TEMA 74: NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA. CORRIENTE ELÉCTRICA. ELEC ELECTR TROM OMAG AGNE NETI TISM SMO. O. INDU INDUCC CCIÓ IÓN N ELEC ELECTR TROM OMAG AGNÉ NÉTI TICA CA.. LA ENER ENERGÍ GÍA A ELÉCTR ELÉCTRICA ICA:: UNA FORMA FORMA PRIVIL PRIVILEGI EGIADA ADA DE ENERGÍ ENERGÍAA- EVOLU EVOLUCIÓ CIÓN N EN LAS LAS NECESIDADES ENERGÉTICAS DE LA SOCIEDAD. ENERGÍAS ALTERNATIVAS 1. INTRODUCCIÓN En este tema comenzaremos estudiando los fenómenos eléctricos y magnéticos y su interacción mutua, fenómeno que es conocido como inducción electromagnética. Por otra parte, la inducción electromagnética es el fenómeno en que se basa el funcionamiento del generador eléctrico, motor eléctrico y transformador, dispositivos gracias al que fue posible el desarrollo de la era eléctrica y a finales del siglo XIX. Esto nos llevará a tratar, en la segunda parte del tema, la energa eléctrica como una forma privilegiada de energa, gracias a sus facultades de conversión directa en otras formas de energa como la qumica o luminosa. !a evolución de las necesidades energéticas de la sociedad a partir de la instalación de las primeras centrales de producción de energa eléctrica para su consumo generalizado por la población "a sido creciente y plantea, actualmente. El problema del agotamiento de las energas convencionales y la consecuente b#squeda de energas alternativas o renovables, con cuyo estudio cerraremos el tema. 2. NATURALEZA ELÉCTRICA ELÉCTRIC A DE LA MATERIA 2.1. Ant!"nt# $%#t&'%!(# !os fenómenos de la electricidad y el magnetismo fueron conocidos por los antiguos griegos. $ales de %ileto observó que cuando se frotaba el ámbar éste atraa peque&os ob'etos tales como plumas o pa'itas. Ele(tron de ello procede de ámbar ámbar.. $eofrasto realizó un estudio a los materiales capaces de producir fenómenos eléctricos escribiendo el primer tratado sobre la electricidad. )ilbert realizó estudios sobre electricidad y magnetismo, demostrando que distintas sustancias al ámbar tenan las mismas propiedades. *u +ay "ay dos tipos de electricidad la producida por el ámbar frotado, lacre, vulcanita y otras sustancias resinosas y la producida frotando sustancias vtreas como el vidrio y la mica y también estableció que dos tipos iguales de cargas eléctricas se repelen mutuamente, mientras que dos tipos distintos se atraen. !os elementos neutros se suponan que tenan a partes iguales material resinoso y vtreo. +ran(lin descubrió además que el fluido eléctrico poda transferirse de un cuerpo a otro de dos formas, por frotamiento, de forma que parte del fluido eléctrico de un cuerpo se transfiere al otro, si ambos cuerpos se conectan mediante determinadas sustancias, en especial metales. Primer indicio de la conducción eléctrica, pone de manifiesto que la electricidad tiene una e-istencia por s misma y no es solamente una propiedad y impuesta al cuerpo, además de las implicaciones en lo que se refiere a conservación de carga eléctrica, es decir, la carga no se crea por frotamiento eléctrico simplemente se transfiere. Priestley dedu'o que la fuerza entre dos cargas eléctricas es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas, del mismo modo que ocurre con la fuerza gravitatoria entre dos masas. !ey confirmada por oulomb. Posteriormente se sucedieron avances significativos en el estudio de la electricidad, los fenómenos eléctricos producidos por cargas en movimiento en el interior de un material conductor. /ames %a-0ell unificó las leyes de la electricidad y el magnetismo en un con'unto reducido de leyes matemáticas.
