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GUÍA CONCEPTUAL DE LEGO DACTAMR
ENERGÍA
2000040 ES
Una Guía ParaLa ComprensiónDel Mundo DeLa Energía
RECONOCIMIENTOS
LEGO Dacta agradece las contribu-ciones de:
Escritor y Consultor educativo:
George SnapeStockport, RU
Editores:
Deborah SirulnikWhite Knuckle AdvertisingLongmeadow, Massachusetts EEUU
Diana McMeekingSimsbury, Connecticut EEUU
Diseñador Gráfico:
Timothy HiltabiddleHiltabiddle DesignNewburyport, Massachusetts EEUU
Imágenes:
Museo de Ciencia e IndustriaManchester, RU
N∑E∑G MiconRanders, Dinamarca
Distribuido por:
LEGO System A/SDK-7190 Billund, Dinamarca
LEGO y DACTA son marcas registradasdel Grupo LEGO. ©1999 El Grupo LEGO
EL MUNDO DE LA
3
Qué puedes encontrar en esta Guía Conceptual:
Una Guía Conceptual de LEGO DACTAMR
LA EN E R G Í A Q U E N O S RO D E A
Ves con ella. Escuchas con ella. Te mueves con ella.
EN E R G Í A EL É C T R I C A
¡Sus usos son electrizantes!
GE N E R A N D O EL E C T R I C I D A D
Del Viento, del agua y del sol.
AL M A C E N A N D O EN E R G Í A
Ahorrando energía para mañana.
TR A N S P O R TA N D O EN E R G Í A
Se necesita energía para mover energía.
AS P I R A C I O N E S D E L A EN E R G Í A
¿Un sueño Imposible?
ENERGÍAUN A GU Í A PA R A
EN T E N D E R E L
MU N D O D E L A
EN E R G Í A
LA ENERGÍA QUE NOS RODEA
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Ves con ella.Escuchas con ella.Te mueves con ella.
La energía existe en todas partes. La tenemos
en la cima de una montaña y la convertimos en
energía cinética a medida que bajamos la
montaña. La energía de los alimentos es el
combustible que mueve nuestros músculos y
nos mantiene calientes. La energía del sonido
entra a nuestros oídos para que podamos
escuchar, y la energía de la luz nos permite
ver. La energía existe siempre y es útil para
nosotros, cuando la cambiamos de una forma a
otra. Nosotros aprovechamos la energía en un
combustible cuando lo quemamos lentamente
en una caldera para calentar nuestros hogares.
Incluso aprovechamos la energía de las explo-
siones para hacer funcionar nuestros autos.
Un ventiladorsolar
La Energía: Su poder desencadenadoAlgunas veces nosotros desperdiciamos la energía rápida-mente. La pólvora y la dinamita son sustancias químicas quecontienen mucha energía. Sus explosiones no tienen control yprovocan mucho daño.
El rayo es una muestra de energía eléctrica. El crecimiento yla disminución de corrientes de aire dentro de las nubesprovocan cambios eléctricos que lasseparan. La carga dentro de una nubese hace cada vez más y más grandehasta que la nube no puede sostenerlamás. Una gran chispa eléctrica sucedeentre la Tierra y la nube.
El sol es un reactor nuclear que nos daenergía como calor; luz y radiación. Laenergía nuclear es producida cuandose hacen cambios a núcleos de átomos.El sol está perdiendo energía a unaproporción de 4 000 000 de toneladaspor segundo. Con suerte, tomarámuchos miles de millones de años paraque se consuma toda esta energía.
¿Para qué estamos traba-jando?Levantar cosas pesadas es una tareamuy difícil. Si levantas una manzana pequeña (aproximada-mente 100 gr.) a una altura de un metro, aplicas un joule detrabajo en ella. Le has dado un joule de energía. La unidadde energía se denomina de esa manera gracias a James P.Joule de Salford (Inglaterra).
La potencia es la medida que hace referencia a cuán rápidose hace la transferencia de energía. Se puede levantar lamanzana lentamente y trabajar a una baja potencia. Si selevanta muy rápido la manzana, se trabaja a una potenciamás alta. La potencia se mide en watts.
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¡CO N V E N C I D O Q U E
L A E N E R G Í A C I N É T I C A
S E P U E D E C O N V E R T I R
A E N E R G Í A C A L O R Í F I-C A, JA M E S JO U L E
PA S Ó S U L U N A D E
M I E L I N T E N TA N D O
M O S T R A R Q U E L A
T E M P E R AT U R A D E L
A G U A E N L A PA R T E
I N F E R I O R D E U N A
C ATA R ATA E S M Á S
A LTA Q U E L A D E L A
PA R T E S U P E R I O R!
