CAmbio climático

1. Energía, potencia y cambio climático

2. Buen web
Hipervínculo

4. 8.1 Degradación de la energía y
generación de potencia
1. El gas caliente
causará que el pistón
se mueva
2. Pero un solo movimiento
del pistón no provee mucha
energía
3. El proceso necesita ser
cíclico

5. Procesos cíclicos
La producción continua de energía se puede
obtener de un proceso cíclico
No todo el calor se
puede convertir en
trabajo
Una parte es
transferida a los
alrededores

6. Eficiencia de los motores de
calor
Ningún motor de calor puede transferir toda su energía en
trabajo.
Una parte siempre se pierde como calor a los alrededores.
La ecuación no
esta en el extracto

7. Diagramas de Sankey
Debes poder construir y analizar diagramas de
Sankey para mostrar donde se degrada la energía.
100% 25%

8. Eficiencia de energía de una lámpara
de filamento

9. Preguntas
1.Considere un esquema en el que se extrae energía térmica del océano.
Parte de la energía extraída se utiliza para realizar trabajo mecánico (que
hace funcionar un barco) y el resto se descarta de nuevo en el océano.
¿Por qué esto no funcionaría?
2.Explique qué se entiende por degradación de la energía. Dé un ejemplo de
degradación de la energía.
3. a) Defina densidad de energía de un combustible. b) Estime la densidad de
energía del agua que cae de una caída de 75 m de altura y se utiliza para
hacer funcionar una turbina.
4.Una planta de energía produce 500 MW de energía.
• ¿Cuánta energía es producida en un segundo? Exprese su
respuesta en i) joules, ii) kWh y iii) MWh.
• ¿Cuánta energía (en joules) es producida en un año?
5. Una planta de energía opera en cuatro etapas. La eficiencia en cada etapa
es de 80%, 40%, 12% y 65%.
• ¿Cuál es la eficiencia global de la planta?
• Hacer un diagrama de Sankey para el flujo de energía en esta
planta.

10. Producción de potencia
eléctrica
1. Fuentes de calor
2. Producción por vapor
3. Turbinas
4. Generadores
5. Líneas de transmisión
Hipervínculo

11. Generador
Hyperlink
La energía eléctrica es producida por los espirales rotando en
un campo magnético

13. 8.2 Fuentes de energía en el
mundo
Hyperlink
Cuales fuentes de energía producen CO2?
Cuales son renovables?
Qué fuentes vienen del sol?
Cuales son las ventajas y desventajas de los tipos de
fuentes de energía? (Colocación, costo, contaminación,
energía, densidad, continuidad, disponibilidad….)
Defina la densidad de la enegía de un combustible
La densidad de la energía se mide en J kg–1.

14. Uso mundial de las fuentes de
energía
91% No
renovable
Solo se necesitan valores aproximados

15. Densidad de la energía de los
combustibles
Energía en GJ/tonelada
• Uranio metal (U) 560,000
• Petróleo crudo 44.9
• Carbón negro 29.0
• Madera 16.2
• Gas 54

16. Consideraciones de la densidad de energía
• Costos de transporte
• Almacenamiento
• Aplicaciones ej. Submarinos nucleares

17. 6.Una planta de carbón con el 30% de eficiencia quema 10 millones de
kilogramos de carbón en un día. (Asuma que el calor de combustión
del carbón es 30MJ.kg-1)
(a) ¿Cuál es la potencia de salida de la planta?
(b) ¿A qué tasa se descarta energía térmica de esta planta?
(c) Si la energía térmica descartada es llevada por agua, cuya
temperatura no se debe incrementar más de 5°C, calcular la tasa
en que el agua debe fluir fuera de la planta.
7. Un litro de gasolina librera 35 MJ de energía cuando se quema. La
eficiencia del carro operando con esta gasolina es de 40%. La
velocidad del carro es 9.0m.s-1 cuando la potencia desarrollada por
el motor es de 20 kW. Calcular cuántos kilómetros el carro puede
andar con un litro de gasolina cuando se conduce a esta velocidad.
8.Una planta de energía que funciona a partir de la combustión de
carbón produce 1.0 GW de electricidad. El rendimiento general de la
planta es de 40%. Asumiendo que la densidad de energía del
carbón es 30 MJ.kg-1, calcule la cantidad de carbón que debe ser
quemada en un día.

