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Materia y energía Unidad 13

2ESO

G U Í A D I DÁ C T I C A UNIDAD 13

Materia y energía

1 Programación de aula* . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Sugerencias didácticas y soluciones

Presentación de la unidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Contenidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Ciencia paso a paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Pon a prueba tus competencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Incluye una Matriz de evaluación de competencias . . . . . . . . . . . . . 14

3 Actividades de refuerzo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4 Actividades de ampliación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

5 Propuesta de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22*Esta programación y la concreción curricular de tu comunidad autónoma podrás encontrarla en el CD Programación y en <www.smconectados.com>.

CO N T E N I D O

2 Unidad 13 Materia y energía

Todos los cuerpos poseen energía, y gracias a ella podemos realizar nuestras actividades diarias: andar, hablar, comer,trabajar, etc. Se inicia la unidad presentando la energía como una propiedad de la materia, responsable de que se pro-duzcan cambios.

A continuación, se presentan las dos formas básicas de energía: la energía potencial, asociada con el cambio de posi-ción, y la energía cinética, asociada con el movimiento. Se aborda la conservación de la energía, debido a la cual la can-tidad total de energía siempre permanece constante, aunque pase de unos cuerpos a otros; y la degradación de la ener-gía, que tiene lugar cuando la energía pasa a otras formas no aprovechables. Otros conceptos que se analizan son elde trabajo y el de energía mecánica, prestando especial atención a las unidades en que se expresan.

Se dedica un epígrafe a diferenciar una propiedad de la materia, la temperatura, de una forma de transferencia de ener-gía, el calor, para posteriormente tratar la equivalencia entre calor y trabajo.

Por último, se analizan las fuentes de energía, clasificando estas fuentes en renovables y no renovables, y las ventajase inconvenientes de cada una de ellas, llegando a la conclusión de la necesidad de ahorro y la diversificación de la ener-gía para garantizar el suministro en un futuro.

Los contenidos de la unidad están relacionados con el bloque 2 del currículo oficial: Materia y energía.

Los contenidos que se estudian en la unidad resultan idóneos para el trabajo de las distintas competencias básicas.Incidiremos sobre la competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físico, pero también trabajaremosla competencia matemática, la competencia social y ciudadana, y la competencia para aprender a aprender .

Unidad 13 Materia y energía

Programación de aula

Concepto de energía.

– Análisis de situaciones cotidianas en las que se pro-duzcan transformaciones e intercambios de energía.

Formas básicas de la energía: cinética y potencial.

– Resolución de problemas numéricos sencillos conmagnitudes energéticas.

Cambio, conservación y degradación de la energía.

El trabajo y la energía mecánica. Unidades.

Calor y temperatura: conceptos de temperatura, de calory de equilibrio térmico.

Equivalencia entre calor y trabajo.

Fuentes de energía: energía primaria, vector energético,fuentes de energía no renovables y renovables.

Ahorro y eficiencia energética: ventajas e inconvenientesde los distintos tipos de energías.

– Toma de conciencia de la limitación de los recursosenergéticos y de los riesgos ecológicos que ocasiona eluso de las energías convencionales.

– Adquisición de hábitos favorables para el ahorro ener-gético en la vida cotidiana.

– Desarrollo de criterios y opiniones propias sobre el pro-blema energético.

CONTENIDOS

OBJETIVOSCRITERIOS

DE EVALUACIÓNCOMPETENCIAS

BÁSICAS

1. Relacionar diferentes tipos deenergía y saber aplicar las fórmu-las correspondientes para hallarsu valor, trabajando con las uni-dades adecuadas.

1.1 Reconocer los diferentes tipos deenergía que puede tener un cuerpo.

1.2 Calcular la energía cinética y potencialque posee un cuerpo, utilizando lasfórmulas correctas. Conocimiento e

interacción con el mundofísico.

Competencia matemática.

Competencia social yciudadana.

Competencia paraaprender a aprender.

2. Comprender el principio de con-servación de la energía y sudegradación, y que tanto el traba-jo como el calor son formas dis-tintas de transferencia de energíaentre dos cuerpos.

2.1 Distinguir los conceptos de trabajo ycalor, y saber aplicar el principio deconservación de la energía.

3. Conocer las principales fuentes deenergía y entender la importanciaque tiene el ahorro de ener gíapara proteger el medio ambiente.

3.1 Diferenciar las principales fuentes deenergía, sus limitaciones y sus reper-cusiones en el medioambiente.

3Materia y energía Unidad 13

ORIENTACIONES METODOLÓGICAS

1. Conocimientos previosEn esta unidad, partimos de los conocimientos previos sobre la energía y las fuentes de energía que empleamos estu-diados en el curso anterior y en la etapa de Primaria. Por ello, conviene recordar en clase algunos conceptos, como:

La materia es la base del universo; se define por sus propiedades y puede cuantificarse gracias a las magnitudes. Lamateria experimenta cambios, como la dilatación o la ebullición, al cambiar de temperatura. Todos los seres vivos nece-sitan energía para vivir. Las plantas la obtienen del Sol, y los animales, de los alimentos.

2. Previsión de dificultadesLos alumnos conocen ya de cursos anteriores el concepto de energía, pero en esta unidad es la primera vez que estu-dian la manera de representarla y de hacer cálculos con ella. Es esa parte referente al manejo de fórmulas y unidadeslo que puede requerir una explicación más detallada, tanto en el caso de la energía como en el del trabajo mecánico.

Además, un objetivo prioritario en esta unidad debería ser el de conocer las características e implicaciones de las prin-cipales fuentes de energía que utilizamos, y comprender la importancia del ahorro energético. Pese a no ser un con-tenido complejo, conviene dedicarle tiempo y empeño a conseguir ese cambio de actitud.

3. Vinculación con otras áreasCiencias sociales: contenidos referentes a las fuentes energéticas, que estudiarán en Geografía e Historia de 3.º deESO, en diversas partes de la unidad. Lengua y Literatura: manejo del diccionario científico como herramienta para afianzar conceptos. Desarrollo de unpensamiento crítico mediante la lectura y la búsqueda de claves que sinteticen la información.Matemáticas: diferentes actividades en las que se hacen cálculos matemáticos y otras en las que se manejan e inter-pretan datos en tablas y gráficos.Tecnología: manejo de las tecnologías de la información y las consultas de información en la web, especialmente enla sección “Utiliza las TIC”. Estudio de las fuentes de energía y de las centrales que empleamos para transformarlaen formas aprovechables (2.º curso de Tecnologías).Educación plástica y visual: elaboración, análisis e interpretación de dibujos esquemáticos de la realidad.Educación para la ciudadanía: planteamiento en diversas partes de la unidad del problema del consumo energético,enfocado desde la necesidad de una ciudadanía responsable y comprometida con el ahorro y la diversificación.

4. TemporalizaciónPara el desarrollo de esta unidad, se recomienda la organización del trabajo en un tiempo aproximado de cinco sesiones.

EDUCACIÓN EN VALORESTanto los contenidos de la unidad como el trabajo específico por competencias nos permiten, además, desarrollar algu-nos de los aspectos que el currículo recoge como Educación en valores.

En general, la unidad permite el trabajo de la Educación ambiental. A lo largo de secciones como “Desarrolla tus com-petencias” o “Relaciona con tu entorno”, se aborda el tema del consumo energético y la necesidad del ahorro. Estas secciones dan pie a trabajar la Educación ciudadana, pues es necesario que todos los ciudadanos asumamos nues-tra responsabilidad en problemas como la contaminación ambiental o el agotamiento de los recursos energéticos.

MATERIALES DIDÁCTICOS


Material para realizar experiencias en el laboratorio: ter-mómetros, vaso de precipitados, resistencia, mecheroBunsen, cronómetro.

Facturas de consumo energético.

Noticias de prensa sobre impactos ambientales.

Fotos de transformaciones energéticas naturales y artifi-ciales.

BIBLIOGRÁFICOS

VOLKE, Gordon: Experimenta con la energía, Editorial SM.

AUDIOVISUALES

Vídeos: Energía, Ediciones SM.

CD: Banco de actividades (SM)

Recursos interactivos (SM)

INTERNET

<www.librosvivos.net>: recursos didácticos interactivospara profesores y alumnos.

<www.profes.net>: propuestas didácticas.

<www.aprenderapensar.net>: plataforma educativa.

<www.smconectados.com>: materiales para el profesor.