"El trabajo es la cosa másgrandiosa en el mundo, asíque debemos ahorrar algo deél para el mañana."
D O N H E R O L D
Un rayo de luz con-
tiene suficiente
energía eléctrica para
satisfacer las necesi-
dades de una ciudad
por una semana.
Un tornohace másfácil latarea delevantarobjetos
Te toma menostiempo en retirar lamisma cantidad denieve cuando seaplica mayor canti-dad de potencia
Una central eléctrica
de quemado de basura
puede producir sufi-
ciente electricidad
para abastecer alrede-
dor de 8000 hogares.
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Fuentes deenergía no reno-vables
Fuentes deenergía renova-bles
Energía: Renovar y reciclarNo podemos crear o destruir energía. Podemos con-vertir la energía química en combustibles y enenergía calorífica. Sin embargo, muchos de nuestroscombustibles (recursos de energía) son limitados.
Nuestras reservas como el petróleo y el gas, que necesitómillones de años para formarse, se agotarán en menos de 50años. Si queremos que los suministros de energía durenhasta el futuro, las fuentes renovables de energía como loson el sol, el viento, y el agua necesitan ser aprovechados.
La basura puede ser un tesoroMuchos productos de desecho pueden ser quemados paraabastecer de combustible a una pequeña central eléctrica.Una central eléctrica en el Reino Unido genera 12.5 millonesde watts quemando deyecciones (excrementos) de pollo. Latemperatura de un reactor es de 850 oC para destruir las bac-terias y desaparecer los olores.
En las áreas de cultivo de trigo, se quema paja para generarelectricidad. Podemos plantar árboles para talarlos y luegohacer papel. Si recogemos y quemamos papel para hacerelectricidad, estamos volviendo a utilizar el recurso deenergía. Estamos reciclando el papel y la energía.
La mayoría de desperdicios recogidos de nuestras casas searrojan en grandes agujeros. Pronto comienzan a descom-ponerse y a emitir gas metano. El gas puede ser recogido yllevado a una central eléctrica donde se quema para aumen-tar el vapor para las turbinas y los generadores.
∑Una máquinade reciclajepara metal
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"Los vientos y las olas estánsiempre del lado de los nave-gantes más hábiles."
E D WA R D G I B B O N
Estamos plantando lo más rápidoque podemosSi quemamos cualquier planta de rápido creci-miento, y siempre plantamos tantos nuevos árbo-les como los que quemamos, podemos continuarutilizandolos como recurso de energía. Losárboles de rápido crecimiento como el álamo y elsauce son ideales porque después de ser taladoscrecerán nuevamente de las mismas raíces. Estatécnica se llama “Plantación de árboles que setalan periódicamente”. Se necesitan tres bosquesseparados. Los árboles en cada uno de losbosques son talados por turnos cada tres años.Una central de energía en Cornwall, Inglaterraplanea utilizar césped de elefante de esta manera.Ofrecerá electricidad para 5000 hogares.
Viene en olasLas primeras pruebas realizadas para extraer energía de lasolas sobrestimaron severamente la energía imponente queéstas contenían. Muchos de los primeros intentos fuerondestruidos por la acción violenta de las olas.
Una reciente encuesta de trabajo muestra que actualmente sehan planeado por lo menos 15 generadores de energía de olas.Nueve de ellos estarán localizados en Europa. La encuesta con-cluye que la energía de olas podría eventualmente abastecer
10% de las necesi-dades de energíamundiales.
Un molino deviento generaelectricidadpara las lucesde las calles.
Una rueda hidraúlica gira la linea de ensamble.
∑ Un auto solar
ENERGÍA ELÉCTRICA
¡Sus usos son electrizantes!
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EN F O Q U E: EL MOT O R EL É C T R I C O
T I E N E U N A P E R S O N A L I D A D MA G N É T I C A
Todo comenzó en Copenhague, Dinamarca en 1820,cuando Hans Christian Ørsted estaba dictando unaconferencia sobre transferencia de electricidad a calor.Él colocó una brújula cerca a un cable. Cuando hizofluir corriente a través del cable, se dio cuenta que laaguja de la brújula, que era una aguja imantada, sealejaba de su posición normal norte-sur. Las corrienteseléctricas produjeron campos magnéticos y un sin-número de inventos le siguieron: el electromagneto, eltimbre eléctrico, el motor y el receptor de telegramaspor nombrar sólo algunos.
