Mis Actividades

 PROYECTO:  

APROVECHEMOS LA ENERGIA DEL SOL EN NUESTRO HOGAR

ACTIVIDADES PARA DESARROLLAR

Libro de proyectos página 129

 

INICIEMOS Y OBSERVEMOS

Existen diferentes fuentes de energía que se utilizan en beneficio de la humanidad. Algunas de estas provienen de fuentes naturales y se consideran renovables. La energía solar es una de ellas; provee de energía termina y lumínica en forma de calor y luz. Sin embargo, esta no es completamente sustentable, los materiales y equipos necesarios para transformar la energía producen desperdicios tóxicos para el medio ambiente. Por ejemplo, para producir paneles solares se genera una gran cantidad de gases de efecto invernadero y desechos tóxicos. Aun no existe un proceso adecuado para reciclar la totalidad de los componentes de los paneles solares obsoletos que se convierten en desperdicios tóxicos (lamas, 2020).

 

El aprovechamiento sustentable de la energía solar es todo un reto. ¿Las ventajas y desventajas de aprovechar los diferentes modos de transferencia de energía térmica dependen del contexto específico de la aplicación y del tipo de transferencia utilizada. Aquí hay algunas consideraciones generales:

### Conducción:

**Ventajas:**

1. **Eficiencia en Materiales Conductores:** Al utilizar materiales conductores eficientes, se puede lograr una transferencia de calor rápida y eficiente.

2. **Control Preciso:** La conducción puede controlarse con precisión, lo que es útil en aplicaciones donde se necesita un control detallado de la temperatura.

**Desventajas:**

1. **Dependencia del Material:** La eficiencia de la conducción depende en gran medida de los materiales utilizados. Algunos materiales pueden tener una conductividad térmica baja.

2. **Limitaciones en Distancias Largas:** La conducción puede ser menos eficaz en distancias largas o a través de materiales no conductores.

### Convección:

**Ventajas:**

1. **Transferencia Eficiente en Fluidos:** La convección es eficiente para transferir calor a través de fluidos como aire o agua.

2. **Distribución Uniforme:** Permite una distribución más uniforme del calor en un espacio, especialmente en sistemas de calefacción o refrigeración.

**Desventajas:**

1. **Requiere un Medio Material:** La convección requiere un medio material (fluido) para funcionar, lo que puede limitar su aplicabilidad en ciertos entornos.

2. **Dependencia de las Corrientes de Convección:** La eficacia de la convección depende de la presencia y la dirección de las corrientes de convección.

### Radiación:

**Ventajas:**

1. **Transferencia sin Medio Material:** La radiación puede ocurrir en el vacío, ya que no requiere un medio material para propagarse.

2. **Eficiencia en Distancias Largas:** Puede ser eficaz en la transferencia de calor a distancias largas.

**Desventajas:**

1. **Dependencia de Superficies Específicas:** La eficacia de la radiación depende de las propiedades de las superficies emisoras y receptoras.

2. **Influencia de Obstáculos:** Los obstáculos pueden bloquear o absorber la radiación térmica.

### Consideraciones Generales:

1. **Costo:** La implementación de sistemas que aprovechan la transferencia de energía térmica puede tener costos asociados, ya sea en la selección de materiales, la instalación de equipos o el mantenimiento.

2. **Complejidad:** Algunos sistemas pueden ser más complejos de diseñar, implementar y mantener, especialmente cuando se buscan aplicaciones altamente eficientes.

3. **Sostenibilidad:** La sostenibilidad ambiental también es un factor importante a considerar al aprovechar la transferencia de energía térmica. Algunas formas de transferencia pueden ser más respetuosas con el medio ambiente que otras.

En resumen, las ventajas y desventajas varían según la aplicación específica y los requisitos del sistema. La elección del modo de transferencia de energía térmica dependerá de factores como la eficiencia, la distancia de transferencia, el entorno y las consideraciones económicas y ambientales.

 

DISEÑO Y DESARROLLO DE LA INDAGACIÓN

¡Aquí está el problema!

Es posible aprovechar la energía solar de manera eficiente, sin emplear procesos contaminantes, al utilizar las diferentes formas de transmisión de la energía térmica.

 

Utilicen sus conocimientos previos sobre las formas de transmisión de la energía térmica.