<www.learn-energy.net/education/kidscorner/es/o11/

o11.htm>: web sobre la energía para jóvenes.


CONTRIBUCIÓN DE LA UNIDAD A LA ADQUISICIÓN DE COMPETENCIAS BÁSICAS

Competencia en el conocimiento y la interacción con el mundo físicoEn general, toda la unidad se presta a fomentar la adquisición de esta competencia. Se aborda la aplicación del méto-do científico en diferentes contextos, desde la formulación de hipótesis y posterior obtención de conclusiones, comúnen muchas actividades o en la sección “Relaciona con tu entorno”, hasta la utilización casi constante del lenguaje cien-tífico.

A través del conocimiento de los problemas ambientales que se derivan de un consumo desmedido de energía, se abor-da el estudio del medio natural y desarrollo sostenible.

Competencia lingüísticaA través de los textos que se proponen al principio y al cierre de la unidad (“Ciclo combinado: dos por el precio de uno”,“Un tráfico muy intenso” y “Las aventuras de Arthur Gordon Pym”, respectivamente), se trabaja la comunicación escri-ta. De este modo, se permiten el conocimiento y la comprensión de diferentes tipos de textos, así como la adquisicióndel hábito de la lectura y el disfrute con ella. En las actividades 43 y 44 se pide a los alumnos la elaboración de escri-tos acerca de la diversificación y el ahorro energético, trabajándose también así la comunicación escrita.

Las actividades 23 y 43 proponen la discusión en grupo de un tema (la primera en el aula y la segunda, con la familia),facilitando la comunicación oral.

Competencia matemáticaA lo largo de la unidad, se plantean actividades que requieren la interpretación de gráficos y tablas, así como el análi-sis de datos. De este modo, se trabaja el uso de elementos y herramientas matemáticos, pues permiten el conocimientoy la utilización de elementos matemáticos en situaciones reales o simuladas de la vida cotidiana (números, operacio-nes, gráficas, relaciones, etc.), así como el conocimiento y la aplicación de herramientas matemáticas para interpretary producir distintos tipos de información (numérica, gráfica, etc.).

Diversas secciones, como las de “Ciencia paso a paso” y “Relaciona con tu entorno”, requieren de los alumnos el usodel razonamiento y la argumentación.

Competencia para el tratamiento de la información y competencia digitalA lo largo de toda la unidad, los alumnos encontrarán referencias a la página web www.librosvivos.net, en la que podránhacer uso de las herramientas tecnológicas. A través de vídeos, actividades interactivas, páginas web, etc., conocerándiferentes recursos tecnológicos y utilizarán los programas informáticos más comunes.

Las búsquedas de información en la web, como la propuesta en la secciones “Desarrolla tus competencias” de la pági-na 187 y “Lee y comprende” de la página 201, permiten abordar la obtención, transformación y comunicación de la infor-mación.

Competencia para aprender a aprenderEsta unidad permite trabajar la construcción del conocimiento, pues el alumno debería relacionar la información queaparece en la unidad e integrarla con los conocimientos previos adquiridos en unidades y cursos anteriores referentesa la energía. En la sección “Ciencia paso a paso”, se continúan afianzando los conocimientos sobre la aplicación delmétodo científico. El manejo y la resolución de los mapas conceptuales de la sección “Organiza tus ideas” contribuyentambién a reforzar los conocimientos.

Asimismo, la unidad permite tomar conciencia y control de las propias capacidades, pues los alumnos disponen de auto-evaluaciones en la página www.librosvivos.net, que les permiten aprender de los errores propios y autorregularse conresponsabilidad y compromiso personal.

Competencia social y ciudadanaLas secciones “Desarrolla tus competencias” y “Relaciona con tu entorno” ponen de manifiesto el problema del exce-sivo consumo energético y el agotamiento de las fuentes no renovables de energía. Esto hace necesario un plantea-miento personal de ahorro y diversificación energético, lo cual facilita abordar el desarrollo personal y social.

Competencia cultural y artísticaA través la realización e interpretación de dibujos representativos de la realidad, como gráficas o esquemas de centra-les productoras de energía, se trabaja la expresión artística.

Autonomía e iniciativa personalLos contenidos incluidos en las secciones “Desarrolla tus competencias” y “Relaciona con tu entorno” abordan el pro-blema del consumo energético. Este tema puede dar pie a trabajar en el aula el desarrollo de la autonomía personal,a través de la reflexión y la elección personal de posibles soluciones a este problema ambiental y económico.



TRATAMIENTO ESPECÍFICO DE LAS COMPETENCIAS BÁSICAS EN LA UNIDADComo ya hemos visto, a lo largo de la unidad se trabajan diversas competencias. No obstante, para esta unidad suge-rimos un itinerario en el que se han seleccionado cinco competencias básicas, con el objeto de llevar a cabo un traba-jo metódico y un registro de las mismas.


COMPETENCIA1.er nivel de concreción

SUBCOMPETENCIA2.º nivel de concreción

DESCRIPTOR3.er nivel de concreción

DESEMPEÑO4.º nivel de concreción

Competencia en elconocimiento y lainteracción con el

mundo físico

Aplicación del métodocientífico en diferentescontextos.

Formular hipótesis yprevenir consecuenciassobre los problemasrelevantes en situacionesreales o simuladas.

Formula hipótesis razonables y prevé consecuenciasque es capaz de justificar adecuadamente.

- Desarrolla tus competencias: Ciclo combinado:dos por el precio de uno (página 187).

- Actividades 14, 15, 23, 25, 37, 39, 41.

- Ciencia paso a paso: Cómo nace una ley física:medida del calor (página 197).

Medio natural ydesarrollo sostenible.

Tener unos hábitos deconsumo responsable enla vida cotidiana.

Comprende la necesidad de hacer un usoresponsable de la energía en beneficio delmedioambiente.


- Actividades 16, 18, 21, 22, 23, 24, 37, 40, 41, 42,43, 44.

- Relaciona con tu entorno: Un tráfico muy intenso(página 200).

Competenciamatemática

Razonamiento yargumentación.

Poner en prácticaprocesos derazonamiento que llevana la solución de losproblemas o a laobtención de lainformación.

Razona partiendo del análisis de los datos parahallar la solución al problema.


- Actividades 1, 3, 6, 7, 9, 12, 13, 14, 15, 18, 19, 20,23, 25, 28, 31, 33, 37, 41, 42.

- Ciencia paso a paso: Cómo nace una ley física:medida del calor (página 197).


Competencia social y ciudadana

Desarrollo personal y social.

Desarrollar el juiciomoral para tomardecisiones y razonarcríticamente sobre larealidad de forma global,teniendo en cuenta laexistencia de distintasperspectivas.

Comprende que algunas actuaciones humanasentran en conflicto con el medioambiente.


- Actividades 16, 18, 21, 22, 23, 40, 41, 42, 43, 44.


Autonomía e iniciativapersonal

Desarrollo de laautonomía personal.

Desarrollar la capacidadde elegir con criteriopropio en los ámbitospersonal, laboral y social.

Es capaz de plantear sus propias decisiones.


- Actividades 16, 18, 21, 22, 23, 41, 42, 43, 44.


- Lee y comprende: Las aventuras de Arthur GordonPym (página 201).


Presentación de la unidad

SUGERENCIAS DIDÁCTICAS• El trabajo de esta unidad se basa en los siguientes

conocimientos previos que se han visto en cursos ante-riores: el concepto de materia y sus características, lacontaminación del aire y la máquina térmica. Se reco-mienda invertir un tiempo en el recuadro “Lo que yasabes” para afianzar estos conceptos. A medida que seavance en esta unidad, los alumnos comprenderán elsignificado científico de la energía y cómo se conser-va, usarán correctamente los términos de calor y tra-bajo, y estudiarán las diferentes fuentes de energía ylas alternativas que se presentan en el futuro.

• Podemos buscar una fotografía de un paisaje soleadodonde se vea el mar y el cielo. La visualizamos en cla-se y les preguntamos a los alumnos que identifiquenlas formas de energía que aparecen en la imagen.Deberán responder que la eólica, producida por elviento; la mareomotriz, debida a las mareas y las olas,y la solar. Además, esta fotografía nos servirá paraabordar los siguientes temas:

– Las olas y el viento son sistemas materiales en movi-miento que podemos aprovechar para conseguirelectricidad.

– Las distintas formas de energía. Aparte de las mos-tradas en la imagen, se les puede pedir a los alumnosque citen otras formas de energía que conozcan e irlasanotando en la pizarra.