Un motor tiene una bobina de alambres que cargacorriente eléctrica. La bobina se monta sobre un eje yluego es montada en un campo magnético muy fuerte.Cuando la electricidad pasa por el motor, la bobinahace girar el eje.
Más tarde, en 1831, Michael Faraday descubrió que unimán que se mueve dentro y fuera de la bobina gene-ra electricidad en la bobina. Un dinamo (o generador)es como un motor en reversa. Gira el eje y genera elec-tricidad.
Las tormentas eléctricas y los relámpagos
han rugido desde que la tierra tuvo por
primera vez una atmósfera hace miles de
millones de años.
Las pulsaciones eléctricas muy
pequeñas del cerebro controlan
todos nuestros movimientos
musculares.
∑Un carrusel eléctrico
¿Generador o motor?
La habilidad de un motor de ac-
tuar en reversa y convertirse en un
generador de electricidad puede
ayudar a mantener los costos de
energía a niveles bajos.
Cuando el ferrocarril de
Manchester a Sheffield fue por primera vez electrificado, los
horarios del tren fueron ajustados para que el pesado tren de
carbón que bajaba la colina generara suficiente electricidad
para llevar el tren de pasajeros hacia arriba de la colina.
Algunos esquemas hidroeléctricos almacenan agua en una
represa superior permitiendo que fluya a una represa inferior,
generando electricidad a tiempos máximos. Posteriormente,
con electricidad de otras centrales eléctricas, éstas actúan
como motores para bombear el agua nuevamente.
La electricidad que te habla.
Un teléfono convierte la energía del sonido en electricidad
y viceversa. Su inventor, Alexander Graham Bell, nació en
Edinburgh, Escocia en 1847: él comenzó su investigación en
máquinas parlantes. Su familia se mudó a Norteamérica en
1870 donde él perfeccionó el parlante. Utilizó un imán que
encajaba exacto dentro de una bobina de alambres. El imán
fue colocado en una membrana que vibraba dentro y fuera
como la corriente iba a través de la bobina.
Accidentalmente, descubrió que su parlante
podía trabajar en reversa y convertir los
sonidos en corrientes eléctricas cambiantes.
Esto fue el invento del micrófono
9Si giras el gene-rador, la lámparase enciende.
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EN F O Q U E: LO S TR E N E S MÁ S RÁ P I D O S
F L OTA N D O E N E L A I R E
La tecnología para hacer funcionar los trenes
propulsados y soportados por campos magnéticos
ha existido por más de 30 años. Los alemanes han
desarrollado un sistema de levitación por atracción
magnética, los japoneses se concentraron en la
repulsión.
Se han construido rieles de prueba, se ha probado
los prototipos en velocidades récord, pero hasta
ahora ninguno tiene un servicio regular de trenes.
Más prometedor es el sistema japonés equipado con
imanes de superconducción de helio líquido a una
temperatura muy baja que hacen levitar al tren a
aproximadamente 10 centímetros. En el sistema
alemán sin embargo, sólo levita a 8 o 9 mm. y
requiere de rieles alineados de mucha más pre-
cisión. No obstante, los planes existen para rieles de
180 millas de tres miles de millones de libras entre
Hamburgo y Berlín. Las velocidades a más de 270
millas por hora son posibles. La experiencia será
más parecida a volar.
Los campos electro-
magnéticos en el
circuito magnético
en el suelo guían a
este robot en la
fábrica LEGO.
La energía de los Campos de Fuerza
Todos vivimos en un campo de fuerza gravitatorio. La fuerza
de la gravedad atrae todo a la Tierra. Cualquier cosa que
caiga convierte esa energía en energía cinética (movimiento).
Existen otros dos campos de fuerza: el magnético y el eléctri-
co. Un imán en un campo magnético tiene energía potencial
magnética y tendrá energía cinética cuando se libere.
Igualmente, una carga eléctrica en un campo eléctrico tendrá
energía potencial eléctrica.
Un tren mag-nético levitasobre susrieles.
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Lanzamiento EspacialMagnéticoLa NASA ha contribuido con £ 1 000 000 para que laUniversidad de Sussex (Reino Unido) desarrollando un nuevosistema de lanzamiento de cohetes basado en la levitaciónmagnética. El sistema empleará electromagnetos para levantary propulsar el cohete a una velocidad muy alta a lo largo derieles inclinados. La idea es que salga disparado el extremo dela plataforma de lanzamiento en órbita. Si resulta exitoso, lainvestigación reducirá radicalmente los costos de lanzamiento,los cuales dependen de combustibles sólidos costosos paraproveer suficiente fuerza propulsora para el despegue.