 

1.     Organicen comunidades de tres integrantes e investiguen sobre las aplicaciones que tiene cada una de las formas de transmisión de la energía térmica.

2.     Cada integrante investigue sobre alguna de ellas en las fuentes confiables que tenga al alcance, como el libro Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico.

 

BUSCA Y ENCUENTRA

¿Cómo se puede transmitir la energía térmica?

La energía térmica puede transferirse de diversas maneras, y estos procesos se clasifican en tres modos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación.

1. **Conducción:**

   - **Definición:** La conducción térmica es la transferencia de calor a través de un material debido a la vibración de las partículas en ese material. No hay movimiento real de las partículas de un lugar a otro; en cambio, la energía térmica se transmite de una partícula a la siguiente a medida que vibran.

   - **Ejemplo:** Cuando tocas un extremo de un metal caliente, la energía térmica se transmite a través del metal hacia tu mano.

2. **Convección:**

   - **Definición:** La convección térmica implica el movimiento real de fluidos (líquidos o gases) que transportan consigo la energía térmica. Este movimiento de fluidos puede ocurrir debido a diferencias de temperatura que generan corrientes de convección.

   - **Ejemplo:** Cuando calientas agua en una olla, el agua caliente tiende a subir mientras que el agua más fría tiende a descender, estableciendo un flujo de convección.

3. **Radiación:**

   - **Definición:** La radiación térmica es la transferencia de calor a través de ondas electromagnéticas, como la luz y el calor infrarrojo. No requiere un medio material para propagarse y puede ocurrir en el vacío.

   - **Ejemplo:** El calor que recibimos del sol es un ejemplo de transferencia de energía térmica por radiación.

Estos tres modos de transferencia térmica a menudo ocurren simultáneamente en situaciones del mundo real. Por ejemplo, en la cocina, la estufa puede transferir calor a través de la conducción al calentar una sartén, la convección al calentar el aire alrededor y la radiación térmica al calentar los alimentos mediante la emisión de radiación infrarroja. Para dar respuesta a esta pregunta, realicen los siguientes experimentos.

Materiales:

2 botellas de reuso del mismo tamaño y material. Pueden ser de agua.   

Tijeras

Pintura negra

2 termómetros

Una brocha

Un litro de agua

Un reloj

 

Experimento 1

1.     Corten las botellas a la misma altura

2.     Pinten una de las botellas de color negro. Una vez seca, lleven ambas a un lugar soleado.

3.     Llenen cada botella con la misma cantidad de agua.

4.     Coloquen un termómetro en cada botella y registren en una libreta la temperatura del agua.

5.     Dejen las botellas al sol durante 45 minutos con los termómetros dentro de ellas.

6.     Midan la temperatura cada 15 minutos y regístrenla en su libreta.

 

 

 

 

Temperaturas
Botella transparente	Botella negra
1.	1.
2.	2.
3.	3.

 

7.     Comenten entre ustedes lo que notaron sobre la transferencia de energía entre la luz del sol, las botellas y los termómetros, y elaboren una lista con las diferentes transferencias de energía térmica que detecten. Después, expliquen cual fue el mecanismo de transferencia de energía térmica observada en el experimento.

8.     Investiguen sobre la radiación del cuerpo negro (la botella pintada). Como se representa analíticamente, en donde se presenta y como puede aprovecharse.

9.     Registren en su cuaderno sus observaciones, luego respondan lo siguiente: 

¿Cómo podrían aprovechar los tipos de transferencia de energía térmica que encontraron en el experimento?

La forma en que se aprovecha la transferencia de energía térmica depende del contexto y del objetivo específico del experimento. Aquí hay algunas ideas generales sobre cómo se podrían aprovechar los diferentes tipos de transferencia de energía térmica:

1. **Conducción:**

   - Para aprovechar la conducción térmica, se podrían diseñar materiales conductores eficientes para la transferencia de calor. Esto es especialmente útil en aplicaciones como la fabricación de dispositivos de refrigeración o la conducción eficiente de calor en componentes electrónicos.

2. **Convección:**

   - En el caso de la convección térmica, se podrían diseñar sistemas que aprovechen los movimientos de fluidos para distribuir o transferir calor. Esto es común en sistemas de calefacción y refrigeración que utilizan fluidos como aire o agua para transportar la energía térmica a través de un espacio.