– Diferenciar entre forma y fuente de energía. Segura-mente confundirán ambos conceptos y los mezcla-rán; convendrá empezar a distinguirlos.

• A los alumnos les resultará curioso saber que en lamisma clase hay “pequeñas centrales solares”; porejemplo, en las calculadoras. La mayoría de las calcu-ladoras de los alumnos poseen una célula fotovoltaicaque les permite funcionar sin enchufarlas ni ponerlespilas; basta con que les dé la luz.

Es importante que los alumnos tomen conciencia delas necesidades energéticas de la sociedad actual, y laimportancia de disponer de fuentes de energía reno-vables que sustituyan paulatinamente a otros modosde producción que inciden negativamente en elmedioambiente. Y el ejemplo de las calculadorassolares, frente a las que usan pilas, puede ayudarlesa entender este punto.

También sería interesante subrayar la importancia deevitar el despilfarro de la energía, e incluso proponeralternativas para favorecer el ahorro.

Por último, podríamos lanzar a nuestros alumnos lasiguiente pregunta: ¿Cómo sería nuestra vida sin ener-gía eléctrica? Resultaría interesante reflexionar sobrelas condiciones de una jornada completa sin dichaenergía:

– ¿Qué actividades de nuestra vida cotidiana se veríaafectada si no tuviéramos energía eléctrica?

– ¿Qué alternativas hay?

• A continuación, se puede realizar la lectura del textoen clase y resolver las cuestiones, individualmente opor grupos. Se recomienda invertir un tiempo en elvídeo que se propone en la lectura, donde los alumnosverán cómo funciona una planta de ciclo combinado.

• La fórmula E = m . c2 es, sin duda, la más famosa de todala historia de la ciencia, pero ¿qué quiere decir? Senci-llo: que la materia puede transformarse en energía y alrevés. Un ejemplo es la fusión nuclear caliente que ocu-rre en el Sol, donde cada segundo desaparecen 4 millo-nes de toneladas de hidrógeno. Para calcular la cantidadde energía producida en forma de radiación luminosa,basta con multiplicar esta cantidad por la velocidad dela luz ¡al cuadrado!: c = 299 792 458 m/s.

Con esto se pretenden varias cosas: primero, que elalumno comprenda la importancia que tuvieron los tra-bajos de Albert Einstein en el avance de la ciencia; ypor otro lado, que entiendan la fusión nuclear como unproceso muy importante, porque puede que en él estéel futuro de nuestros recursos energéticos. Se puedeaprovechar para pedir a los alumnos que hagan unapequeña investigación y vean en qué se diferencian lafusión nuclear de la fisión nuclear.

SOLUCIONES

Ciclo combinado: dos por el precio de uno• Las pilas y baterías eléctricas producen directamente

electricidad con un gran rendimiento. También existenlas pilas de combustible, que extraen la energía quími-ca de los combustibles, produciendo directamentecorriente eléctrica: una alternativa con futuro.

• Derivados del petróleo y gas natural; el problema es queno son renovables y que emiten dióxido de carbono, gasresponsable del efecto invernadero creado por loshumanos. Otro problema es que en España no dispone-mos de ellas en cantidades significativas.

• Ahorran combustible al aprovechar la energía de losgases de combustión de la turbina primaria.

• La red eléctrica debe ajustar la producción al consumoen cada instante; habría que parar las centrales de pro-ducción en ese instante.

Observa. Junto a las dos chimeneas blancas, se ven losintercambiadores de calor que alimentan las turbinassecundarias. A su derecha, están las turbinas primarias.También se puede ver la balsa donde se acumula aguapara la refrigeración y producción de vapor.

Sugerencias didácticas y soluciones



SUGERENCIAS DIDÁCTICASEn este primer epígrafe, se explica el concepto de energíay su significado.

Hasta ahora, se ha tratado el tema de la energía desde elpunto de vista de su relación con los seres vivos (la respi-ración, la fotosíntesis, la energía de los alimentos, etcéte-ra) y la energía interna de la Tierra (volcanes, géiseres,etcétera). Podemos aprovechar estos conocimientos paracomprender la importancia de la energía en todas sus for-mas.

Sería interesante pedir a los alumnos que se imaginencómo sería un día en su vida habitual si, por ejemplo, notuviesen energía eléctrica: el apagón que sufrió Barcelo-na en julio de 2007, y que dejó sin suministro eléctrico amás de 10 000 personas durante 72 horas, puede servir-nos de ejemplo.

Es frecuente que los alumnos confundan entre sí los con-ceptos de fuerza y energía, por lo que debemos insistir endiferenciarlos claramente.

Por último, si se dispone de tiempo sería interesantevisualizar el vídeo que se propone en la sección “En la red”,donde los alumnos verán cómo se formó el Sol y cómo seproduce su suministro de energía.

SOLUCIONES1. a) Movimiento. Podría mover algún objeto si choca con

él.

b) La temperatura, que podría causar la dilatación de ungas o la evaporación del agua.

c) Velocidad del aire. Los efectos de los huracanes sondevastadores: inundaciones, vendavales, etc.

d) La altura y su masa. En caso de caer, podrá causarmuchos destrozos.

2. Es una persona con mucha energía. La gasolina poseeenergía química. La obtención de energía es un proble-ma económico y político en el mundo de hoy.

1. La energía, una propiedad de la materia

SUGERENCIAS DIDÁCTICASEn este epígrafe, los alumnos comprenderán los concep-tos de energía cinética y de energía potencial.

Es importante trabajar con insistencia los cambios de uni-dades, especialmente de km/h a m/s, para expresarcorrectamente las unidades de las energías cinética ypotencial.

La realización de ejercicios donde intervengan la energíapotencial y cinética debe ocupar una parte importante den-tro del tema, pero sin olvidar los aspectos conceptuales.

Podemos aprovechar el estudio de la energía cinética parainsistir en el tema de la educación vial, comprobando que,cuando una moto o un coche duplican su velocidad, laenergía cinética que adquiere y que, por tanto, puedetransferir, no se duplica, sino que se hace cuatro vecesmayor.

Por último, se recomienda invertir un tiempo en visualizarel vídeo que se propone en la sección “En la red”, dondelos alumnos podrán comprobar cómo se transforma laenergía potencial en cinética y viceversa.

SOLUCIONES3. OBSERVA Y DEDUCE. Relaciona las variables

a) La energía potencial gravitatoria irá disminuyendohasta chocar con el suelo, mientras que la energíacinética aumentará. En el choque, se produce ener-gía potencial elástica, y se pierde parte de la energía,que pasa al ambiente en forma de calor.

Posteriormente, la energía potencial elástica setransforma en energía cinética, y esta, a su vez, enenergía potencial gravitatoria. El ciclo se repite, perodesde una altura menor. Finalmente, toda la energíapotencial inicial pasa al ambiente y la pelota quedaen reposo.

b) La altura inicial y el ángulo de caída. Cuanto menorsea el ángulo, los saltos serán más largos, siempreque la velocidad de la bola sea suficiente. Habrá unángulo óptimo, donde el desplazamiento horizontalserá máximo.

c) Situar la tabla verticalmente para partir de una altu-ra máxima.

d) A las pérdidas de energía que se producen en el cho-que y en toda la trayectoria.

4. Al descender, la energía potencial disminuye. Dado quelo hace con velocidad constante, podemos afirmar quela energía potencial no se transforma en energía ciné-tica del ciclista. Esta cuestión plantea el problema deelegir bien los sistemas que interaccionan. En este caso,la energía potencial se transforma fundamentalmenteen energía cinética del aire que el ciclista pone en movi-miento.

5. Suponemos que la energía potencial que pierde un obje-to al caer se transforma en energía cinética; matemáti-camente m . g . h = 1/2m . v2. Despejando, se obtiene que

.h = v2 g , o v = (2 g h)

2. ..

2. ¿Cómo se representa la energía?


SUGERENCIAS DIDÁCTICASEn este epígrafe, verán que en cualquier transformación,la cantidad total de energía se conserva, y que la energíase degrada cuando se transforma en formas de ener- gías que no se pueden reutilizar.

La conservación y degradación de la energía son concep-tos poco intuitivos para los alumnos, que tienden a pen-sar que en todos los procesos siempre se pierde algo deenergía, sobre todo en las transformaciones en energíatérmica, o bien que la energía es inagotable.