¡Es positivamente electrizante!Frota un globo contra tu vestido de lana para darle una cargaeléctrica. Manténlo cerca de tu cabello y los cabellos se move-rán en el campo eléctrico. Tu cabello se parará en un extremo.Te darás cuenta de un efecto similar con la pantalla de tu tele-visor. El campo eléctrico también recolecta mucho polvo.
Los campos eléctricos controlan la imagen en el tubo del tele-visor. El tubo, al que se le ha sacado todo el aire, contiene unregulador eléctrico que produce cargas eléctricas llamadaselectrones. Otras partes del regulador crean campos eléctricospara controlar el flujo de electrones. Cuando se escapan los
electrones del regulador, elcampo eléctrico los acelera auna velocidad muy alta.Cuando ellos golpean el reves-timiento sobre la pantalla,cambian su energía cinética enrayo de luz
Imagen de Resonancia Magnética
(IRM). Sin dolor rodea al paciente
con un campo magnético de 10,000
a 30,000 veces más potente que la
tierra.
LO S
E L E C T R O N E S E N E L
T U B O D E U N T E L E V I S O R
P U E D E N A L C A N Z A R V E L O C I-D A D E S Q U E S E A C E R C A N A
1/ 10 D E L A V E L O C I D A D D E L A
L U Z. A E S TA V E L O C I D A D, L O S
E L E C T R O N E S C O M I E N Z A N A
H A C E R S E M Á S P E S A-D O S.
Carros magnéticos se repelen mutuamente.
Un imán de escritorio
GENERANDO ELECTRICIDAD
Del viento, agua y sol.
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Divertirse es cosa fácil.
Por miles de años, los
barcos a vela utiliza-
ron la energía del
viento. Hoy en día, el
uso de velas es una
actividad de esparci-
miento realizada por
miles de personas.
Disfrutamos la emo-
ción de los yates de
vela, botes de vela y
mejor aún veleros te-
rrestres.
EN F O Q U E: EL AE R O G E N E R A D O R
LA RESPUESTA ESTÁ EN EL VIENTO
Utilizado por primera vez en Persia aproximadamenteen el 700 DC, el molino de viento fue empleado paraconvertir granos en harina. Estos tuvieron aspas verti-cales directamente conectadas a las piedras del molino.Cuando se difundió el uso de los molinos por todaEuropa, sus estilos difirieron, la mayoría cambiaron aun aspa vertical conectada a través de un engranaje alas piedras del molino.
Hoy en día, el enfoque de moler cereales ha cambiado agenerar electricidad. Los rotores grandes han montadohélices para recolectar la energía del viento. Se agru-pan frecuentemente en un área de tierra con un grupode turbinas de viento para manejar generadores eléctri-cos.
En la parte superior de una torre o “cabaña” se albergael generador y los engranajes que aumenta la velocidadde rotación del eje para llegar a una velocidad eficientedel generador. La cabaña también tiene un mecanismopara hacer girar los rotores en el viento y alterar elángulo o avance del hélice. Los Aerogeneradores soneficientes convirtiendo el 30% de la energía del vientoen electricidad.
Generador del molino deviento
La fuerza del vientoenciende la lámpara dela terraza.
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Generando electricidad de lascorrientes de agua
Las ruedas hidráulicas fueron empleadas parairrigar los cultivos hace mucho, aproximada-mente en 600 AC. Por el año 100 AC, fueron uti-lizados para moler cereales en harina. A medi-da que la industria aumentaba, el poder hidráu-lico llegaba a ser más importante impulsandouna variedad de maquinarias, desde molinospara madera que hacen papel hasta los que hilany tejen algodón
Las ruedas hidráulicas se dividen frecuentemen-te en dos tipos: de impulsión inferior y deimpulsión superior. La rueda de impulsión infe-rior tenía hélices que se sumergían en el aguay giraban a la velocidad de la corriente delagua. La rueda de impulsión superior por elcontrario era utilizada en los paises escarpa-dos donde el agua ingresaba a la parte supe-rior de la rueda que fue encajada con hélicestipo balde. El peso del agua proveía deenergía para girar la rueda.
Las ruedas hidráulicas, ahora llamadasturbinas, son empleadas en centraleshidroeléctricas. El agua es almacenada detrásde una represa. A medida que es soltada, hace funcionar lasturbinas generando grandes cantidades de electricidad. Lascentrales hidroeléctricas proveen a Noruega el 99% de suelectricidad. A nivel mundial, es la fuente principal deenergía después de combustibles fósiles.
