T.1.- UN UNIVERSO T.1.- UN UNIVERSO CAMBIANTE DE MATERIA Y CAMBIANTE DE MATERIA Y

ENERGÍAENERGÍA

-De qué está hecho el Universo.-De qué está hecho el Universo.-La materiaLa materia- La energía.La energía.- Los cambios.Los cambios.

-Mª Carmen MagallónMª Carmen Magallón-Libro de texto Edt. Anaya 2º ESOLibro de texto Edt. Anaya 2º ESO

Lectura página 21Lectura página 21

DE QUÉ ESTÁ HECHO DE QUÉ ESTÁ HECHO EL UNIVERSOEL UNIVERSO

LA CONSTITUCIÓN DEL LA CONSTITUCIÓN DEL UNIVERSOUNIVERSO• El universo que hoy conocemos El universo que hoy conocemos

está formado esencialmente por está formado esencialmente por materia y energía .materia y energía .

• Los científicos hablan de espacio Los científicos hablan de espacio tiempo como algo que existe tiempo como algo que existe realmente y del vacío, que no es realmente y del vacío, que no es la nada.la nada.

LA MATERIA Y LA ENERGÍA LA MATERIA Y LA ENERGÍA

Todo está formado por materia Todo está formado por materia

Todos los seres necesitamos un aporte continuo de materia y Todos los seres necesitamos un aporte continuo de materia y energía para vivir. La materia la tomamos del planeta donde energía para vivir. La materia la tomamos del planeta donde nos encontramos, y la energía del Sol.nos encontramos, y la energía del Sol.

Necesitamos materiaNecesitamos materia. Para reponer y añadir elementos . Para reponer y añadir elementos (ejemplo: C, N, O, S, P, Ca, Fe, etc.); para sustituir , y en los (ejemplo: C, N, O, S, P, Ca, Fe, etc.); para sustituir , y en los jóvenes aumentar, la cantidad de piel, neuronas, órganos, jóvenes aumentar, la cantidad de piel, neuronas, órganos, músculos y huesos.músculos y huesos.

Necesitamos energíaNecesitamos energía . Para movernos, trabajar, captar la . Para movernos, trabajar, captar la información del mundo que nos rodea y procesarla, digerir información del mundo que nos rodea y procesarla, digerir los alimentos, mantener la temperatura corporal.,etc.los alimentos, mantener la temperatura corporal.,etc.

LOS CAMBIOSLOS CAMBIOS

• Puede decirse que el universo es un Puede decirse que el universo es un conjunto de materia y energía en conjunto de materia y energía en permanente cambio y evolución .permanente cambio y evolución .

• Los seres vivos , como componentes del Los seres vivos , como componentes del universo, cambian y evolucionan universo, cambian y evolucionan constantemente.constantemente.

• Cada cambio que se produce en la materia Cada cambio que se produce en la materia va acompañado de una transferencia de va acompañado de una transferencia de energía.energía.

LA MATERIALA MATERIA

LA MATERIA LA MATERIA

• La materia es todo aquello que tiene La materia es todo aquello que tiene extensión e inercia. La materia tiene extensión e inercia. La materia tiene propiedades generales y específicas.propiedades generales y específicas.

• Las propiedades generales dependen Las propiedades generales dependen de la extensión de la muestra, son de la extensión de la muestra, son extensivas.extensivas.

• Las propiedades específicas son las Las propiedades específicas son las que utilizamos para diferenciar unos que utilizamos para diferenciar unos materiales de otros, son materiales de otros, son intensivas.intensivas.

PROPIEDADES GENERALES DE PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIALA MATERIA

PropiedadPropiedad

De la materiaDe la materiaMagnitudMagnitud

Que la mideQue la mideUnidad Unidad SímboloSímbolo

ExtensiónExtensión Volumen Volumen Metro cúbicoMetro cúbico m3m3

Inercia Inercia MasaMasa KilogramoKilogramo Kg.Kg.