Para entender el concepto de degradación, se puedeponer el ejemplo del motor de un coche: la mitad de laenergía que consume el motor de un automóvil no seemplea de manera útil, y únicamente servirá para calen-tar las ruedas, el suelo, el aire, el motor, etcétera.

Para que los alumnos averigüen por qué se conserva laenergía, se propone un interactivo en el epígrafe. Loencontrarás en www.librosvivos.net.

SOLUCIONES

6. a) En energía térmica que se disipa por todo el ambiente.

b) Al estar tan repartida, la temperatura es muy baja yno podemos hacer funcionar un motor térmico.

7. a) Las plantas extraen la energía del Sol mediante lafotosíntesis.

b) En las semillas y frutos se acumulan grasas y azú-cares muy ricos en energía. Los herbívoros necesi-tan ingerir grandes cantidades de hojas para extraerla energía que necesitan.

3 . Cambio y conservación


SUGERENCIAS DIDÁCTICASEn este epígrafe, los alumnos conocerán el concepto detrabajo mecánico y su unidad en el Sistema Internacional,así como el concepto de energía mecánica.

Es difícil erradicar la idea de asociar trabajo a un tipo deenergía y no a una forma de transmitirla, por lo que serecomienda reforzar este aspecto mediante ejercicios yejemplos.

La aplicación del concepto de trabajo a las máquinas sim-ples: polea, palanca, plano inclinado, torno, etc., puedeayudar a completar el tema y recalcar el concepto de tra-bajo como forma de transferencia de energía. Es impor-tante recordar al alumno la importancia que tuvieron estasmáquinas en el desarrollo social.

Por último, para que los alumnos refuercen el conceptode energía mecánica, se recomienda invertir un tiempo enel interactivo que se propone en el epígrafe, en el cual losalumnos comprobarán cómo se conserva la energíamecánica en una montaña rusa. Lo encontrarás enwww.librosvivos.net.

SOLUCIONES

8. OBSERVA Y DEDUCE. Aplica una ley física

Esta actividad permitirá comprobar cómo muchos ejer-cicios se pueden realizar con sencillez si se aplica laconservación de la energía mecánica.

a) Multiplicamos la fuerza por el desplazamiento:

600 N · 10 m = 6000 J

b) Fundamentalmente, en energía potencial.

c) Si toda esa energía se transforma en energía cinéti-ca, podemos escribir que Ec = 6000 J

La energía cinética es Ec = 1/2 m · v2

Despejamos el valor de la velocidad:

= = 14 m/s

Lo pasamos a kilómetros/hora, para que se entien-da mejor, y así aprovechamos la oportunidad parapracticar los cambios de unidades:

14 m/s = 14 · 3600/1000 km/h = 50,40 km/h

9. Se hace trabajo mecánico si hay una fuerza despla-zándose en su dirección. Eso solo ocurre en los casosa y b.

10. En este caso, basta con multiplicar la fuerza por la dis-tancia y obtenemos 30 julios.

6000 260

.v

Emc=

2.

4. Trabajo y energía mecánica. Unidades de la energía

Notas



SUGERENCIAS DIDÁCTICASEn este epígrafe, los alumnos conocerán el concepto detemperatura, que los cuerpos están en equilibrio térmi-co cuando tienen la misma temperatura, y que el calor esun proceso de transferencia de energía térmica de uncuerpo caliente a otro más frío.

Para que los alumnos comprendan los efectos que pro-duce el calor sobre los gases, se recomienda que invier-tan un tiempo en observar el interactivo que se proponeen el epígrafe. Lo encontrarás en www.librosvivos.net.

La imagen de la vivienda pretende aclarar el concepto decalor como un proceso de transferencia de energía tér-mica que se produce entre dos cuerpos que están a dis-tinta temperatura (exterior e interior de la casa).

Para que los alumnos entiendan cómo se produce elintercambio de calor entre cuerpos a distinta tempera-tura, se recomienda ver el vídeo que se propone en el epí-grafe. Lo encontrarás en www.librosvivos.net.

SOLUCIONES11. En las frases b y c, porque se refieren a que el calor es

una forma de intercambiar energía cuando hay diferen-cias de temperatura.

12. Los animales endotermos disponen de regulación detemperatura que les mantiene generalmente por enci-ma de la temperatura ambiente, con la consiguiente pér-dida de energía en forma de calor.

5. Calor y temperatura

SUGERENCIAS DIDÁCTICASEn este epígrafe, se explica el experimento de JamesPrescott Joule, que el calor y el trabajo son dos formasde cambiar la energía de un cuerpo y la unidad de energíaen el SI.

Como trabajo y calor son formas de transferencia de ener-gía, tendrán las mismas unidades que esta, el julio. Perono se deben confundir con tipos de energía.

Es difícil erradicar la idea de asociar trabajo, y sobre todocalor, a un tipo de energía y no a una forma de transferir-la. Por eso es importante que insistamos en este aspecto.

Por último, si se dispone de tiempo sería convenienteinvertir un tiempo de clase en ver el vídeo que se proponeen la sección “En la red”. En él, los alumnos observaráncómo Joule y Thompson descubrieron la existencia de laenergía a través de sus investigaciones acerca del calor.

SOLUCIONES13. COMPRUEBA UNA TEORÍA. Produce tu energía térmica

a) Procede del trabajo que estamos haciendo al rozarnuestras manos.

b) Porque la fuerza de fricción es mayor.

14. El trabajo ejercido por las pastillas de freno sobre eldisco aumenta su energía térmica.

15. El problema es que si no se calienta es porque no estározando con el aire; dicho de otro modo, es esencialque el transbordador pierda energía rozando con laatmósfera. Los ingenieros diseñan la nave espacialpara poder soportar altísimas temperaturas sin que seproduzcan daños en los mecanismos. Fue la rotura dela cubierta de protección lo que causó la catástrofe enel Columbia al reentrar a la atmósfera el 1 de febrerode 2003.

6. Equivalencia entre calor y trabajo

Notas



SUGERENCIAS DIDÁCTICASEn este epígrafe, los alumnos estudiarán el concepto defuentes de energía, las diferencias entre la energía prima-ria y la secundaria, y los tipos de fuentes de energía.

Para que los alumnos amplíen sus conocimientos sobrelas diferentes fuentes de energía, se recomienda el vídeoque se propone en la sección “En la red”.

El tema de las fuentes de energía renovables se prestamuy especialmente a la realización de trabajos bibliográ-ficos, a su presentación en clase, a la confección de mura-les, a la realización de debates, etcétera. Un trabajo inte-resante que se podría proponer sería hacer un álbum conrecortes de periódicos o revistas de divulgación que con-tengan noticias actuales relacionadas con este tema.

El tema de la energía nuclear siempre ha sido muy con-trovertido, y se presta a entablar un debate con los alum-nos. Con la demanda actual, ¿podríamos prescindir deella? ¿Son seguras las centrales nucleares? ¿Qué tipo deresiduos originan?

Si el grupo está motivado, se puede hablar de las nuevasenergías del futuro: las pilas de combustible y el hidróge-no tienen hoy en día un gran potencial para convertirse enla base del sistema energético del futuro y garantizar undesarrollo sostenible. También se puede mencionar laenergía de fusión: el proyecto internacional ITER está toda-vía en fase experimental, pero se espera como resultadouna energía potente, segura y respetuosa con el medioam-biente.

SOLUCIONES16. INTERPRETA LOS DATOS. Hagamos las cuentas

a) El petróleo, casi la mitad.

b) El 81,6 %; esto nos da una idea de nuestra depen-dencia del carbono.

c) Agotamiento y cambio climático. Al tratarse deenergía fósil, no hay renovación posible. La emisiónde CO2 aumenta el efecto invernadero, elevando latemperatura media de la Tierra.

17. Los alimentos, la madera, el viento, las corrientes deagua, los animales de tiro, las personas, etcétera.

18. En toda transformación de energía primaria en secun-daria o vector energético, hay pérdidas importantes. Elgas natural es un buen ejemplo: al poder transportar-lo y usarlo directamente, no se pierde tanta energíacomo en el caso del carbón o del petróleo, que nece-sariamente hay que gasificar o producir con él corrien-te eléctrica.

19. Una fuente primaria, porque se usa directamente sintransformar.

20. La razón se encuentra en el tiempo que ha tardado enproducirse el carbón. La mayor parte de las reservasde carbón corresponden al período carbonífero, hacemás de 300 millones de años.