18. Emisiones de CO2
• Índices de emisión (Kg CO2/GJ)
• LPG 60
Gas natural 58
Petróleo crudo 76
Carbón (electricidad) 290

19. 8.3 Producción de energía a
partir de combustibles fósiles
Resuma las razones históricas y
geográficas del uso generalizado de
combustibles fósiles.
Los alumnos deben ser conscientes de que la
industrialización condujo a un aumento del uso de
energía, provocando que la industria se desarrollara
cerca de reservas grandes de combustibles fósiles.

20. Cantidad de combustible para la
producción de potencia
Discuta la densidad de energía de los
combustibles fósiles con respecto a los
requisitos de las plantas de producción
de energía.
Los alumnos deben ser capaces de estimar
el nivel de consumo de combustible por
parte de las plantas de producción de
energía.

21. Tasa de uso de carbón en una
planta de producción de energía
• 1000 MW: producción total de electricidad
• Las plantas de producción de energía a
base de carbón son un 40% eficientes
• El carbón tiene 29MJ/Kg
• Calcule la tasa de uso del carbón
• (Aprox. 300 toneladas/h)

22. Discuta las ventajas y desventajas
relativas vinculadas al transporte y
el almacenamiento de combustibles
fósiles.

23. Indique el rendimiento global de las
plantas de producción de energía
basadas en combustibles fósiles.
• Carbón 35 – 42%
• Gas Natural 45 – 52%
• Petróleo 38 – 45%

24. Describa los problemas medioambientales
vinculados a la recuperación de combustibles fósiles
y a su uso en plantas de producción de energía.

25. 8.4 Producción de energía a
partir de combustibles no fósiles
Describa como pueden emplearse los
neutrones producidos en una reaccion
de fision para iniciar otras posteriores
(reaccion en cadena).
Los alumnos deben saber que solo los
neutrones de baja energia (≈ 1 eV)
favorecen la fision nuclear. Tambien deben
conocer que es la masa critica.

26. Reacciónes en
cadena
Cada reacción de fisión libera
neutrones que son usados en
reacciones posteriores
Neutrones rápidos
Necesitan ser
bajados de
velocidad
Masa crítica?

27. graphite moderator
boron control rod
heat exchanger
fuel element channel
steel
concrete
hot gas
reactor core
cold gas
charge face
Reactor nuclear de Magnox
El moderador
baja su
velocidad

29. Distinga la fision nuclear controlada
(producción de energía) de la fisión
nuclear incontrolada (armas nucleares).
Los alumnos deben ser conscientes de
los aspectos morales y éticos vinculados
a las armas nucleares.

30. Describa qué se entiende por
enriquecimiento de combustible
El U-235 natural aparece con 0.7% de abundancia. (3300C)
El combustible enriquecido contiene 2.3% de U-235, por
eso incrementa la temperatura (6000C) del centro del
reactor, por consiguiente incrementan la eficiencia y
potencia producidas/Kg

31. Describa las principales
transformaciones de energía que
tienen lugar en una central nuclear.
EK de
fragmentos
de fisión
Hyperlink

32. Planta de producción de
energía nuclear

33. Discuta el papel del moderador y de las barras de control en la
marcha de los procesos de fisión controlada que tienen lugar
en un reactor termico de fisión.
graphite moderator
boron control rod
heat exchanger
fuel element channel
steel
concrete
hot gas
reactor core
cold gas
charge face
El moderador
disminuye la velocidad
de los neutrones para
permitirles realizar
fisiones
Las varillas de control
absorben neutrones
para controlar el nivel
de potencia
El intercambiador de
calor aísla el agua del
refrigerante y permite
que el gas caliente
hierva el agua
Cuales son las
transformaciones de energía?

34. Transformaciones de energía en
un reactor
• Los fragmentos de fisión tienen EK
• Esto calienta la barra de combustible
• El refrigerante (gas) toma el calor de la
barra
• El gas caliente va hacia el intercamiador
de calor
• El gas caliente convierte el agua en vapor
• El vapor mueve las turbinas
• Las turbinas mueven el generador

35. Producción de plutonio
• El plutonio-239 fisionable puede
producirse de uranio-238 no fisionable
por la reacción ilustrada.
El bombardeo de uranio-238
con neutrones libera dos
decaimientos beta sucesivos
produciendo plutonio

36. Reactores productores rápidos
• El U-238 es
convertido en Pu-
239
• El Pu-239 es
fisionable con
neutrones rápidos
• Por eso, el reactor
puede producir su
propio combustible
• No necesita un
moderador (ahorra
espacio)
• Temperatura
operacional muy alta
enfriada por sodio
líquido

