de presión de vapor y diagrama de fases del agua

Diagramas:
Se comparan las curvas de presión de vapor (diagrama p-V) y el diagrama de fases (diagrama p-T) del agua.


Si se calienta agua a 100 °C a presión atmosférica normal, ésta se convierte en vapor. Pero, ¿qué efecto tiene aumentar o disminuir la presión sobre la temperatura de vaporización?
La curva de presión de vapor (curvas T en el diagrama p-V a la izquierda) y el diagrama de fases (diagrama p-T a la derecha) contestan dicha pregunta. La presión de vapor es la presión a la cual la fase líquida y gaseosa están en equilibrio, es decir, el mismo número de moléculas que se evaporan se condensan nuevamente. Por encima de la temperatura crítica (se dan valores numéricos) el agua es siempre gaseosa, independientemente de la temperatura, y se la puede tratar como un gas real (ecuación de Van der Waals, fórmula provista). Para cada temperatura por debajo de la temperatura crítica hay una presión de vapor para la cual hay una zona bifásica (líquida y gaseosa). Se puede deducir, a partir del aumento pronunciado en las curvas en el intervalo de la fase líquida, que las sustancias líquidas son apenas compresibles.
No se ha de confundir la temperatura crítica con la temperatura del punto triple (véase el diagrama p-T). Esto caracteriza los valores de temperatura y presión a los cuales todas las fases (sólida, líquida y gaseosa) están presentes simultáneamente.

Información e ideas:
¿A qué temperatura hierve el agua en el Monte Everest? Las "tablas de presión de vapor? proveen información sobre esto. También sería interesante referirse a los puntos de transición de fases como puntos críticos de temperatura. En la transición de la fase líquida a la gaseosa la energía aplicada no causa inicialmente un aumento de la temperatura. Lo mismo es pertinente a la fusión del hielo. No es sino hasta que toda el agua se ha evaporado o fundido que la temperatura aumenta.

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La célula de flujo redox

Diagrama esquemático:
La célula de flujo redox es un acumulador que trabaja con electrodos líquidos, p. ej., de cinc (Zn) y yodo (I).

El diagrama muestra el flujo del material del que están hechos los electrodos durante la descarga de la célula. Dos electrodos de grafito (superficies negras) actúan como colectores de corriente. El Zn se oxida en su electrodo, el Br se reduce en su electrodo.
Para efectuar la carga, se aplica tensión y se bombean de nuevo ambas soluciones a lo largo de los electrodos.

Información e ideas:
¿Qué ventajas tiene este procedimiento comparado con las células galvánicas convencionales?

Normalmente la cédula de flujo redox funciona con cinc (Zn) y bromo (Br).
En los experimentos escolares, por razones de seguridad, se reemplaza el bromo con yodo (I).

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Clase de eficiencia energética

Fotografía:
Etiqueta energética de una lavadora.

Al comprar aparatos eléctricos, mediante la etiqueta energética se puede determinar si el aparato es de bajo consumo. Las clases A +, A ++ y A +++ son las más eficientes.

Indicaciones e ideas:
La elección consciente de la clase de eficiencia energética correspondiente puede reducir el consumo de energía y los costos de energía de un hogar. Además para esto existe el medio "¿En qué consumen energía los hogares??. La imagen también se puede utilizar como imagen de estímulo para la introducción al tema del ahorro de energía.


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Ahorro de energía como fuente de energía

Diagrama esquemático:
Esta visión general muestra a partir de una selección de ejemplos que el ahorro de energía sí se puede mencionar como "fuente de energía?.

Sobre la base de cinco ejemplos de la vida cotidiana (generación de electricidad y calor, distribución de energía, construcción, iluminación, transporte) se muestra cómo el ahorro de energía conserva el consumo de las fuentes de energía (primaria o secundaria) individuales.

Indicaciones e ideas:
Los alumnos pueden luego buscar otros ejemplos. ¿Qué tan importante es el ahorro de energía en relación con la escasez general de recursos? ¿Se lo puede equiparar aproximadamente con el desarrollo de fuentes de energía renovables?


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Bombilla de xenón para automóvil

Fotografía:
Una bombilla de xenón para automóvil.



Información e ideas:
Un ejemplo de la conversión de energía eléctrica en energía radiante.

Medientypen

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Lernalter

6-18

Schlüsselwörter

Energía

Sprachen

Spanisch