El tiempo se mueve lentamenteLos propietarios del Park Green Silk Mill en Macclesfield, ReinoUnido, no pudieron pensar en pagarle a sus trabajadores losmismo sueldos en el verano cuando el agua fluía al molinolentamente. El reloj del molino tenía dos caras una quemostraba la hora real y otra que mostraba la hora del molino.El reloj con la hora del Molino que estaba localizado en elmotor fue conectado a la rueda hidráulica. En el verano, elagua fluía lentamente y el reloj iba igual de lento. Los traba-jadores nunca supieron que ellos tuvieron que trabajar máspara su pago.
"Estoy vendiendo loque el mundo enteronecesita: energía."
M AT T H E W B O U LT O N
1 7 1 1 - 1 7 8 0
Un carro a vela propulsa-do por el viento
Una rueda de impul-sión superior.
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Generando Electricidad del SolAlgunos paneles solares convierten la energía del soldirectamente en electricidad. Fabricado de siliconaextremadamente pura, estos paneles son tratados conotra capa semiconductora. Cuando la luz del sol caesobre este dispositivo, éste genera aproximadamente0.5 voltios entre las dos capas. Una celda típica de 10cm, desarrolla aproximadamente 0.75 watts.
Celdas pequeñas se utilizan frecuente-mente en calculadoras de bolsillo. Alconectar las celdas conjuntamente, seaumenta la potencia. Útil en áreas
lejanas, son empleadas para generación deenergía a pequeña escala en los paísesdesarrollados como pequeños intercambiostelefónicos.
Otros usos incluyen el recargar baterías paraseñales en la carretera, incluso en máquinaspara la emisión de tickets para el esta-cionamiento
EN F O Q U E: EL AU T O SO L A R
T R A N S P O R T E S I N C O N TA M I N A C I Ó N
Para hacer funcionar un auto con la energía gratis delsol… ¿Es un sueño de transporte sin contaminación ouna meta inalcanzable?
El auto solar Honda fue construido para la carreraDesafío Mundial Solar de más de 3000 Km entre Darwiny Adelaide en Australia. Utiliza los avances tecnológi-cos más recientes incluyendo un cuerpo de fibra decarbón de sección de superficie de sustentación parareducir el peso y el arrastre. La rueda de la parte pos-terior contiene un motor sin escobilla diseñado parauna mayor eficiencia a menos revoluciones.
El equipo Honda trabajó estrechamente con un espe-cialista norteamericano en energía solar y empleó cel-das de silicona mono cristalinas altamente eficientes.Una unidad de manejo electrónico de 10 canales con-trola el flujo de electricidad entre las celdas, la bateríay los motores. El motor puede actuar como generadorque almacena energía en la batería cuando el carro vahacia abajo o frena.
En un día despejado, el carro cruza a 36 millas porhora con una velocidad máxima de por encima de 87millas por hora. Ganó la carrera y rompió el récord,cubriendo 3013 km. En un tiempo total de 35 horas 28minutos.
La electricidad de
la celda solar se
almacena en una
batería y luego es
utilizada en las
luces de la calle,
los faros e incluso
en los parquíme-
tros.
La luz toca elpanel solar yactiva elmotor de estecarro.
Un buscadorsolar RCXlocaliza laluz más bril-lante.
Este avión solar de 14 motores acabó su
vuelo de prueba satisfactoriamente en
el Desierto de California. Con una exten-
sión de ala a ala de 206 pies, voló por 2
horas a 100 000 pies. Afortunadamente,
al ser controlado a control remoto desde
tierra, no necesita de la ayuda de un
piloto.
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Uso CaseroAlgunos hogares están provistoscon paneles solares. Contienenun líquido que absorbe laenergía calorífica. El líquidocaliente pasa al calentador paracalentar el agua en una piscina opara precalentar el agua para suuso doméstico.
Celdas Solares NaturalesTodas las plantas verdes absorben energía del sol. Estas plan-tas atrapan la energía de la luz en celdas solares llamadashojas y la convierten en energía química. Este proceso llama-do fotosíntesis produce un pigmento de color verde llamadoclorofila que permite a las plantas convertir la energía de laluz en glucosa (azúcar simple) y oxigeno.
Atrapando algunos rayosEl baño de sol es importante si fueras un anfibio o un reptil,porque como los peces y los invertebrados, ellos tienen san-gre fría. Con muy poca insolación ellos necesitan todo el calorque se pueda obtener del sol para mantener su cuerpo funcio-nando bien. Para absorber la mayor cantidad de calor,algunos animales de sangre fría extienden sus cuerpos paraque la mayor parte de su cuerpo esté expuesto al sol. Otroshacen que su piel se vea más oscura durante el día y másclara en la noche. Los colores oscuros absorben más calor quelos colores claros.