21. La principal es introducir una segunda turbina queaproveche la energía perdida en la primera. En las cen-trales de ciclo combinado, el gas se quema directa-mente en la primera turbina, y los gases de escapecalientan en una caldera el agua para producir vapor,que pasa a una segunda turbina. El rendimiento pue-de pasar del 37 % al 57 %.

7. Fuentes de energía

SUGERENCIAS DIDÁCTICASEste epígrafe pretende que los alumnos entiendan que eluso masivo de las fuentes energéticas tiene consecuenciasen el medio físico, la influencia en la contaminación y enel clima terrestre de la quema de los combustibles, asícomo las ventajas e inconvenientes de las diferentes fuen-tes energéticas.

Los alumnos deben comprender que ellos mismos puedencontribuir al ahorro energético. Para ello, proponemos quese informen de las potencias de los electrodomésticoscaseros y que comparen consumos de energía. Después,en común, se pueden proponer medidas de ahorro deenergía: utilizar bombillas de bajo consumo, comprar elec-trodomésticos con la calificación energética A, etc. Se pue-den comentar, incluso, medidas para ahorro de energía enel propio centro.

El vídeo que se propone en la sección “En la red”, sobrecómo ahorrar energía en casa, puede servir de comple-mento para realizar la actividad anterior.

Si se dispone de tiempo, se puede ampliar la teoría dadacon el vídeo que se propone en el epígrafe, sobre cómoextraer energía del mar sin contaminarlo. Lo encontrarásen la sección “En la red”.

SOLUCIONES22. Respuesta abierta.

23. Respuesta abierta.

24. La respuesta en www.librosvivos.net.

8. Ahorro y diversificación energética



SUGERENCIAS DIDÁCTICASEl objetivo de esta página es que los alumnos entiendanlo que es una ley científica y cómo se llega a ellas. Paraello, se plantea una actividad que consiste en investigarcómo se mide el calor y de qué magnitudes depende.

Para algunos alumnos, los científicos son genios que tra-bajan en sus laboratorios, aislados del mundo. Con larealización de esta actividad, podremos acabar con estaidea preconcebida.

Conviene empezar aludiendo a la necesidad de utilizarunas pautas de trabajo, necesarias para llevar a cabocualquier investigación científica: las etapas del métodocientífico. Se puede dirigir al alumno, siguiendo los pasosindicados, en la simulación del trabajo de los científicos.

Una posibilidad es hacerles ver la utilidad de aplicar lamecánica del método científico (orden, rigor, seriedad,etcétera) a sus tareas diarias de estudio.

SOLUCIONES25. Las irregularidades son la consecuencia de que esos

datos corresponden a un experimento real, y la medi-da de temperatura siempre plantea problemas. Lomás recomendable es hacer la experiencia en el aula.

26. Basta con multiplicar 4,16 J/g ºC · 20 ºC · 50 000 g == 4 160 000 J.

CIENCIA PASO A PASO

Organiza tus ideas

En la siguiente doble página, podemos encontrar un mapaconceptual que resume todo el contenido de la unidad yuna serie de actividades para repasar y profundizar en loscontenidos.

27. El mapa conceptual está planteado como una actividadmás, en la que se sugiere que los alumnos completenel esquema incluyendo diferentes aspectos. Así,podrán sintetizar de forma organizada todos los con-ceptos que han ido trabajando durante la unidad.

Encontrarán el esquema resuelto y algunas animacio-nes interactivas en www.librosvivos.net.

Los términos que faltan en el mapa son los siguientes:

• Propiedad • Solar

• Potencial • Biomasa

• Trabajo • Petróleo

• Energía

Podríamos pedir a los alumnos que completaran elresumen añadiendo las unidades internacionales deenergía, trabajo y calor, o las ecuaciones matemáticaspara calcular la energía cinética y potencial.

Aplica lo aprendido

28. Al encontrarse a una presión elevada puede expandir-se haciendo trabajo. Existen muchos mecanismos quefuncionan con aire comprimido, que podría conside-rarse un ejemplo de vector energético.

29. En el caso de los molinos se trata de la energía ciné-tica, y en las hidroeléctricas se aprovecha la energíapotencial gravitatoria. Son dos formas de energíamecánica que se intercambian recíprocamente confacilidad.

30. Está empleando la energía potencial debida a la altu-ra, y se transforma en energía cinética en el caso deque aumente su velocidad, o en energía térmica alrozar con el aire y otros cuerpos en contacto con él.

31. Debido a que ha cedido su energía cinética al medioque le rodea en forma de energía térmica. Es un ejem-plo de la degradación de la energía.

32. Al impulsarse con las piernas, está utilizando energíaquímica, contenida generalmente en la glucosa, que setransforma en energía potencial. Esta, a su vez, setransforma en energía cinética al descender, y vueltaa empezar. En cada ciclo, se disipa algo de energíamecánica, por lo que resulta imprescindible seguirdando pequeños empujones.

33. El combustible que posee mayor energía es el hidró-geno, puesto que con una cantidad menor produce lamisma cantidad de energía térmica que la gasolina oel alcohol.

ACTIVIDADES

Notas



Aplica lo aprendido

34. a) El tomate.

b) Calculamos en primer lugar la energía necesariapara caminar rápido durante dos horas si la masacorporal es de 50 kg.

17 890 . 2 . 50 = 1 789 000 J

Se necesitan 1 789 000 J.

A continuación, calculamos la cantidad de pannecesaria para aportar esa energía.

1 kg → 10 909 800 J

x kg → 1 789 000 J

Se necesitan 0,164 kg, es decir, 164 g, en el supues-to de que toda la energía se extraiga y se aprove-che.

35. Al subir las escaleras, porque la fuerza que hacemosdesplaza al objeto; y al frenar la bicicleta, por el movi-miento relativo entre la zapata de freno y la superficiesobre la que roza.

36. Para calcular el trabajo, suponemos que como míni-mo hay que realizar el trabajo equivalente al aumen-to de energía potencial que experimenta el cuerpo:Ep = m · g · h

Este es el trabajo mínimo; en la realidad, habrá quehacer más trabajo, por las pérdidas que se producen.

37. La respuesta, en principio, es no. No es posible situaruna máquina junto al mar para extraer su energía,debido a que está poco concentrada y la temperaturaes baja. Sin embargo, tanto el viento como la lluvia tie-nen su origen en la energía térmica del mar; por la tan-to, ya se obtiene energía eléctrica indirectamente conlas centrales hidroeléctricas y los aerogeneradores.

38. De la respuesta anterior se deduce que la única frasecorrecta es la c.

39. Esperaba que, al caer el agua desde una gran altura,parte de la energía potencial perdida se transformaraen energía térmica del agua, lo que se traduciría en unligero aumento de su temperatura, como de hechoparece que ocurrió en unas décimas de grado Celsius.

40. a) En primer lugar, el peso del carbón es muy inferioral de la madera, y se puede transportar y almace-nar más fácilmente. Además, posee un mayorpoder calorífico.

b) Como ocurre en muchos casos, todo depende de laescala. Evidentemente, cualquier persona quehubiera conocido las islas Británicas antes de aca-bar con sus bosques no estaría muy de acuerdo conque la madera es una fuente “renovable”; sinembargo, manteniendo la extracción de maderadentro de unos límites, sí lo puede ser. Lamenta-blemente, la historia nos enseña que cuando alguienconsidera que un recurso energético es “inagotable”hay que pensar justo lo contrario.

41. Por una parte, es indudable que reducirá la contami-nación urbana debida a la combustión de la gasolina yel gasoil, por no hablar del ruido. También será másflexible el sistema, al poder extraer la energía eléctri-ca de fuentes diferentes. Sin embargo, actualmente noes posible sustituir toda la energía fósil con fuentesalternativas, no habría energía suficiente para tantocoche. Como problema nuevo, baste con citar el ago-tamiento de los metales especiales usados en las bate-rías, motores, etc., y los problemas de gestión de esosnuevos residuos.

42. a) Al poner obstáculos al transporte privado, se poten-cia el uso del transporte público, que siempre supo-ne un menor consumo energético.

b) Se deduce de lo anterior que hay que mejorar sig-nificativamente el transporte público.

43. Como orientación, puede ser interesante que traten dehacer un balance económico; de hecho, será más sen-cillo: basta con sumar facturas para hacernos idea dela gran cantidad de dinero que se puede ahorrar jun-to con la energía.

44. Como punto de partida, es obligado moverse un pocopor la página www.idae.es, del Instituto para la Diver-sificación y el Ahorro de la Energía.