InteracciónInteracción Fuerza Fuerza NewtonNewton NN

Estructura Estructura corpuscularcorpuscular

Cantidad de Cantidad de sustanciasustancia

MolMol MolMol

COMO ES LA MATERIACOMO ES LA MATERIA

• El aspecto de la materiaEl aspecto de la materia: : escala macroscópicaescala macroscópica. La escala . La escala macroscópica es aquella que pueden captar nuestros sentidos y que, macroscópica es aquella que pueden captar nuestros sentidos y que, por tanto, abarca desde los milímetros hasta los años luz. En nuestro por tanto, abarca desde los milímetros hasta los años luz. En nuestro planeta podemos apreciar la materia, a esta escala, en sus tres planeta podemos apreciar la materia, a esta escala, en sus tres estados de agregación: estados de agregación: gaseosogaseoso, formando la atmósfera; , formando la atmósfera; líquidolíquido, , formando la hidrosfera, y formando la hidrosfera, y sólidosólido, en todo el resto de la geosfera., en todo el resto de la geosfera.

• La materia por dentroLa materia por dentro: : escala microscópicaescala microscópica (no podemos apreciarla (no podemos apreciarla a simple vista), sabemos que la materia está formada por partículas a simple vista), sabemos que la materia está formada por partículas que se mueven e interaccionan en el vacío. Estas partículas se que se mueven e interaccionan en el vacío. Estas partículas se encuentran en un estado de agitación permanente, encuentran en un estado de agitación permanente, agitación térmica, agitación térmica, que es la causa de la temperatura de los cuerpos. Las partículas que es la causa de la temperatura de los cuerpos. Las partículas estables por excelencia son los átomos, que podemos encontrarlos estables por excelencia son los átomos, que podemos encontrarlos aislados, formando moléculas o formando cristales. Estos átomos aislados, formando moléculas o formando cristales. Estos átomos están formados por otras partículas que tienen están formados por otras partículas que tienen carga eléctrica.carga eléctrica.

LA LA ENERGÍAENERGÍA

• En el universo hay más energía de la que pueden captar nuestros En el universo hay más energía de la que pueden captar nuestros sentidos, pero la podemos detectar, e incluso medir, con aparatos sentidos, pero la podemos detectar, e incluso medir, con aparatos científicos adecuados. Toda ella surge como consecuencia de los científicos adecuados. Toda ella surge como consecuencia de los cambios que se producen en el interior del Sol y del resto de las cambios que se producen en el interior del Sol y del resto de las estrellas; fundamentalmente, en la transformación del hidrógeno, estrellas; fundamentalmente, en la transformación del hidrógeno, h, en helio, He, en una reacción de fusión nuclear:h, en helio, He, en una reacción de fusión nuclear:

• H + H ---- He + EnergíaH + H ---- He + Energía• Del Sol recibimos grandes cantidades de radiaciones no visibles , Del Sol recibimos grandes cantidades de radiaciones no visibles ,

como la IR (infrarroja), nos proporciona la sensación de calor, los como la IR (infrarroja), nos proporciona la sensación de calor, los rayos UV (ultravioletas), los rayos X y los rayos gamma, rayos UV (ultravioletas), los rayos X y los rayos gamma, eliminarían todo vestigio de vida en la Tierra de no ser por que la eliminarían todo vestigio de vida en la Tierra de no ser por que la atmósfera las absorbe y las transforma en energía térmica (se atmósfera las absorbe y las transforma en energía térmica (se calienta).calienta).

• Casi toda la energía que encontramos en la Tierra procede del Sol, Casi toda la energía que encontramos en la Tierra procede del Sol, directa o indirectamente, como el carbón o el petróleo. directa o indirectamente, como el carbón o el petróleo. Ocasionalmente de los volcanes, géiseres o los terremotos.Ocasionalmente de los volcanes, géiseres o los terremotos.

• La energía la necesitamos para realizar las funciones vitales, la La energía la necesitamos para realizar las funciones vitales, la obtenemos de los alimentos.obtenemos de los alimentos.

• La energía la necesitamos para que funcionen las máquinas, la La energía la necesitamos para que funcionen las máquinas, la obtenemos directa o indirectamente del Sol mediante obtenemos directa o indirectamente del Sol mediante transformaciones… Para obtener energía, hay que transformar la transformaciones… Para obtener energía, hay que transformar la materia.materia.