Ahorrando energíapara mañana.
ALMACENANDO ENERGÍA
EN F O Q U E: EL CO N D E N S A D O R
¡C Á R G A L O!
Muchos dispositivos electrónicos necesitan un
pequeño almacén de energía. Utilizan un conden-
sador. Es un dispositivo muy simple hecho de dos pla-
cas de metal separadas por una capa delgada de un
buen aislador. En cierto modo, se parece a un sánd-
wich, dos capas de pan (metal) lleno de mermelada
en el centro (aislador). Un condensador muy grande
debe tener una gran área de placas para que sean
envueltos como un rollo de papel de cocina.
El condensador almacena carga eléctrica, una carga +
en una placa y una carga – en la otra. Cuando se uti-
liza la electricidad, la carga – fluye de una placa a
través del motor y los otros componentes a la placa +.
La recarga coloca las cargas de vuelta en las placas.
El condensador puede ser cargado y descargado
muchas veces, como una batería recargable. Sin
embargo, las semejanzas terminan ahí. El conden-
sador sólo almacena la carga eléctrica en sus placas.
La batería emplea sustancias químicas que le per-
miten almacenar más electricidad.
La energía exce-dente del viento,del agua y del soles almacenada encondensadoreseléctricos.
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Colócale una tapaSimplemente, hay momentos en que necesitamos másenergía de la que podemos convertir inmediatamentede otras fuentes para que sirva de ayuda. Sería útil situviésemos un almacén listo. El cómo almacenamos laenergía depende de su forma al momento de serrecolectada.
Todo enrollado por completoCuando se estira un resorte de un reloj o un poco decinta elástica, la energía se almacena hasta que lossueltes. Por años, hemos empleado este principio paraproveer de energía a nuestros relojes.
Recientemente Trevor Bayliss, un inventor deInglaterra diseñó un radio de mecanismo de relojeríallamado Baygen. Contiene un motor de mecanismo de relo-jería y un generador. Cuando se templa completamente, elresorte generará la electricidad suficiente para proveeralrededor de 40 minutos de tiempo de escucha.
Se puede tener computadoras con mecanismos de relojes.Una computadora pequeña podría tener un resorte que altemplarse genere electricidad suficiente para hacer funcionaruna computadora por una hora o algo así. Cuando se colocauna batería que pueda ser recargada desde el motor delmecanismo del reloj, se tiene un sistema de copia de seguri-dad para evitar la pérdida de datos.
Fuerza de jaleDos diseñadores alemanes han inventado un teléfono celularque funciona por un cordón que al ser jalado, enciende ungenerador que almacena electricidad en un condensador.Ellos dijeron que jalando el cordón 15 veces generará la elect-ricidad suficiente para una llamada de 5 minutos.
¿Qué es lo que tienen en común los relojes de pie y las son-das espaciales profundas? Los dos necesitan la fuerza de lagravedad para hacer su trabajo. Los pesos que caen (llama-dos masas) proporcionan la energía para hacer funcionar elreloj. La sonda espacial utiliza la energía del campo degravedad de cada planeta para alejarse de la tierra.
La energía eléctrica es alma-cenada en el condensador deeste carro.
La energíaalmacenada enuna banda elás-tica es liberadapara propulsareste auto.
El agua almacenada detrás de una
represa (energía potencial) será con-
vertida en energía eléctrica cuando sea
liberada a través de las turbinas.
El Volante
El almacenamiento de energía cinética no es fácil. Necesitascolocar energía dentro del almacén, mantenerlo en movimien-to, luego usarlo cuando se necesite. La fricción reduce prontola energía cinética en calor para que podamos almacenar sólola energía cinética por un corto tiempo.
Algunos carritos de juguete tienen unmecanismo de volante. Los empujas paraaumentar la velocidad del volante luego lodejas ir. La energía almacenada en el volantemantiene al carro en movimiento. Se debedenominar un condensador de energíacinética.
Las grandes máquinas a vapor fueron empleadas en molinos yen fábricas al terminar el último siglo. Los motores de un solocilindro tuvieron un problema con el pedal de bicicleta.Enviaban la mayor fuerza giratoria al centro, pero nada enninguno de los dos extremos. La rueda grande y pesada alma-cenaba energía cinética, para que cuando el pistón esté en elfinal de la carrera, el volante utilice su energía almacenadapara regresar el pistón al cilindro. El volante grande y pesadoayudó al motor a funcionar suavemente.