2.2. E#t')!t)'* %nt'n* " +* ,*t'%*: !(n")!t('# *%#+*nt# !a materia está compuesta por moléculas, formadas a su vez por átomos, que en un principio se suponan indivisibles. El átomo consta de un n#cleo central del orden de 12314 5m., en el que se concentra prácticamente toda la masa del átomo y que está formado por otras partculas elementales denominados protones y neutrones. )irando en órbita alrededor del n#cleo se encuentran unas partculas elementales llamadas electrones, dotadas de carga eléctrica. 6rbita del orden de 12312 5m., por tanto muy grande en comparación con el n#cleo. !a masa del protón es 1.789 veces la masa del electrón y su carga eléctrica es igual a la carga del electrón pero su signo es contrario. El neutrón tiene una masa prácticamente igual a la del protón pero no tiene carga eléctrica alguna. :s pues, la masa y la carga eléctrica caracterizan las partculas elementales. !a carga del electrón se "a tomado como unidad fundamental de carga y, por convención, su signo es negativo. ualquier otra carta eléctrica puede e-presarse como un n#mero entero de veces la carga del electrón. Esto nos conduce a una propiedad importante de la carga eléctrica que es su cuantización. El átomo en estado normal es eléctricamente neutro, pues el n#mero de electrones y protones es el mismo. ;in embargo, los átomos pueden presentar propiedades eléctricas distintas en función del n#mero de electrones que poseen y de la forma en que éstos se distribuyen alrededor del n#cleo. !os átomos se unen formando moléculas y éstas se entrelazan formando las sustancias. *e la forma en cómo estas uniones se producen dependen las propiedades eléctricas y magnéticas de la materia. *esde el punto de vista de las propiedades eléctricas, la materia puede clasificarse en ;ustancias conductoras en las que las cargas eléctricas se desplazan fácilmente por todo el volumen que ocupa la materia, al estar los electrones débilmente ligados al átomo. !os átomos que "an perdido uno o más electrones quedan con e-ceso de carga positiva, ocupando posiciones fi'as dentro de la materia. %ientras, los electrones desligados forman una nube electrónica dentro del volumen que ocupa la sustancia, con propiedades parecidas a la de un gas confinado, por lo que se conoce también como gas electrónico. ;on conductores todos los metales y algunas otras sustancias.
;ustancias aislantes en las que la carga eléctrica no se desplaza con facilidad. En las sustancias aislantes los electrones están fuertemente ligados al átomo y no pueden desplazarse por el volumen que ocupa la sustancia, salvo si ésta es sometida a tensiones como las que se crean los campos eléctricos o, como "emos visto en el apartado anterior, si se frotan con otro material, en cuyo caso puede perder o ganar carga eléctrica por transferencia entre ambos materiales.
;ustancias semiconductoras en unas condiciones se comportan como conductoras y en otras como aislantes.
;ustancias superconductoras a temperaturas cercanas al cero absoluto, ciertos metales adquieren una conductividad infinita, es decir, la resistencia al flu'o de cargas se "ace cero. . En algunos materiales biológicos se pueden observar propiedades eléctricas en determinadas condiciones, as tenemos piel de cone'o, el pelo "umano, la lana, la seda, el papel, el algodón, la madera, el ámbar.
2.. C(n!/t( " !*'0* +!t'%!*. P'(/%"*"# " +* !*'0* +!t'%!*. L " C()+(, !a naturaleza presenta un estado que es eléctricamente neutro, dado que los átomos, constituyentes fundamentales de la materia, poseen igual n#mero de electrones que de protones en su estado normal. *e la estructura atómica se deduce que la cantidad de electricidad de un cuerpo es fi'a, por tanto, podemos "ablar de e-ceso de electricidad negativa o defecto de electricidad negativa, seg#n la materia esté cargada negativa o positivamente. ;e denomina carga eléctrica o cantidad de electricidad al defecto o e-ceso de electrones respecto al n#mero de protones. !a carga eléctrica es de naturaleza discreta, fenómeno demostrado e-perimentalmente y por definición, los electrones tienen carga 31, también notada 3e. los protones tienen la carga opuesta, ?1 ó ?e. los neutrones no poseen carga eléctrica. E-isten otras partculas subatómicas, los quar(s que tienen carga fraccionaria 31@8 ó ?A@8, aunque no se "an observado aislados en la naturaleza. !os e-perimentos de oulomb y otros cientficos en relación a las fuerzas entre cargas eléctricas se resumen en la ley de oulomb “dos cuerpos cargados se ejercen una fuerza atractiva o repulsiva que varía con la distancia de forma inversamente proporcional al cuadrado de la misma. La fuerza es repulsiva cuando las cargas eléctricas son del mismo signo y atractivas cuando son de signo contrario”.