LOS CAMBIOSLOS CAMBIOS

CONCEPTO: En ciencia llamamos cambio, o fenómeno, a CONCEPTO: En ciencia llamamos cambio, o fenómeno, a cualquier suceso observable y medible.cualquier suceso observable y medible.

La causa de todos los cambios son las interacciones: La causa de todos los cambios son las interacciones: gravitatorias, electromagnética o nucleares. Ejemplosgravitatorias, electromagnética o nucleares. Ejemplos

- Las estrellas, y los demás astros, se forman y se mueven Las estrellas, y los demás astros, se forman y se mueven gracias a la gracias a la interacción gravitatoriainteracción gravitatoria, que se debe a la , que se debe a la masa.masa.

- Las sustancias reaccionan por Las sustancias reaccionan por la interacción la interacción electromagnéticaelectromagnética, debida a la carga eléctrica de las , debida a la carga eléctrica de las partículas que forman los átomos. También es la razón de partículas que forman los átomos. También es la razón de los cambios en los seres vivos.los cambios en los seres vivos.

- En el interior de las estrellas, unos elementos químicos se En el interior de las estrellas, unos elementos químicos se convierten en otros por las fuerzas ocasionadas por las convierten en otros por las fuerzas ocasionadas por las interacciones nucleares. La radiactividad también se debe a interacciones nucleares. La radiactividad también se debe a ellas.ellas.

- Siempre que se produce un cambio hay, simultáneamente, Siempre que se produce un cambio hay, simultáneamente, una transferencia de energía.una transferencia de energía.

CLASIFICACIÓN DE LOS CLASIFICACIÓN DE LOS CAMBIOSCAMBIOS

• Dado que cada fenómeno tiene una causa que lo produce, Dado que cada fenómeno tiene una causa que lo produce, podríamos clasificarlos en: Cambios físicos, cambios químicos y podríamos clasificarlos en: Cambios físicos, cambios químicos y cambios nucleares.cambios nucleares.

• CAMBIOS FÍSICOS: Son los cambios que se producen sin alteración CAMBIOS FÍSICOS: Son los cambios que se producen sin alteración de las sustancias, como los movimientos, los cambios de estado, de las sustancias, como los movimientos, los cambios de estado, el viento, algunos fenómenos eléctricos, etc.el viento, algunos fenómenos eléctricos, etc.

• CAMBIOS QUÍMICOS: Son aquellos en los que sí se producen CAMBIOS QUÍMICOS: Son aquellos en los que sí se producen cambios de las sustancias, como las reacción del sodio metálico cambios de las sustancias, como las reacción del sodio metálico con el agua para formar sosa e hidrógeno, o los cambios que se con el agua para formar sosa e hidrógeno, o los cambios que se producen en el interior de las células vivas, etc.producen en el interior de las células vivas, etc.

• CAMBIOS NUCLEARES: Se producen cuando cambian los CAMBIOS NUCLEARES: Se producen cuando cambian los elementos químicos . Así sucede en las estrellas cuando dos elementos químicos . Así sucede en las estrellas cuando dos átomos de hidrógeno, H, se unen y las fuerzas nucleares los átomos de hidrógeno, H, se unen y las fuerzas nucleares los transforman en uno de helio, He: H + H --- He + Energía.transforman en uno de helio, He: H + H --- He + Energía.

• A partir del hidrógeno se forman, en el interior de las estrellas, A partir del hidrógeno se forman, en el interior de las estrellas, todos los elementos que conocemos.todos los elementos que conocemos.