Todos los motores de los automóviles tienen un volante paraayudarlos a funcionar suavemente,pero debido a que tienen cuatro omás cilindros, lo que lleva a un fun-cionamiento sin problemas, elvolante no necesita ser muy grande.
El antiguo tractor de un solo cilindrotiene un volante grande. Sirve tam-bién como polea para manejar otramaquinaria agrícola cuando seconecta con una faja de transmisión.
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Este carro almacena energíacinética en su volante.
Un trompo almacena energíacinética como un volante.
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El Autobús VolanteSupongamos que colocamos un volante en un autobús. Amedida que recorre la ciudad, se detiene luego de unoscuantos cientos de metros para recoger o dejar pasajeros.Cuando el autobús se detiene, en vez de utilizar los frenos, sufuerza cinética se transfiere al volante. La energía almacena-da en el volante hace que el autobús se mueva nuevamente.
Los pasajeros tienen un viaje tranquilo, hay menos contami-nación para los peatones y el autobús utiliza 25% menos decombustible. Los frenos son empleados sólo para parar encasos de emergencia y así el desgaste del freno está casieliminado. Controlado por una computadora, la tecnologíarecicla las pérdidas de energía con un 95% de eficiencia y seadapta de igual modo para trenes y otros transportesurbanos.
Manteniéndolo caliente sin la necesidad dederrochar energíaLa energía calorífica es producida en muchas transferenciasde energía. En nuestros hogares, nosotros quemamos com-bustibles para mantenernos calientes. Mientras más com-bustible quememos mayor será la contaminación del aire ymayor serán los recursos no renovables desperdiciados.Podemos almacenar calor del sol para precalentar agua yemplear menos combustible en nuestras calderas para man-tenerlo realmente caliente.
Baterías RecargablesNo podemos almacenar corriente alterna o electricidad peropodemos almacenar corriente directa, el tipo de electricidadque usamos en las celdas. Hay dos tipos de celdas (dos o másceldas hacen una batería) una puede ser recargada, la otrano.
En una batería recargable, las sustancias químicas que pro-ducen la electricidad son cambiadas. Cuando la batería hagastado su almacén de sustancias químicas, se emplea uncargador de baterías para restaurar las sustancias químicas asu forma original.
El volante en la
máquina a vapor
pesa 12 toneladas.
A diferencia de las baterías recar-
gables, las sustancias químicas en
las baterías ordinarias no pueden
ser cargadas nuevamente una vez
que han sido utilizadas. Puesto
que no pueden ser recargadas
estas baterías deben ser descar-
tadas.
Los oleoductos, buques petroleros y camiones transportan petróleo de la refinería a
las estaciones de servicio de todo el país. Los cables de la estación eléctrica a nues-
tras casas tienen electricidad de alto voltaje.
Se necesita energía para mover energía.
TRANSPORTANDO ENERGÍA
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EN F O Q U E: LA RE D DE DI S T R I B U C I Ó N
T O D O E S T Á C O N E C TA D O
Necesitamos transportar electricidad de la central eléc-
trica a nuestros hogares y fábricas. Todas nuestras
centrales eléctricas y todos sus usuarios están conec-
tadas entre sí a través de una red de cables de alto
voltaje llamado Red de Distribución. Si alguna central
eléctrica se malogra o cierra por mantenimiento, la
distribución a los usuarios será proveída por las otras
en la Red.
Los cables se encuentran a altos voltajes que oscilan
entre 11 000 V a 132 000 V e incluso más. La electricidad
en estos voltajes es muy peligrosa. Si te acercas al
cable una chispa podría saltar a través del aire y
matarte instantáneamente.
Ir con el flujo La energía tiene muchas formas: algunas veces necesitamosmover la energía o transportarla de un lugar a otro sin cam-biarla o transferirla. Podemos cargar el generador y luego lle-varlo a donde necesitemos energía. Los camiones especialestransportan combustibles fósiles a los usuarios. El problemaes, la distribución no es constante y los camiones empleanenergía.
Podemos enviar líquido y gas a través de un oleoducto. Unared de tuberías para gas lleva el combustible desde el Mar delNorte a las casas en el Reino Unido. En nuestros hogarestransportamos energía calorífica desde el calentador centralhasta radiadores en cada habitación a través de tuberías.
Transportando energíamecánicaHace mucho, antes que la electricidadfuera descubierta, los molinos y lasfábricas empleaban una rueda hidráuli-ca o máquina a vapor para impulsar sumaquinaria. Algunas veces una solamáquina a vapor era utilizada paraimpulsar 600 máquinas para hilar así como toda la otramaquinaria en los talleres.