B por otro lado dice “la fuerza con que se atraen o se repelen dos cargas es directamente proporcional al producto de ambas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa” duc"as cargas se atraen si son de signo opuesto y se repelen si son del mismo signo.
Esto puede e-presarse matemáticamente como + C DqqF@ r A ecuación de la ley de oulomb, donde r es la distancia entre las dos cargas q y qF, + es la fuerza que act#a sobre cada carga y D es una constante a determinar seg#n nuestra elección de unidades. En el sistema internacional la unidad de carga es el coulomb o culombio GH que se define como la cantidad de carga que situada frente a otra igual a la distancia de un metro en el vaco la repele con una fuerza de ,127 J. en este sistema la unidad fundamental no es la de carga sino la de corriente, por tanto un oulomb es igual a la carga que fluye por un conductor en un segundo cuando la corriente es de un amperio G:H. El valor de la constante D se "a calculado e-perimentalmente. ;e "a visto que tal constante depende del medio en el que se encuentren situadas las cargas. uando las cargas se encuentran situadas en el vaco, la constante toma el valor de 12 Jm A@ A . uando cambia el medio cambia el valor de la constante, de forma que en los otros medios su valor es siempre menor, por lo que suponemos que en el resto de medios la interacción entre las cargas es menor. !a constante D la podemos poner en función de la permisividad o constante dieléctrica de cada medio K2, quedando del siguiente modo D C 1@4L K 2. omo resumen sobre la naturaleza eléctrica de la materia debemos se&alar tres importantes propiedades de la carga eléctrica Principio de conservación de la carga la carga eléctrica ni se crea ni se destruye, solo se transfiere de un cuerpo a otro.
!a carga está cuantizada, en unidades enteras de la unidad elemental que es la carga del electrón, e C 1,91231 .
!ey de oulomb la fuerza entre dos cargas puntuales vara de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.
2.4. C*,/( +!t'%!( /(tn!%*+ +!t'%!( :l igual que ocurra con la fuerza gravitatoria, era difcil e-plicar como la fuerza eléctrica act#a a distancia. Este inconveniente fue solventado por +araday cuando definió el concepto de campo
eléctrico, el campo eléctrico es una modificación en una zona del espacio, que por acción de una carga q situada en el mismo, es capaz de atraer "acia si otra carga que entre en dic"a zona. ;u presencia se detecta por la aparición de una fuerza sobre la carga de prueba que colocamos en dic"o campo eléctrico. !a intensidad del campo eléctrico se define como la fuerza e'ercida por unidad de carga positiva colocada en un punto. %atemáticamente, su valor lo calculamos como E C +@ q C DGM@ d AH ó EC Gq@ 4L K 2r AH. ;e trata de una magnitud vectorial, cuyo módulo, dirección y sentido dependen de la posición de las cargas. En el ;.I. se mide en J@. ;i el campo eléctrico es creado por una carga positiva, la dirección del vector campo está dirigido radialmente, y sale de la carga. ;i la carga es negativa, la dirección es radial, pero el sentido está dirigido "acia la carga que lo crea. ;i una carga positiva de 1 se desplaza del punto : al N por la trayectoria indicada, en un punto intermedio tal y como % des esta trayectoria, la fuerza que act#a sobre la carga positiva unidad viene dada por E, siendo E el campo eléctrico en el punto %. por tanto el traba'o elemental para desplazar esta carga a lo largo del segmento es >1 3 >AC O@ q Esta fórmula nos dice que el traba'o realizado para desplazar la carga : "asta N es independiente de la trayectoria seguida, y solo depende del punto inicial y final de la misma. : este traba'o se le llama, por definición, diferencia de potencial eléctrico entre los puntos : y N. En el ;I la unidad del potencial eléctrico es el > voltio, definido como el potencial de un punto : del campo tal que el traba'o realizado por las fuerzas del mismo para trasladar la unidad de carga positiva de dic"o punto al infinito es igual a un 'ulio.