Se recomienda la realización de más actividades en lapágina web del libro, www.librosvivos.net. Se trata de acti-vidades de autoevaluación, donde el alumno puede com-probar por sí solo si ha comprendido los conceptos clavede la unidad.

E kg Nkgp 12 9,8 m6 705,60 J• •

1789 ,00010 909800

0 164= kg

ACTIVIDADES

Notas



A continuación presentamos una matriz de evaluación que el profesor puede utilizar para evaluar el grado de consecución de las competencias básicas trabajadas a lo largo de esta unidad. Además,

en <http:// www.smconectados.com> puede descargar una aplicación informática que le facilitará esta tarea.

SUGERENCIAS DIDÁCTICASEsta doble página contiene actividades planteadas expre-samente para trabajar las competencias básicas.

En “Relaciona con tu entorno”, el alumno evalúa de for-ma integrada todos los contenidos de la unidad. Se traba-jan principalmente la competencia de interacción con elmundo físico, la matemática, la social y ciudadana, y la deautonomía e iniciativa personal.

Se puede aprovechar este apartado para trabajar la edu-cación ambiental. La producción de energía es, en la actua-lidad, una de las actividades que más impacto producensobre el medioambiente.

La energía geotérmica, producida por las altas tempera-turas del interior de la Tierra, se viene aprovechando des-de hace tiempo en las zonas volcánicas, pero ahora seintenta aprovechar aún mejor, tomando como guía unaidea: cuanto más profundo, mayor temperatura, o sea, másenergía. Por eso, en Islandia comenzaron en 2006 a per-forar hasta los 5000 metros en un volcán activo para usarla energía de su magma, que alcanza allí más de 400 ºC.

Se recomienda plantear a los alumnos las siguientes cues-tiones relacionadas con la energía geotérmica:

– Valora su incidencia sobre el medioambiente.

– ¿Cuáles son las necesidades energéticas de la sociedadactual? ¿Son las mismas que hace 100 años?

Por último, en “Lee y comprende”, los alumnos adquiri-rán gusto por la lectura y desarrollarán habilidades paraextraer información, interpretar y opinar sobre un texto. Enesta sección, trabajaremos la competencia de autonomíae iniciativa personal.

Las primeras aplicaciones de la energía eólica de las quese tiene noticia se remontan al año 5000 a. C., cuando yaen Egipto y Mesopotamia se utilizaba el viento para moverlas velas de los barcos. El uso del viento para producirelectricidad es más reciente. Las primeras experienciasdatan del final del s. XIX.

Actualmente, se prevé un futuro prometedor para la ener-gía eólica con el desarrollo de una nueva modalidad: laeólica marina. Podemos pedir a los alumnos que en gru-pos pequeños busquen información sobre ella y sus dife-rencias con la energía eólica tal como la conocemos.

SOLUCIONES

RELACIONA CON TU ENTORNO. Un tráfico muy intenso

1. Renovables: eólica, hidráulica, solar térmica, solar foto-voltaica, biomasa.

No renovables: petróleo, gas natural, carbón, nuclear.

En España, las fuentes energéticas se ordenan, segúnsu importancia, de mayor a menor: combustibles fósi-les, eólica, hidráulica, régimen especial (solar, geotér-mica, maremotriz, etc.) y nuclear.

2. Una parte se transforma en la energía que necesita cadaelectrodoméstico: cinética en una lavadora, térmica enuna vitrocerámica, etc. El resto, se degrada en forma deenergía térmica que pasa al medioambiente.

3. Eólica: energía cinética. Hidráulica: energía potencial.Ciclo combinado: energía química.

4. Cuanto más se consuma, la red eléctrica deberá sercapaz de transportar más potencia, y eso tiene un cos-te que hay que repartir entre los usuarios según sea supotencia instalada.

5.

6. Para consumo diario, una gráfica similar a la de estapágina web: https://demanda.ree.es/demanda.html.Se observan los picos de consumo relacionados con laactividad laboral y doméstica. Para consumo interanual,se puede consultar www.ree.es/operacion/pdf/mibel/seguimiento_demanda_mibel_nov2010.pdf. Se puedever la importancia de la variabilidad climática y cómo elconsumo en verano casi alcanza al del invierno por eluso del aire acondicionado.

7. La principal conclusión es que es muy difícil ajustar laproducción y el consumo.

LEE Y COMPRENDE. Las aventuras de Arthur Gordon Pym

Extrae información

1. La energía eólica.

2. Acortando la vela, es decir, aferrando las velas de modoque presenten menos superficie con el viento.

Interpreta el texto


4. En el s. XIX; en 1820 se empezaron a construir barcos decasco de hierro con chapas de cobre.

5. Sí, ya que es él quien está relatando la historia.

Opina sobre el texto



PON A PRUEBA TUS COMPETENCIAS

TIPO DE

CENTRALESTABILIDAD ADAPTABILIDAD RAZONES

Térmica de carbón mineral ALTA BAJA El carbón se puede acumular,

pero cuesta arrancarla y pararla.

Nuclear ALTA MUY BAJA Funcionan sin recargar elcombustible frecuentemente.

Hidroeléctrica BAJA MUY ALTA No está asegurada la reserva,pero es fácil de arrancar y parar.

Térmica de gasnatural ALTA MUY ALTA

El gas se puede almacenar y son sencillas de arrancar y parar.

Eólica MUY BAJA BAJA No se puede asegurar conprecisión cuando habrá viento.

Solar BAJA BAJA No se puede asegurar cuandohabrá días soleados.

14U

nid

ad

13 Materia

y en

ergía

Sugerencias did

ácticas y soluciones

MATR

IZ DE EVA

LUA

CIÓ

N D

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MP

ETENC

IAS B

ÁSIC

AS

COMPETENCIA1er nivel

de concreción

SUBCOMPETENCIA2º nivel

de concreción

DESCRIPTOR3er nivel

de concreción

DESEMPEÑO4º nivel

de concreción

LO CONSIGUE(4 PUNTOS)

NO TOTALMENTE(3 PUNTOS)

CON DIFICULTAD(2 PUNTOS)

NO LO CONSIGUE(1 PUNTO)

Competencia enel conocimiento y

la interaccióncon el mundo

físico

Aplicación delmétodo científico endiferentescontextos.

Formular hipótesis y prevenirconsecuencias sobre losproblemas relevantes ensituaciones reales o simuladas.

Formula hipótesisrazonables y prevéconsecuencias que escapaz de justificaradecuadamente.

Formula hipótesisrazonables y planteaconsecuencias demanera justificada.

Formula hipótesis yplantea consecuenciaspoco justificadas.

Necesita ayuda paraformular hipótesis yplantearconsecuencias.

No es capaz deformular hipótesisni de plantearconsecuenciasjustificadas.

Medio natural ydesarrollosostenible.

Tener unos hábitos de consumoresponsable en la vidacotidiana.

Comprende lanecesidad de hacer unuso responsable de laenergía en beneficio delmedioambiente.

Comprende y asume lanecesidad de hacer unuso responsable de laenergía en beneficio delmedioambiente.

Comprende lanecesidad de hacer unuso responsable de laenergía en beneficio delmedioambiente, pero noentiende su verdaderaimplicación.

Repite clichésreferentes a losproblemas quegenera el consumode energía, pero noentiende suverdaderaimplicación.

No comprende lanecesidad dehacer un usoresponsable de laenergía enbeneficio delmedioambiente.

Competenciamatemática

Uso de elementos yherramientasmatemáticos.

Conocer y aplicar herramientasmatemáticas para interpretar yproducir distintos tipos deinformación (numérica,gráfica…).

Comprende y manejafórmulas físicas y susunidades.

Comprende y manejaadecuadamentefórmulas y susunidades.

Comprende lasfórmulas y susunidades, pero lecuesta manejarlas.

Necesita ayuda paracomprender ymanejar fórmulas ysus unidades.

No es capaz decomprender nimanejar fórmulasni sus unidades.

Competenciasocial y

ciudadana

Razonamiento yargumentación.

Poner en práctica procesos derazonamiento que llevan a lasolución de los problemas o a la obtención de la información.

Razona partiendo delanálisis de los datospara hallar la soluciónal problema.

Razona bien a partir delos datos y soluciona elproblema de maneracorrecta.

Razona bien a partir delos datos y soluciona elproblema con algúnerror.

Necesita ayuda pararazonar a partir delos datos ysolucionar elproblema.