Un eje lineal superior fue empleado para transmitir la energíaalrededor del molino. Era como un gran eje que estabaconectado al motor con una faja o una transmisión de cuer-da. El eje lineal pasaba a través de todas las partes del moli-no. Cada telar estaba conectado al eje por un sistema de fajay de poleas. Todas las máquinas giraban al mismo tiempo.
Las máquinas como éstas cambiaron la vida de las personas,ya no hilar ni tejer más en casa, cuando ellos así lo deseaban.En vez de esto, ellos debían estar en sus máquinas al mismotiempo, e ir al paso con la velocidad implacable de lamáquina a vapor.
El eje lineal transporta energía alrededor de la fábrica perocomo los oleoductos y la red de distribución, alguna energíasiempre se pierde cuando movemos energía de un lugar aotro.
La energía está disponible desdecualquier generador en la red dedistribución. Si un generadorfalla, las lámparas permanecenencendidas.
El timón transfiere fuerzasdesde el eje a las ruedas
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¿Un sueño imposible?
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Conversión, No creación
Para nuestros antepasados, la idea del movimiento continuo
no era tan descabellada como parece hoy en día. Después de
todo, el sol aparecía y se ocultaba todos los días; las mareas
tenían sus flujos y reflujos dos veces al día; y los ríos fluían
año tras año.
La energía no puede ser creada o destruida, pero puede ser
cambiada de una forma a otra. Por ejemplo: una planta usa
la fotosíntesis para convertir la energía solar en glucosa – un
alimento con energía química. La energía ha cambiado de
una forma a otra, pero la energía total es la misma antes y
después.
No hace mucho, los científicos pensaban que ellos podían
producir bastante energía calorífica del hidrógeno pesado
(deuterio y tritio) encontrado en el agua del mar. Esto fue el
comienzo de la investigación de fusión.
EN F O Q U E: EL TO K A M A K
E X P E R I M E N TA N D O C O N L A F U S I Ó N
El proceso de fusión se realiza en un dispositivo lla-
mado “Tokamak”. Un torés con forma de una dona
emplea campos magnéticos para mantener el plasma
caliente (una mezcla de electrones y el núcleo) lejos
de los lados.
Una corriente eléctrica muy fuerte debe emplearse
para calentar el plasma. La energía producida por el
plasma debe ser convertida en calor para mantener
las altas temperaturas. El mejor funcionamiento duró
tan sólo 2 segundos y se necesitó más energía para
calentar el plasma de la que estaba disponible de la
corriente eléctrica que se utilizó.
ASPIRACIONES DE LA ENERGÍA
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Un proyectil a combustible pasa por
una reacción de fusión cuando está
siendo bombardeada por la luz de
24 rayos láser.
El concepto falso de la fusiónLa fusión, la cual ocurre naturalmente en el sol, implica lafusión de los núcleos de hidrógeno para hacer un núcleo dehelio que crea la liberación de una tremenda cantidad deenergía. El plasma del gas de hidrógeno necesita ser calenta-do a una temperatura de millones de grados antes de que lafusión y la liberación de energía ocurran. El problema es quetodos saben que los materiales se derriten mucho antes deque se alcance esta temperatura.
En otro intento para producir la energía de fusión un acele-rador de flujo de partículas dirige un impulso de electricidadde 100 trillones de watts en un objetivo pequeño de gas deu-terio. El gas se calienta a millones de grados pero sólo porunos cuantos billones por segundo – lo que no es suficientepara iniciar la reacción de fusión.
Conmoción del movimiento continuoUna máquina de movimiento continuo, a la que nunca se leacabaría la energía, y que pueda estar en funcionamientoconstante es algo imposible ya que ninguna máquina puedeser perfectamente eficiente debido a la pérdida de energíacomo calor.
El descubrimiento de las propiedades magnéticas extraordi-narias de la piedra imán, un imán natural,rápidamente condujo a su adopción por losdevotos del movimiento continuo. En 1269,Peter Peregrinus propuso una rueda de hierrodentada cerca de una piedra imán y luego dealguna manera inexplicable se repelían. Elsiguiente diente luego venía bajo la influenciade la piedra imán magnética. Se perdieronmuchas fortunas persiguiendo este sueñoimposible.
"Sabemos que al imán le gustala piedra imán pero no sabe-mos si a la piedra imán tam-bién le gusta el imán o si esatraído a él contra su volun-tad"
F Í S I C O A R A B E – S I G L O X I I .
PARA MÁS INFORMACIÓNSOBRE ENERGÍA:
www.lego.com/dacta
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Item No. 4179011