3. **Radiación:**

   - Para aprovechar la radiación térmica, se podrían diseñar superficies o materiales que absorban, reflejen o emitan radiación térmica de manera eficiente. Esto se utiliza en aplicaciones como paneles solares, dispositivos de calefacción por infrarrojos y sistemas de captura de energía térmica del medio ambiente.

Algunas aplicaciones específicas podrían incluir:

   - **Energía Solar:** Aprovechar la radiación solar para generar electricidad mediante células solares.

   - **Sistemas de Calefacción y Refrigeración:** Utilizar la convección y conducción para regular la temperatura en edificios o dispositivos.

   - **Transferencia de Calor en Procesos Industriales:** Optimizar la conducción y convección en procesos industriales que requieran control preciso de la temperatura.

   - **Dispositivos de Refrigeración:** Aplicar la conducción térmica eficiente en la fabricación de dispositivos de refrigeración, como refrigeradores y sistemas de aire acondicionado.

En resumen, el aprovechamiento de la transferencia de energía térmica implica diseñar sistemas y materiales que maximicen la eficiencia de la conducción, convección y radiación térmica según las necesidades específicas de la aplicación

.¿Cuáles serian las ventajas y desventajas?

Las ventajas y desventajas de aprovechar los diferentes modos de transferencia de energía térmica dependen del contexto específico de la aplicación y del tipo de transferencia utilizada. Aquí hay algunas consideraciones generales:

### Conducción:

**Ventajas:**

1. **Eficiencia en Materiales Conductores:** Al utilizar materiales conductores eficientes, se puede lograr una transferencia de calor rápida y eficiente.

2. **Control Preciso:** La conducción puede controlarse con precisión, lo que es útil en aplicaciones donde se necesita un control detallado de la temperatura.

**Desventajas:**

1. **Dependencia del Material:** La eficiencia de la conducción depende en gran medida de los materiales utilizados. Algunos materiales pueden tener una conductividad térmica baja.

2. **Limitaciones en Distancias Largas:** La conducción puede ser menos eficaz en distancias largas o a través de materiales no conductores.

### Convección:

**Ventajas:**

1. **Transferencia Eficiente en Fluidos:** La convección es eficiente para transferir calor a través de fluidos como aire o agua.

2. **Distribución Uniforme:** Permite una distribución más uniforme del calor en un espacio, especialmente en sistemas de calefacción o refrigeración.

**Desventajas:**

1. **Requiere un Medio Material:** La convección requiere un medio material (fluido) para funcionar, lo que puede limitar su aplicabilidad en ciertos entornos.

2. **Dependencia de las Corrientes de Convección:** La eficacia de la convección depende de la presencia y la dirección de las corrientes de convección.

### Radiación:

**Ventajas:**

1. **Transferencia sin Medio Material:** La radiación puede ocurrir en el vacío, ya que no requiere un medio material para propagarse.

2. **Eficiencia en Distancias Largas:** Puede ser eficaz en la transferencia de calor a distancias largas.

**Desventajas:**

1. **Dependencia de Superficies Específicas:** La eficacia de la radiación depende de las propiedades de las superficies emisoras y receptoras.

2. **Influencia de Obstáculos:** Los obstáculos pueden bloquear o absorber la radiación térmica.

### Consideraciones Generales:

1. **Costo:** La implementación de sistemas que aprovechan la transferencia de energía térmica puede tener costos asociados, ya sea en la selección de materiales, la instalación de equipos o el mantenimiento.

2. **Complejidad:** Algunos sistemas pueden ser más complejos de diseñar, implementar y mantener, especialmente cuando se buscan aplicaciones altamente eficientes.

3. **Sostenibilidad:** La sostenibilidad ambiental también es un factor importante a considerar al aprovechar la transferencia de energía térmica. Algunas formas de transferencia pueden ser más respetuosas con el medio ambiente que otras.

En resumen, las ventajas y desventajas varían según la aplicación específica y los requisitos del sistema. La elección del modo de transferencia de energía térmica dependerá de factores como la eficiencia, la distancia de transferencia, el entorno y las consideraciones económicas y ambientales.

10.  Tomen en cuenta que la transferencia de energía termina siempre ocurre del objeto de mayor temperatura a otro de menor temperatura.

 

PROYECTO DE SAN VALENTIN:

canva.com