No es capaz derazonar a partir delos datos ni deresolver elproblema.

Autonomía einiciativapersonal

Desarrollo de laautonomía personal.

Desarrollar la capacidad deelegir con criterio propio en losámbitos personal, laboral ysocial.

Es capaz de plantearsus propias decisiones.

Opina y proponemedidas razonadas yrealistas sobre el ahorroy la diversificaciónenergética.

Opina y proponemedidas, pero pocorealistas, sobre elahorro y ladiversificaciónenergética.

Repite clichés sobreel ahorro y ladiversificaciónenergética, y nopropone nadameditado ni realista.

No expresa suopinión ni escapaz de citarninguna medidasobre el ahorro yla diversificaciónenergética.

ACTIVIDADES DE REFUERZO

Y AMPLIACIÓN

PROPUESTA DE EVALUACIÓN


ACTIVIDADES de REFUERZO

1. En las noticias se informa que ha habido una tormenta tropical en el Caribe que ha tenido efectos trá-gicos. El presentador comenta la fuerza que tenía el viento y el agua. Esta expresión no es correctadesde el punto de vista físico. ¿Por qué? ¿Cuál debería ser la expresión correcta?

2. Indica que tipo de energía tienen:

a) Los alimentos.

b) Una bombilla encendida.

c) Un libro sobre una estantería.

d) Una persona corriendo.

3. Cuando decimos que la energía se conserva, ¿queremos decir que los cuerpos tienen siempre la mis-ma energía? Razona la respuesta.

4. ¿Es correcto decir que un futbolista contiene mucho trabajo y que cuando golpea el balón cede el tra-bajo a la pelota y que por eso esta se pone en movimiento? ¿Cuál es el error en esta frase? Redácta-la correctamente.

5. Sara dice que “su abrigo es muy calentito”, pero Rodrigo insiste en que está equivocada. ¿Quién llevarazón?


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6. El caminar rápido supone un consumo energético de 17 890 julios por kilogramo de masa corporal yhora de actividad. ¿Cuánta energía consume una persona que pesa 65 kilogramos para caminar rápi-do durante dos horas?

7. En primavera encontramos un polluelo que se ha caído del nido y está temblando de frío. Lo guarda-mos en el cuenco de las manos para dar energía. ¿Cómo es el paso de energía de nuestro cuerpo haciael pájaro, en forma de calor o de trabajo?

8. Indica si las siguientes fuentes de energías son renovables o no, indicando el porqué:

a) Mareas.

b) Petróleo.

c) Sol.

d) Carbón.

9. El ahorro de energía es una de las soluciones para garantizar el suministro de esta en el futuro. Ela-bora una lista de recomendaciones que sirvan para disminuir el consumo de energía.


ACTIVIDADES de AMPLIACIÓN

1. ¿Qué seres vivos transforman la energía luminosa en energía química? Explica la secuencia de trans-formación.

2. Supongamos una moto, un camión y un coche moviéndose a la misma velocidad; ¿qué tipo de energíatienen? ¿Tendrán los tres la misma cantidad de energía? Razona la respuesta.

3. Antiguamente se pensaba que se podría construir una máquina que estuviera en continuo movimien-to (perpetuum movile), es decir, generando energía cinética, sin consumir ningún tipo de energía. Hoyen día se sabe que es imposible lograrlo. ¿Podrías explicar por qué?

4. Cuando se recoge una manzana que se cae de la mesa y se pone de nuevo en ella:

a) ¿Quién pierde energía y quién gana?

b) ¿En qué forma se dio la energía?


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5. Una bombilla utiliza 1000 J de energía eléctrica para producir 200 J de energía luminosa. ¿Cuál de lassiguientes es la respuesta correcta? Razónalo.

a) El rendimiento es del 2 % y parte de la energía se transforma en calor.

b) El rendimiento es del 20 % y parte de la energía se transforma en calor.

c) El rendimiento es del 100 % y la energía siempre se conserva.

d) El rendimiento es del 50 % y el resto se degrada.

6. Un motor de lavadora transforma energía eléctrica en mecánica y térmica. La energía mecánica es laque se pretende obtener; por eso la llamamos energía útil. El rendimiento de la máquina es del 80 %.

a) Por cada 2000 J de energía eléctrica, ¿cuánta energía se transforma en mecánica?

b) ¿Qué pasa con la energía no aprovechada?

7. La energía eléctrica que se consume en una casa suele expresarse en kilovatios hora (kWh). Si el reci-bo de la luz indicaba un gasto de 84 euros y el kWh se paga a 14 céntimos de euro, ¿cuántos kWh deluz se han consumido en esa casa?

8. Indica si son verdaderas o falsas las siguientes frases, explicando el porqué.

a) Mientras se realiza un cambio, la energía de cada cuerpo se conserva.

b) Un coche a gran velocidad tiene mucha energía potencial.

c) El Sol está a una gran temperatura y por eso da energía en forma de calor a la Tierra.

d) Al lanzar una piedra, el que la lanza pierde energía y la piedra la gana. La transferencia se hace en

forma de trabajo.

e) Un cuerpo solo tiene energía cuando está produciendo cambios.


Actividades de refuerzo

Unidad 13 Materia y energíaOBJETIVOS

Los objetivos que se van a reforzar en esta unidad son:

1. Entender el concepto de energía.

2. Conocer la transformación de la energía.

3. Reforzar la conservación y la degradación de la energía.

4. Comprender la necesidad del ahorro energético.

1. El viento y el agua son cuerpos en movimiento y, por tanto, poseen energía cinética. Lo correcto es hablar de laenergía que poseen, no de la fuerza.

2. a) Química. b) Luminosa. c) Potencial. d) Cinética.

3. No, esto significa que unos cuerpos pierden energía y otros la ganan, y en este intercambio la cantidad total de ener-gía se mantiene constante. Pero los cuerpos necesitan reponerla, no siempre tienen la misma.

4. Un futbolista no contiene trabajo, igual que un cuerpo caliente no contiene calor. Ambos contienen energía. El fut-bolista cede esa energía al balón mediante la realización de un trabajo, lo que hace que la pelota sea empujada duran-te un tiempo (el instante que dura la patada), a lo largo de una distancia, y que adquiera, en forma de energía ciné-tica, la que le ha dado el futbolista. La frase correcta es: “Un futbolista contiene energía química y por eso puederealizar un trabajo sobre la pelota, que adquiere energía cinética en el momento en que se pone en movimiento”.

5. Los abrigos no calientan, evitan que el cuerpo pierda energía térmica en forma de calor. Rodrigo tiene razón.

6. Caminar rápido supone un consumo energético de 17890 J/kg de masa corporal y hora de actividad; entonces, unapersona que pesa 65 kg y camina dos horas realizará un consumo de: 17890 · 65 · 2 = 2325700 J.

7. El paso de energía se hace en forma de calor, y la razón para el paso de energía es que nuestras manos tienen unatemperatura superior a la del gorrión.

8. a) Mareas: renovable. b) Petróleo: no renovable. c) Sol: renovable. d) Carbón: no renovable.

9. Recomendaciones para reducir el consumo de energía: utilizar materiales aislantes para construir las viviendas ycolocar dobles cristales en las ventanas; utilizar bombillas de bajo consumo, no dejar las luces y aparatos eléctri-cos encendidos cuando no se necesiten; en invierno, ventilar solo lo necesario; no tener la calefacción demasiadoalta; usar la lavadora y el lavavajillas solo cuando estén llenos; no introducir alimentos calientes en la nevera; coci-nar con las ollas tapadas y con una base superior a la del fuego; al comprar aparatos eléctricos, hay que tener encuenta, además del precio, su consumo energético; utilizar el coche solo lo imprescindible, y siempre que se pue-da, usar el transporte público; pasear más o utilizar la bicicleta.

SOLUCIONES A LAS ACTIVIDADES DE REFUERZO


Actividades de ampliación

Unidad 13 Materia y energíaOBJETIVOS

Los objetivos que se van a ampliar en esta unidad son:

1. Analizar las transformaciones e intercambios de energía que ocurren en nuestro entorno tanto de manera naturalcomo de manera artificial.

2. Aplicar correctamente las fórmulas para el cálculo de energía cinética, potencial y mecánica o cálculos de rendi-mientos.