VOCABULARIOVOCABULARIO

- Agitación térmicaAgitación térmica- AlimentoAlimento- CambioCambio- EnergíaEnergía- Energía solarEnergía solar- Estados de la materiaEstados de la materia- ExtensiónExtensión- InerciaInercia- InteraccionesInteracciones- MateriaMateria

CÉLULAS SOLARES DE CONCENTRACIONHacia la energía eléctrica sin contaminaciónCuando hablamos de lo último en el aprovechamiento de la luz solar para producirelectricidad, hablamos de células solares de concentración. Su principio de funcionamiento es similar al de las células fotovoltaicas tradicionales, con la salvedad de que no están compuestas por silicio, sino por materiales semiconductores más exóticos como el arseniuro de galio (GaAs), formado por arsénico y galio. Las ventajas de utilizar materiales tan exóticos para producir electricidad son grandes. En primer lugar, su eficiencia en la conversión de la energía solar en energía eléctrica es del 40%, frente al 15% que consiguen, hasta el momento, las más modernas células solares de silicio. De ahí que también se las denomine células fotovoltaicas deeficiencia ultra alta. Si las comparamos con las actuales centrales térmicas, que queman carbón o petróleo, su rendimiento es fantástico, ya que una térmica convencional apenas alcanzaun rendimiento del 30%. Solo quedan por encima las modernísimas térmicas de ciclocombinado, que queman gas y alcanzan rendimientos que pueden alcanzar casi el55%, a costa de envenenar nuestra atmósfera con gases de efecto invernadero y otrospeores.

Las eficiencias tan altas de estas células solares se consiguen gracias a su mayor aprovechamiento del espectro solar, al combinar la captación de diferentes frecuencias lumínicas. Pero también gracias a su capacidad única de funcionar de forma óptima a altas temperaturas, de unos 60 °C, lo que facilita la concentración de la luz solar sobre ellas. Desde los años 70, cuando se empezaron a testar células en condiciones de altas concentraciones lumínicas, se ha ido aumentado la «cantidad de soles», es decir, la cantidad de veces que la luz solar es concentrada sobre estas. En la actualidad son viables concentraciones de 500 soles, aunque se encuentra en estudio ampliar la concentración hasta los 1000 soles.Todo ello facilita que, con pequeñas cantidades de arseniuro de galio, extremadamente caro, se consigan grandes producciones de electricidad, disminuyendo, a su vez, la necesidad de utilizar enormes superficies de terreno para producir la misma cantidad de energía eléctrica. De este modo, se reducen los costes de las plantas de producción eléctrica mediante sistemas fotovoltaicos, abaratando el precio del kilovatio-hora(kWh) producido por cada euro invertido. Compañías de todo el mundo están probando estas células con diferentes sistemas ópticos de concentración de la luz solar. Bien mediante campos de espejos llamadoshelióstatos, que concentran la luz en una torre central recubierta de células, bien mediante la utilización de lentes que concentran la luz individualmente en cada unidadfotovoltaica.

Comenta el texto• Sintetiza el contenidoLo que has leído es un informe sobre una nueva tecnología dentro del campode las energías renovables.a) Subraya los aspectos esenciales referidos a la nueva tecnología.b) Haz un resumen de 10 o 15 líneas.• Reflexiona sobre algunas ideasa) ¿En que se diferencia una célula fotovoltaica de concentración de una convencional?b) ¿Cuáles son las ventajas de este sistema?

AplicacionesLas aplicaciones que la energía solar, transformada en eléctrica por células fotovoltaicas,puede tener son innumerables. Si quieres conocer algunas, haz clicken los enlaces que te ofrecemos a continuación:Iluminación nocturna:http://www.isofoton.com/technical/material/esquemas/fotovoltaica-iluminacion_esp.swfSeñalización:http://www.isofoton.com/technical/material/esquemas/fotovoltaica-senyalizacion_esp.swfEnergía eléctrica para la red:http://www.isofoton.com/technical/material/esquemas/fotovoltaica-centrales_esp.swfAlimentación de antenas de TV y telefonía móvil:http://www.isofoton.com/technical/material/esquemas/fotovoltaica-teleco_esp.swfBombeo de agua:http://www.isofoton.com/technical/material/esquemas/fotovoltaica-agua_esp.swfElectricidad para la vivienda y la red:http://www.isofoton.com/technical/material/esquemas/fotovoltaica-integracion_esp.swfUnidad 1. Un universo cambiante de materia y energíaPág. 2Un universo cambiante de materia y energía