. CORRIENTE ELÉCTRICA .1. Intn#%"*" " !(''%nt +!t'%!* 3I C I donde la constante de proporcionalidad es la resistencia del conductor. !a resistencia es la oposición que el conductor pone al paso de la corriente y se mide en el ;.I. en o"mios Q. *epende de las caractersticas del conductor. omo "emos dic"o la constante de proporcionalidad de la ley de B"m es la resistencia. !a "emos definido como la oposición que el conductor pone al paso de la corriente. Remos dic"o que depende de la naturaleza del conductor, pero vamos a estudiar más detenidamente de que depende. E-perimentalmente se puede deducir que la resistencia de un conductor es directamente proporcional a la longitud e inversamente proporcional a la sección del mismo, dependiendo
también de la naturaleza del conductor. Esto podemos e-presarlo como C >@ I, el cociente >@ I es constante y distinto para cada conductor.
.. T'**5( /(tn!%* " +* !(''%nt +!t'%!* 36: L " ()+ En un circuito eléctrico recorrido por una corriente continua, el paso de las cargas erétricas supone una liberación energética, cuyo valor e-presado en traba'o realizado es O C M G> 1 3 >AH considerando la definición de intensidad como I C M@ $ y "aciendo los cálculos pertinentes el O nos dará O C I At. !a potencia de una corriente eléctrica es la razón entre el traba'o realizado por esa corriente y el tiempo empleado en realizarlo. P C O@ t esta e-presión constituye la ley de /oule. En un circuito eléctrico, los continuos c"oques de los electrones con los iones metálicos del conductor, producen un intercambio de energa cinética entre unos y otros, lo que se traduce en un aumento de la $S del conductor, desprendiéndose calor. : este fenómeno se le conoce como el efecto /oule, el cual presenta numerosas aplicaciones ;e puede aplicar para la medición de la intensidad de la corriente eléctrica mediante ampermetro térmico consta de un "ilo que se dilata en virtud del calor desarrollado al pasar por él una corriente eléctrica, cuando se cierra el circuito.
uando el conductor adquiere una $S muy elevada, parte de la energa calorfica se transforma en energa luminosa, utilizando el alumbrado de incandescencia.
+usible consiste en intercalar en las instalaciones "ilos conductores muy finos y de ba'o punto de fusión, los cuales se funden al pasar por ellos una corriente superior a aquella para la que están calculados. ;e evita el paso de subidas bruscas de intensidad de la corriente eléctrica.
:paratos de calefacción formados por conductores de peque&a sección y largos, enrollados en espiral para ocupar poco espacio.
4. ELECTROMAGNETISMO 4.1. Ant!"nt# $%#t&'%!(# Bersted fue quien descubrió la relación e-istente entre los fenómenos eléctricos y magnéticos. Pensó que si la electricidad estática no afecta a los imanes, quizás fuera distinto con la electricidad dinámica. Efectuó un e-perimento en el que dispuso un alambre metálico en cuyos e-tremos conectó una pila y situó una agu'a de br#'ula a poca distancia. !a agu'a, inicialmente orientada en la dirección J3;, giró "asta orientarse en posición perpendicular al "ilo metálico. ;iempre se colocaba en posición perpendicular. onstató que e-ista una interacción entre el magnetismo y la corriente eléctrica que él denominó electromagnetismo. :mpere demostró que las corrientes eléctricas atraen limaduras de "ierro. Propuso la teora de que las corrientes eléctricas son la fuente de todos los fenómenos magnéticos, base de las modernas teoras sobre el comportamiento magnético de los materiales, que es debido a las corrientes eléctricas producidas en el interior de sus moléculas o átomos en forma que el campo magnético es más o menos intenso en función de la igual o desigual desordenación de dic"as corrientes eléctricas internas. +araday y Renry, demostraron que un campo magnético variable da lugar a un campo eléctrico3 %a-0ell concluyó que los fenómenos eléctricos y magnéticos son productos de una misma interacción denominada interacción electromagnética, lo que le llevó a formular las ecuaciones de %a-0ell.
E-isten portadores de cargas eléctricas, y las lneas del campo eléctrico parte desde las cargas
positivas y terminan en las cargas negativas. Jo e-isten portadores de carga magnética, por lo tanto, el n#mero de lneas del campo magnético que salen desde un volumen dado, debe ser igual al n#mero de lneas que entran a dic"o volumen.
argas eléctricas en movimiento generan campos magnéticos.