37. Riesgos de energía e nuclear
• Derretimiento – Esto es cuando la energía se va de control y
el reactor explota. Esto puede pasar si el refrigerante es
interrumpido o las barras de control son removidas.
• Los desperdicios producidos son radioactivos, por lo que son
peligrosos para los seres vivos. El almacenamiento es
costoso. La vida media de ciertos productos es muy larga.
• Miniería de Uranio- Como el mineral de Uranio emite gas
radon , la minería de uranurio puede ser mas peligrosa que
cualquier minería subterránea
• El plutonio producido puede ser usado para la producción de
armas nucleares

38. 9. En el contexto de reactores de fisión nuclear, enuncie lo que se entiende por
(a)enriquecimiento de uranio
(b)moderador
(c)masa crítica
10. a) Calcule la energía liberada en la reacción de fisión
b) ¿Cuántas reacciones de fisión por segundo deben ocurrir si la potencia de salida es
200 MW? (Las masas atómicas son: U-235=235.043923u; Xe-140=139.921636u; Sr-
94=93.915360u; neutrón=1.008665u).
11. La energía liberada en una típica reacción de fisión que envuelve uranio-235 es 200
MeV.
(a) Calcule la densidad de energía del uranio-235.
(b) ¿Cuánto carbón (calor de combustión 30 MJ.kg-1) debe ser quemado para proveer
de la misma energía que la que se libera en la fisión nuclear de 1 kg de uranio-235?
11. a) Una planta de energía nuclear de 500 MW convierte la energía liberada en
reacciones nucleares en energía eléctrica con un rendimiento de 40%. Calcule cuántas
fisiones de uranio-235 por segundo se requieren. Asuma que la energía liberada por
reacción es MeV. b) ¿Cuál es la masa de uranio-235 que se requiere que se fisione por
segundo?
13. a) Haga un diagrama esquemático de un reactor de fisión, explicando las funciones de
(i) barras de combustible, (ii) barras de control y (iii) moderador. b) ¿En qué forma se
libera la energía en un reactor de fisión?

39. Fusión nuclear
• El plasma necesita estar alrededor de una
temperatura de 108K (esto requiere de mucha
energía).
• Esto no puede entrar en contacto con nada
• Puede ser contenida en un campo magnético

41. Energía del futuro - Fusión 2100

42. 15. Distinga entre un panel solar y una celda fotovoltaica.
16. La energía típica de los fotones en el espectro visible es 2 eV. Explique por qué un semiconductor
con un margen de energía entre las bandas de valencia y las bandas de conducción de más de 2
eV no sería apropiado para una celda fotovoltaica.
17. Un panel solar con rendimiento del 70% captura luz solar de intensidad 700 W m-2, el cual remite
la energía capturada a una casa con un rendimiento de 50%.
(a) Si la casa pierde energía térmica por un mal aislamiento térmico a una tasa de 3.0 kW,
encuentre el área del panel solar necesaria para mantener constante la temperatura de la casa.
(b) Haga un diagrama de Sankey para el flujo de energía.
18. Un calentador solar tiene que calentar 300 L de agua que está inicialmente a una temperatura de
15°C a una temperatura de 50°C en 12 horas. La cantidad de radiación solar que incide sobre la
superficie recolectora del panel es 240 W.m-2 y es recolectada con un rendimiento de 65%.
Calcule el área del panel recolector que se requiere.
19. Un calentador solar debe calentar 150 kg de agua en 30 K. La intensidad de la radiación solar es
6000 W.m-2 y el área de los paneles es 4.0m2. La capacidad calorífica del agua es 4.2 x 103 J.kg-
1.K-1. Estime el tiempo que esto tomará, asumiendo que el panel solar tiene un rendimiento del
65%.
20. La gráfica muestra la variación muestra la variación con respecto a la potencia solar incidente P
de la temperatura de un panel solar usado para calentar agua cuando se extrae energía térmica
del agua a una tasa de 320 W. El área del panel solar es 2.0 m2 y la intensidad de la radiación
solar incidente sobre el panel es 400 W.m-2. Calcule:
(a)la temperatura del agua
(b) la potencia incidente sobre el panel
(c)el rendimiento del panel

43. Energía solar
1. Celda fotovoltaica
Hay dos tipos de energía solar
En un clima soleado, se puede obtener suficiente
energía para que un foco de 100W funcione de un
panel solar de solo un metro cuadrado. Es bueno
para situaciones remotas ej. un yate.
2. Calentamiento de agua solar
El sol es usado para calentar agua
en un panel de vidrio en el techo
Esto significa que no necesitas usar mucho gas
o electricidad para calentar tu agua en casa

