Criterios: 2.3, 3.1, 4.1, 4.2
Datos: g = 9,81 m s⁻²; c(agua líquida) = 4,18 × 10³ J kg⁻¹ K⁻¹ (NIST); densidad del agua ≈ 1,00 kg/L; 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J. Precio supuesto de la electricidad: 0,150 €/kWh. Factor de emisión medio del sistema eléctrico español en 2024: unos 0,10 kg CO₂ eq/kWh (estimación del libro a partir de los datos de Red Eléctrica). Convenio de signos: ΔU = Q + W, positivos cuando la energía entra en el sistema.
Ejercicios
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Transformaciones. Indica qué transformaciones de energía tienen lugar en: a) un panel fotovoltaico; b) la dinamo de una bicicleta; c) un ciclista que sube un puerto; d) un coche que frena hasta pararse; e) una batidora; f) una central eléctrica de gas.
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Energía cinética y velocidad. Un coche de 1200 kg circula a 90 km/h. a) Calcula su energía cinética. b) Calcúlala a 45 km/h y compara. c) ¿Desde qué altura tendría que caer el coche para llegar al suelo con la misma energía que lleva a 90 km/h? ¿Qué relación tiene esto con la seguridad vial?
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Caída con y sin aire. Se deja caer una pelota de 0,200 kg desde 15,0 m. a) ¿Con qué rapidez llegaría al suelo sin rozamiento con el aire? b) En realidad llega a 14,0 m/s. ¿Cuánta energía mecánica se ha transformado y qué porcentaje supone? c) ¿Adónde ha ido esa energía?
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Un descenso en esquí. Una esquiadora de 70,0 kg, con su equipo, parte del reposo y desciende una pista con un desnivel de 120 m y una longitud de 400 m. Llega abajo a 20,0 m/s. Calcula la energía transformada por el rozamiento y la fuerza media de rozamiento. ¿A qué velocidad llegaría sin rozamiento? Comenta el resultado.
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Un termo eléctrico. Un termo de 200 L calienta el agua desde 15,0 °C hasta 60,0 °C. a) ¿Qué energía recibe el agua, en J y en kWh? b) Si el rendimiento del termo es del 90 %, ¿cuánta energía eléctrica consume? c) Si su resistencia tiene una potencia de 1,50 kW, ¿cuánto tarda en calentarla?
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Calor, temperatura y energía interna. a) ¿Qué tiene más energía interna: una bañera de agua a 35 °C o una taza de café a 80 °C? b) Si se vierte el café en la bañera, ¿en qué sentido pasa el calor? ¿Por qué? c) Un gas recibe 500 J de calor y, a la vez, se le comprime haciendo sobre él un trabajo de 200 J. ¿Cuánto varía su energía interna? d) ¿Y si recibe 500 J de calor y es el gas el que hace 200 J de trabajo al expandirse?
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El consumo de casa. En una vivienda hay una bombilla LED de 9 W encendida 5 h al día, un televisor de 100 W encendido 4 h al día y varios aparatos en modo de espera que suman 5 W durante las 24 h. a) Calcula el consumo anual de cada uno en kWh, su coste y las emisiones totales asociadas. b) ¿Qué consume más al año, la bombilla o los aparatos en espera? ¿Por qué, si la potencia de la bombilla es mayor? c) Un compañero dice: «un aparato de 2 kW consume 2 kWh en una hora». ¿Es correcto? ¿Y la frase «consume 2 kW por hora»?
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¿Un rendimiento del 300 %? El folleto de una bomba de calor para calefacción afirma que «por cada kWh de electricidad entrega 3 kWh de calor: un rendimiento del 300 %». a) ¿Incumple la conservación de la energía? b) ¿Por qué no se aplica aquí el límite del 100 % que se estudia en la unidad? c) ¿Incumple el segundo principio, si lleva calor del exterior frío al interior caliente? d) ¿Qué conclusión general sacas sobre cómo analizar un resultado que parece imposible?
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Almacenar energía con agua. Una central de bombeo sube 1,00 × 10⁶ m³ de agua a un embalse situado 400 m por encima del inferior. a) ¿Cuánta energía potencial almacena, en J y en GWh? b) Si el rendimiento del ciclo completo (bombear y volver a turbinar) fuera del 75 %, ¿cuánta energía eléctrica se recuperaría? c) ¿Adónde va el resto, y por qué, aun así, compensa construir estas centrales?