4.2. C*,/( ,*0nt%!( !a presencia de un campo magnético puede demostrarse fácilmente, colocando en el punto donde e-ista una br#'ula y comprobando si tiende a alinearse en una dirección particular todo conductor colocado paralelamente a una agu'a magnética móvil la desva de su posición norte3sur, tendiendo a orientarla perpendicularmente a la dirección del conductor. !a perturbación magnética en cada punto se caracteriza por el vector N llamado campo magnético o inducción magnética. :l igual suceda con el campo eléctrico, conocido como N en un punto se puede saber la fuerza que e'erce sobre un imán o sobre una carga eléctrica en movimiento. omo "emos visto, e-isten fuerzas magnéticas siempre que una corriente eléctrica se encuentre pró-ima a un imán. onsideremos una corriente eléctrica rectilnea en las pro-imidades de un imán. E-perimentalmente llega a determinarse dic"a fuerza
Es proporcional al valor de la intensidad de corriente que circula.
;u dirección y sentido dependen de la dirección y sentido de la intensidad y es siempre perpendicular a la misma.
Para determinada orientación de la intensidad, la fuerza magnética es nula.
Es proporcional al ángulo T entre la velocidad y la dirección anterior en que la fuerza resulta nula.
!a fuerza sobre una corriente de intensidad I, es igual en intensidad pero de sentido opuesto, a la e'ercida sobre una corriente igual que circula en sentido contrario.
:lgunas aplicaciones del campo magnético son El ciclotrón acelera partculas elementales cargadas para "acerlas colisionar y estudiar sus efectos y la naturaleza de las mismas.
El espectrógrafo de masas determina la relación carga@masa de las partculas para conocer la naturaleza qumica de las sustancias.
!a resonancia magnética G%JH método de reconstitución de imágenes anatómicas que emplea la propiedad de ciertos n#cleos atómicos de comportarse como peque&os imanes y a la vez como peque&os giroscopios.
8. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA El fenómeno de la inducción de campos eléctrico a partir de campos magnéticos fue descubierto de forma casi simultánea pero independiente por los cientficos +araday y !enz. Por el contrario, la inducción de campos magnéticos a partir de campos eléctricos fue postulada de forma teórica por %a-0ell por la necesidad de compatibilidad matemática entre la ley de :mpere y el principio de conservación de la carga. *ada la comple'idad matemática que entra&a, en este apartado estudiaremos solo los resultados e-perimentales de +araday3Renry.
8.1. In")!!%&n " !*,/(# +!t'%!(# * /*'t%' " !*,/(# ,*0nt%!(#. L " F*'*"*-9n' Racia 1.781, +araday en Inglaterra y Renry en EE.<<., realizaron una serie de e-perimentos muy sencillos.
:l acercar el imán a la bobina, el flu'o a través de ésta aumenta, ya que el campo magnético dentro de la bobina se va "aciendo mayor conforme se reduce la distancia imán3bobina. El sentido de la corriente "a de ser tal que, con los efectos magnéticos que crea la corriente inducida contrarreste el aumento de flu'o magnético que se produce al acercar el imán. :l ale'ar el imán sucede lo contrario. En realidad la ley de !enz no es más que otra forma del principio de la conservación de la energa. !as cosas suceden de modo que, para acercar el imán a la bobina tenemos que realizar un traba'o. Este traba'o es el que se convierte en energa eléctrica. uanto mayor sea el traba'o que realicemos, mayor será la energa eléctrica producida en forma de corriente.
. LA ENERGÍA ELÉCTRICA: UNA FORMA PRIVILEGIADA DE ENERGÍA :cabamos de ver cómo es posible la conversión directa de energa mecánica en energa eléctrica. Esta es solo una de las m#ltiples posibilidades de conversión de la energa eléctrica, que "ace de esta una forma privilegiada de energa. El interés por la energa eléctrica alcanzo su má-imo impulso cuando Edison la utilizó por primera vez para el alumbrado de las calles. *entro del camino recorrido "istóricamente por el "ombre en el terreno del aprovec"amiento energético, la electricidad es un "ito muy importante que constituye el resultado de muc"os conocimientos alcanzados en el campo energético de forma acumulativa. Estos conocimientos permiten convertir en electricidad formas de energa que, de otra forma, seran poco aprovec"ables por el "ombre. U la versatilidad, posibilidades de utilización y adecuación a las e-igencias de la calidad de vida que permite esta forma de energa son cada vez mayores. Podemos destacar los siguientes aspectos positivos
+ácilmente transportable.