3. Dominar los cambios de unidades.

4. Conocer unidades de energía nuevas como el kilowatio hora.

1. Las plantas verdes. Las plantas verdes tienen la capacidad de transformar la energía luminosa del Sol en energía quí-mica, generando moléculas con gran contenido energético. Las plantas utilizan estas moléculas para formar sus estruc-turas y obtener la energía que necesitan para realizar sus funciones vitales.

2. Al estar en movimiento, los tres tienen energía cinética. Sin embargo, la cantidad de energía cinética que necesitan parair a la misma velocidad no es la misma; será mayor en el camión que en el coche y en este mayor que en la moto, ya quela masa del camión es mayor que la del coche y la de este mayor que la de la moto.

3. La energía se conserva. Es decir, la energía total (suma de todas las energías que posee) de un sistema aislado ha depermanecer constante. Pueden existir transformaciones entre distintos tipos de energía, pero no se puede crear ener-gía de la nada.

4. a) Pierde energía química la persona que la recoge y gana energía potencial la manzana.

b) La persona le da energía a la manzana en forma de trabajo. Hace una fuerza a lo largo de un recorrido.

5. La respuesta correcta es la b.

6. a) Por cada 2000 julios de energía eléctrica, pasan, si el rendimiento es del 80 %: a energía mecá-nica y, por tanto, a energía térmica pasarán: 2000 J – 1600 J = 400 J.

b) La energía térmica que no se aprovecha es la causa de que eleven su temperatura la lavadora y el ambiente que larodea.

7. Dividimos los 84 a entre el precio del kilowatio hora, es decir, 14 céntimos, que serían 0,14 a:

8. a) Falsa. En el cambio se mantiene la energía, pero esta puede pasar de un cuerpo a otro.

b) Falsa. Un coche a gran velocidad tiene energía cinética.

c) Verdadera.

d) Verdadera.

e) Falsa. Tiene energía aunque no se estén produciendo.

2000 J x 80100

= 1600 J

R = Energía obtenidaEnergía consumida

x 100 = 2001000

x 100 = 220 %

SOLUCIONES A LAS ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN

84 a 0,14 /kWh

= 600 kWha


APELLIDOS: NOMBRE:

FECHA: CURSO: GRUPO:

1. De los tipos de energía que conoces, indica la que poseen los siguientes cuerpos.

a) Una manzana que cuelga del árbol.

b) Un automóvil que se mueve a 80 kilómetros/hora.

c) Una pila.

d) Un vaso de leche caliente.

2. Identifica las transformaciones de energía que se producen en el funcionamiento de los siguientes tiposde centrales.

a) Hidroeléctrica.

b) Térmica gas natural.

c) Eólica.

d) Solar fotovoltaica.

¿Qué tipo de energía se obtiene de cada una de ellas?

3. Indica qué tipo de energía potencial o cinética existe en los siguientes casos.

a) Un coche en movimiento.

b) Un muelle comprimido.

c) Un ladrillo colocado encima de una mesa.

d) Un balón rodando por el suelo a gran velocidad.

4. Calcula la energía potencial que posee un libro de 500 gramos de masa que está colocado sobre unamesa de 80 centímetros de altura.

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PROPUESTA de EVALUACIÓN


5. Un conductor, después de 2 horas de viaje, para a descansar y observa que los frenos y neumáticos desu coche se han calentado.

a) ¿En qué forma se ha transferido la energía?

b) Si la energía se conserva, ¿por qué no es posible poner el coche en marcha de nuevo aprovechandoesa energía?

6. Las bombillas de incandescencia pierden casi toda la energía en energía térmica: de cada 100 J des-perdician aproximadamente 95. Las lámparas de bajo consumo se calientan muy poco. Su rendimien-to vienen a ser el 25 %, pero son más caras.

a) Cuando gasten 3000 J de energía eléctrica, ¿qué energía luminosa dan?

b) ¿Cuál de las dos lámparas es más ventajosa?

7. Explica por qué debemos controlar el uso de la energía y utilizarla adecuadamente.

8. ¿Qué problemas medioambientales genera el uso de combustibles fósiles como fuentes de energía?

9. ¿Qué medidas son necesarias adoptar para reducir los efectos negativos que produce la utilización deenergía y para garantizar su suministro en el futuro? Pon varios ejemplos de cada una.

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1. a) Potencial gravitatoria; b) cinética; c) eléctrica; d) tér-mica.

2. a) Energía potencial → Energía eléctrica.

b) Energía química → Energía eléctrica.

c) Energía mecánica → Energía eléctrica.

d) Energía luminosa → Energía eléctrica.

En todas ellas, se obtiene energía eléctrica.

3. a) Cinética.

b) Potencial elástica.

c) Potencial.

d) Cinética.

4. Primero hay que expresar los datos en las unidadescorrectas. La masa del libro es: 500 g = 0,50 kg. Laaltura a la que está es de 80 cm = 0,80 m. Luego pasa-mos a aplicar la fórmula para el cálculo de la energíapotencial:

Ep = m · g · h = 0,5 Kg · 9,8 m/s2 · 0,8 m = 3,92 J

5. a) En forma de calor.

b) La energía sí que se conserva; de hecho, la energíaque se origina al quemar el combustible es igual ala energía que se emplea en mover el coche más laenergía que se transforma en calor. Sin embargo,este calor que se ha producido no es utilizable por-que es imposible de recuperar; la energía en estecaso se ha degradado.

6. a) Las de incandescencia dan una energía:

;

y las de bajo consumo: .

b) Son más ventajosas las de bajo consumo, porquedan cinco veces más energía.

7. Los recursos de energía son limitados. Las fuentes delas que se puede obtener energía rápida y fácilmente,como, por ejemplo, de los combustibles fósiles (car-bón, petróleo, gas natural) se terminarán agotando.Además, el uso de este tipo de combustibles originagraves problemas medioambientales. Las necesidadesenergéticas del ser humano son cada día mayores, porlo que se hace imprescindible el usar la energía de unmodo responsable y utilizar fuentes de energía reno-vables (sol, viento, agua, etcétera) para obtener ener-gías limpias. Nuestra principal contribución al ahorrode energía está dentro de nuestra propia casa.

8. El uso de combustibles fósiles como fuentes de ener-gía origina graves problemas medioambientales, comopueden ser el efecto invernadero y la lluvia ácida. Enla combustión del carbón, del petróleo y del gas natu-ral, se produce la emisión de gases como el dióxido decarbono (CO2), óxidos de azufre (SOx) y óxidos de nitró-geno (NOx) que van a la atmósfera. El aumento de laconcentración de dióxido de carbono en el aire provo-ca el efecto invernadero, y el resultado es el sobreca-lentamiento global de la Tierra. Los óxidos de azufre yde nitrógeno, en contacto con el agua de la atmósfera,producen ácidos sulfúrico y nítrico, que aumentan laacidez del agua de lluvia. Este efecto se conoce comolluvia ácida, y provoca daños en la agricultura, en bos-ques, ríos, altera los ecosistemas, etcétera.

9. Es necesario adoptar dos medidas: ahorro energético,que consiste en mejorar la tecnología y racionalizar suuso por parte de los ciudadanos y de las industrias, ydiversificación energética, que consiste en utilizarfuentes de energía distintas a las convencionales y asíreducir el consumo de combustibles fósiles. Ejemplos:– Ahorro energético: aislar mejor las viviendas, usar

máquinas más eficientes, adquirir hábitos que reduz-can el consumo de energía.

– Diversificación energética: utilizar energías renova-bles: eólica, hidráulica, solar, geotérmica, etcétera.

3000 J x 25100

= 750 J

3000 J x 5100

= 150 J


SOLUCIONES A LA PROPUESTA DE EVALUACIÓN

Propuesta de evaluación

•Autoría: Emilio Pedrinaci, Concha Gil, Francisco Carrión, Juan de Dios Jiménez •Edición: Yolanda Hernández, Esther Sánchez •Corrección:Enrique Jerez •Diseño: Pablo Canelas, Alfonso Ruano •Maquetación: Domingo Duque •Coordinación de diseño: José Luis Rodríguez•Coordinación editorial: Nuria Corredera •Dirección editorial: Aída Moya

Cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública o transformación de esta obra solo puede ser realizada con la autorizaciónde sus titulares, salvo excepción prevista por la ley. Diríjase a CEDRO (Centro Español de Derechos Reprográficos, www.cedro.org) si necesitafotocopiar o escanear algún fragmento de esta obra, a excepción de las páginas que incluyen la leyenda de “Página fotocopiable”.

© Ediciones SM

Impreso en UE – Printed in EU

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