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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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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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Energía química

Diagrama:
Energía química como energía de enlace entre átomos representada en forma de curva de potencial.

La energía química se encuentra tanto en el enlace de átomos y moléculas como en la posibilidad (potencial) de establecer un enlace químico. Esta se puede liberar en forma de calor al formarse o deshacerse los enlaces. Este "calor de reacción? recibe también el nombre de entalpía de reacción (H). Si se libera calor (dH < 0), se habla de una reacción exotérmica; si se consume calor (dH > 0), de una endotérmica.
Toda mezcla de sustancias de partida que pueda reaccionar dando lugar a otras sustancias o productos de reacción debe ser entendida, por tanto, como un potencial de energía química.
A escala microscópica, esta energía está contenida en los enlaces entre los diferentes átomos, tal y como ilustra la curva de potencial.

Información e ideas:
La energía química es una forma de energía que se puede acumular fácilmente, ya sea en el cuerpo humano o en pilas, baterías y acumuladores. Otro ejemplo es el hidrógeno como depósito de energía química para energías renovables.

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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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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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Energía magnética

Figura de conjunto:
Se comparan dos formas en las que se manifiesta la energía magnética: la energía magnética de una bobina por la que circula corriente y la de un imán molecular.

La energía magnética es la energía acumulada en forma de campo magnético de una bobina por la que fluye energía eléctrica. Resulta del trabajo que la energía eléctrica debe realizar en contra del voltaje inducido (ley de inducción de Faraday). A la inversa, cuando el campo magnético desaparece, esta energía magnética se libera de nuevo en forma de energía eléctrica. En un material magnetizado también hay acumulada energía magnética: equivale al trabajo que se debe realizar para orientar los dipolos magnéticos de ese material en un campo magnético externo. En materiales ferromagnéticos, los dipolos magnéticos se alinean en pequeñas regiones (dominios magnéticos de Weiss) sin necesidad de un campo magnético externo. Si ahora se procede a orientar los dominios de Weiss por medio de un campo magnético externo, se obtiene un imán permanente.
Por cierto: si se calienta un imán permanente, este perderá su imantación por encima de una temperatura crítica. La energía magnética se libera en forma de calor adicional al superar ese punto, más conocido como temperatura de Curie.

Información e ideas:
Un experimento sencillo sobre la imantación: un imán permanente imanta un clavo de hierro al frotar éste contra el imán. ¿Qué trabajo se debe realizar aparte del trabajo de rozamiento? Qué se "consume? en el proceso, ¿el imán permanente o su energía magnética?

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Central hidroeléctrica reversible

Figura:
Esquema funcional de una central hidroeléctrica reversible cuando hay un exceso de corriente en la red.

Cuando en la red eléctrica hay un exceso de corriente, la central eléctrica bombea agua con una bomba eléctrica desde un embalse inferior a otro situado a mayor altura.
Nota: Durante los picos de demanda, el agua fluye de vuelta del embalse superior a las turbinas de la central hidroeléctrica situadas a menor altura.