Jo es contaminante.
;e transforma fácilmente en otro tipo de energa.
:lto grado de seguridad.
+ácilmente evaluable. !a electricidad aparece as como una sntesis del mundo de la energa, tanto de las energas convencionales, como de las nuevas energas, que solo pueden ser utilizadas por el "ombre previa conversión en electricidad, gracias a que la energa eléctrica tiene una importante facultad de interconversión. Puede convertirse en
Energa mecánica esta transformación tiene lugar en los motores eléctricos.
Energa qumica en los acumuladores, la energa eléctrica, a través de un proceso de electrolisis, se transforma en energa qumica, que queda almacenada en la batera.
Energa calorfica al pasar la corriente a través de un conductor, se produce en él calor como consecuencia del llamado efecto /oule. Esta transformación de energa eléctrica en calorfica es la base del funcionamiento de todos los aparatos de calefacción eléctrica.
Energa radiante como sucede en las bombillas la incandescencia y en los tubos fluorescentes.
:demás puede obtenerse energa eléctrica de la energa calorfica como los convertidores termoiónicos, la energa mecánica como los alternadores, dinamos, la energa lumnica como en células solares, la energa qumica en el caso de pilas y acumuladores.
7. EVOLUCIÓN DE LAS NECESIDADES ENERGÉTICAS DE LA SOCIEDAD !as fuentes de las que podemos obtener energa fácilmente son limitadas. El petróleo, el carbón, el gas natural, la madera, etc., se llegaran a acabar. !as necesidades de energa del ser "umano se disparan a medida que me'ora su calidad de vida. uando la población aumente y el tercer mundo, precisamente el más poblado, me'ore su calidad de vida como sera deseable, la energa disponible no llegara para todos. !as previsiones actuales son apro-imadamente las siguientes petróleo 42392 a&os, gas natural 122 a&os, carbón más de 1.222 a&os. Estas cifras no resultan muy alarmantes, podremos seguir e-plotando estos recursos durante unos cuantos a&os más. ;in embargo aqu es donde reside uno de los principales problemas, ya que la producción y el consumo de las llamadas energas sucias son los principales causantes de la degradación ambiental del planeta. : modo de e'emplo podemos citar el cambio climático, mareas negras, los accidentes nucleares, residuos radiactivos, desertificación, lluvia ácida, contaminación urbana, etc.
pases avanzados.
;.2. En'0<* #(+*' *e todas las formas posibles de aprovec"amiento de la energa solar, las más rentables, y que se "an desarrollado industrialmente son las centrales solares, las células fotosolares y los paneles solares. entrales solares transforman la energa solar en eléctrica. oncentran la radiación mediante espe'os, sobre una caldera de agua, produciendo vapor que pasa a través de una turbina, que mueve a su vez a un alternador generándose corriente eléctrica. Este procedimiento permitió el desarrollo de los "ornos solares G+rancia 1.V2H y de las centrales solares G/apón 1.98H. Este tipo de centrales tienen en la actualidad un rendimiento pró-imo al 42W de la energa solar total que recogen, siendo sus inconvenientes el deterioro estético y su tama&o limitado Gsolo permiten abastecer a poblaciones de cinco o seis mil "abitantesH. *eben funcionar conectadas a la red tradicional para garantizar el suministro nocturnoH.
élulas solares Están formadas por sustancias semiconductoras que transforman la luz solar en electricidad. E-isten varias clases sulfuro de cadmio y cobre, de galio, de silicio..., siendo esta la de mayor porvenir. Estas células están formadas por monocristales de silicio cortados en peque&as pastillas al llegar la radiación solar a su superficie se produce un movimiento de electrones en su interior, apareciendo entre sus e-tremos una diferencia de potencial, lo que les convierte en una peque&a pila o generador de corriente eléctrica. : pesar de su alto costo este procedimiento es insustituible en muc"os casos se "a utilizado como generador de electricidad en satélites artificiales y cápsulas espaciales, para boyas eléctricas en alta mar, etc. !a electricidad producida por las células está supeditada al ;ol, por lo que este proceso necesita una forma de almacenamiento, por medio de bateras o produciendo con ella descomposición electroltica del agua, obteniéndose y almacenándose Ridrógeno, que a su vez es un combustible ideal por su alto poder calorfico y por no de'ar residuos contaminantes.
Paneles solares Este sistema se basa en que al llegar los rayos solares al tubo o tubos, pintados de negro para que tengan mayor poder absorbente, se calienta el agua que circula por ellos. ;u funcionamiento se debe al Yefecto invernaderoY. El vidrio de'a pasar las ondas que llegan del ;ol pero impide el paso de las que emite el tubo, por ser estas de mayor longitud de onda que las primeras. !a energa calorfica queda dentro del colector produciendo la elevación de temperatura del agua que circula dentro del tubo del panel solar. ;e absorbe as el 2W de la radiación incidente, alcanzando el agua temperaturas de =2372 Z. ;e utiliza para producir agua caliente y para calefacción y necesita de un sistema complementario de zonas de almacenamiento.
ealmente la energa solar en cualquiera de sus formas de aprovec"amiento, está muy poco e-tendida en el mundo, predominando su uso para la climatización de edificios, a pesar de ser un tipo de energa cuya contaminación es mnima, la #nica inmediata es la estética.
;.. En'0<* &+%!* Es uno de los sistemas más antiguos Ge-tracción de agua de pozos, molinos para moler, etc.H. !os inconvenientes son su intermitencia y los graves da&os en las instalaciones que provoca un incremento e-cesivo de la velocidad del viento. omo contrapartida tiene la sencillez de su mecanismo, reducido a una torre con aspas y un elemento transmisor del movimiento de estas. ;u contaminación es nula. El inconveniente de su intermitencia se elimina utilizando esta energa para producir electricidad, que se puede almacenar en bateras, o emplearla para descomponer agua, produciendo "idrógeno que a su vez servirá de combustible. !a investigación se orienta en buscar rotores que no se vean afectados por el incremento e-cesivo de la velocidad del viento. En Espa&a "ay varias instalaciones en funcionamiento comercial, aunque sus costes no las "acen
muy rentables, dos de ellas están localizadas en $arifa y en +inisterre.
;.4. >%(,*#* )racias al ;ol, es posible que los animales realicen sus funciones vitales y las plantas el proceso fotosintético. %ediante este proceso las plantas toman del suelo el agua, las sales minerales, a través de las races, que 'unto con el an"drido carbónico, del aire se transforman, por los rayos solares, en "idratos de carbono, azucares, almidone y también o-geno, que es devuelto a la atmósfera, lo que contribuye a mantener el equilibrio biológico. Esta energa que se almacena en las plantas constituye la base del sustento del resto de los seres vivos. :l con'unto de materia orgánica renovable la procedencia vegetal, animal o la resultante de la transformación natural o artificial de éstas se denomina biomasa, parte de esta biomasa es transformada por el "ombre para producir energa. *e toda la biomasa de que se dispone, bien por razones medioambientales como económicas, solo es rentable la utilización de la siguiente
esiduos procedentes de la agricultura, ganadera, y algunas industrias.
esiduos forestales procedentes de la poda y limpieza de los bosques.
ultivos vegetales energéticos. ;e trata de plantaciones de vegetales que produzcan gran cantidad de biomasa, ya sean cultivos acuáticos como algas marinas, o terrestres, esta fuente energética puede aprovec"arse mediante su combustión directa, o a través de su transformación en otros combustibles con biogás, bioalco"ol, etc. !os métodos de conversión de la biomasa en combustibles pueden agruparse en dos tipos conversión bioqumica y conversión termoqumica.
%étodos bioqumicos fermentación alco"ólica se efect#a en presencia de aire y el fin es obtener alco"ol para motores térmico principalmente. !a técnica consiste en transformar los az#cares en alco"ol. Es una operación costosa. *igestión anaeróbica se efect#a en ausencia de o-geno, y el fin es obtener biogás. ;e basa en introducir la biomasa en un recipiente cerrado, que mediante bacterias se convierte en metano, an"drido carbónico principalmente. Este tipo de instalaciones permitira que las e-plotaciones agrarias se autoabastezcan de energa, como ocurre en pases en desarrollo africanos y asiáticos y gran'as europeas.
%étodos termoqumicos combustión que consiste en quemar la biomasa con el fin de producir calor. En algunos pases "a sustituido al carbón o gasóleo en las calderas de uso doméstico o industrial. Pirolisis se basa en la descomposición de sustancias orgánicas sometidas a grandes temperaturas en ausencia de o-geno. %ediante este proceso se produce carbón vegetal y se libera un gas pobre de elevado nivel energético. : estas instalaciones se les denomina gasógenos.
>enta'as y limitaciones
;u uso evita utilizar recursos agotables como el carbón o petróleo.
%enor contaminación atmosférica.
!a limpieza de bosques y montes reducira el riesgo de incendios.
El peligro que corre de un uso indiscriminado, es que se acabe con la masa vegetal.
Jecesidad de otra energa para su recolección, transporte y transformación en combustible #til, lo que reduce la energa neta resultante.
En algunos casos, al estar muy dispersa su aprovec"amiento no es rentable económicamente.
7.V. esiduos sólidos urbanos ;e engloban ba'o esta denominación todas aquellas sustancias sólidas consideradas como inservibles y producidas como consecuencia de la actividad "umana en las zonas urbanas Por regla general, estos residuos se someten a uno de los siguientes métodos >ertido consiste en el simple almacenamiento de los residuos sobre el terreno, recubriéndolos cada cierto tiempo con el fin de evitar su acción contaminante. El vertido puede ser controlado o incontrolado, seg#n que se realice o no en zonas preparadas con esta finalidad. Este #ltimo tipo de vertido resulta sumamente per'udicial, tanto en lo que respecta a la contaminación como al efecto paisa'stico
omposta'e consiste en la fermentación de los residuos para su uso posterior como abono, o para la obtención de biogás, utilizable como combustible
Incineración al quemarse los residuos combustibles, producen energa calorfica, que puede aprovec"arse directamente para calefacción, o bien transformarse en otros tipos de energa
eciclado consiste en la reutilización como materia prima de parte de los residuos, previamente clasificados. !os que no sean reciclables se someten a uno de los métodos de tratamiento anteriores. Por regla general los residuos son contaminantes. Por ello, conviene minimizarlos al má-imo, procurando utilizar envases reciclables y evitar el uso de envoltorios superfluos.
;.. En'0<* 0(t',%!* onsiste en la utilización, para calefacción, del agua de la capa freática que, en muc"os puntos, se encuentra a $S entre V232 Z. Estadsticamente se puede aceptar que cada punto puede abastecer a unas A.222 viviendas, siendo su duración entre A2 y V2 a&os, seg#n la importancia de la zona e-plotada. El proceso sera e-traer agua a temperatura elevada, utilizarla para la calefacción de las viviendas y volverla a inyectar, a temperatura menor, a una distancia suficiente, para que su retorno a la capa caliente sea mnimo. Este sistema se podra completar con el llamado sistema "eliogeotérmico, que consiste en calentar masas de agua con energa solar, durante los meses cálidos, e inyectarla a unos 2 Z en una capa interna de la tierra. :l e-traerla, el agua se recupera "asta con un 72W de la energa total inicial, y a una tS pró-ima a los =2 Z. ;.7. En'0<* "+ ,*' Para captar el olea'e se "an "ec"o diferentes instalaciones, basándose generalmente en el desnivel que adquiere un cuerpo flotante con el movimiento de las olas, aunque no "an pasado de ser instalaciones teóricas o e-perimentales. El aprovec"amiento de las mareas es una realidad, ya que se obtienen actualmente cantidades significativas de energa por este procedimiento Gentral del ro ance en +rancia, con mareas de 7 m.H. El sistema consiste en una serie de compuertas que cierran la ba"a. :l subir la marea el agua penetra a través *e las compuertas, moviendo a su paso alternadores que generan electricidad. :l ba'ar la marea se cierran las compuertas, se almacena el agua en la ba"a, de forma parecida a un embalse de agua dulce. :l soltar el agua, fluye a través de las compuertas, poniendo otra vez en movimiento los alternadores. En el me'or de los casos este sistema no garantiza más del 12W de las necesidades energéticas, lo que obliga a encontrar otras fuentes. Jo produce ning#n tipo de contaminación, salvo la estética y en menor grado la ecológica, ya que afectara a los ecosistemas de las ba"as convertidos en recintos semicerrados.
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