44. Celdas solares FV
• Ventajas
• La energía solar es renovable y el calor y luz del sol son gratis
• La energía solar puede ser usada para generar electricidad en
lugares remotos donde otros abastecimientos de electricidad son
difíciles de conseguir
• No produce dióxido de carbono, lo que contribuye al efecto de
invernadero
• La energía es usualmente generada en o cerca de la locación
donde va a ser usada . Esto mantiene los costos de transmisión y
distribución a un mínimo absoluto
• Desventajas
• Las celdas FV no trabajan muy bien cuando está nublado y no
trabajan en la noche
• Solo trabajan en un país muy soleado! La energía solar trabaja
mejor en lugares calientes por eso su uso es limitado

45. Constante Solar
• La constante solar es la cantidad entrante
de radiación electromagnética por unidad
de área.
• Se mide por satélite y es 1.4 kWm-².
• Este valor debe ser reducido si…
• Si no estas en el Ecuador
• Si no es verano
• Las células FV están a un 10% de
eficiencia

46. Questions
• Page 212 Q’s 1,2,3,5 & 6.

47. Energía hidroeléctrica
Hyperlink Almacenamiento de agua en lagos
Ventajas
•Una vez que la presa esta construida, la energía es
virtualmente gratis.
•No se produce ningún desperdicio o contaminación.
•Mucho más confiable que el viento, energía solar o de
ondas.
•El agua puede ser almacenada sobre la presa lista para
soportar las altas demandas.
•Las plantas hidro-eléctricas pueden llegar a la máxima
producción muy rápidos.
•La electricidad puede ser producida constantemente
•Desventajas
•Las presas son costosas de construir. Sin embargo, muchas presas son utilizadas
para control de inundaciones o irrigación, asi que los costos de construcción pueden
compartirse.
•Construir una presa grande usara mucho espacio causando problemas para los
animales que vivían allí.
•Encontrar un sitio adecuado puede ser difícil – el impacto en los residentes y el
medio ambiente puede se inaceptable.
•La calidad del agua y la cantidad que ha caído puede ser afectada, lo que puede
dejar un impacto en la vida vegetal.

48. Energía de mareas
Hyperlink
•La energía de mareas es renovable
•No causa contaminación, no necesita
combustible
•Un dique para olas es muy costoso
•Solo trabaja cuando las olas están
entrando o saliendo
•Un dique para olas afecta un área
grande
•Hay muy pocos lugares donde se
puede construir sensiblemente un
dique para olas
•Las turbinas submarinas pueden ser
mejores que un dique – son baratas y
no tienen un gran impacto ambiental

49. Almacenamiento por bombeo
•Es una forma de almacenar energía cuando se esta en un apuro.
•La más grande está en Dinorwig, en Wales
•Costoso de construir
•La mayoría de las plantas generadoras toman mucho tiempo en llegar a la
producción máxima.
•Los depósitos de almacenamiento por bombeo implican que podemos
obtener energía rápidamente por alrededor de una hora y media para
mantener la energía mientras otras plantas generadoras puedan funcionar
Dinorwig tiene el tiempo de
reacción mas rápido de una
planta de almacenamiento por
bombeo en el mundo – puede
proveer 1320 MW en 12
segundos.
Compra cuando es barato
Vende cuando es caro
GPE
KE Electric

50. Pregunta
• Cuánta agua debe caer por segundo para
producir 1400 MW de electricidad, si cae a
una altura de 200m? Asuma que la turbina
es 60% eficiente.

51. Energía eólica
El viento hace
rotar la hélice,
que gira un
generador para
producir
electricidad.
•La energía eólica es renovable
•No causa contaminación y no necesita combustible
•Necesita muchos generadores para obtener una cantidad considerable
de energía
• Necesitan ser puestas en un lugar donde el viento sea confiable
Energía = ½ mv2
Masa por seg. = ρx volumen = ρx Area xrapidez= ρπr2v
Energía = ½ ρπr2v x v2 = ½ ρπr2v3
El viento no para despues de
pasar a través de la turbina, por
eso no toda la energía puede ser
aprovechada (max. = 59%)

52. Preguntas
• Un generador a base de viento es
diseñado para trabajar con vientos de
10km/h con un aspa de longitud 3m.
Cuanta potencia puede producir?
• Cuál puede ser la potencia total producida
a 20 km/h?
• Cuál puede ser la potencia total producida
si la longitud de el aspa fuera
incrementada en 6m
• ρair = 1.3Kgm-3

53. 21. El gráfico muestra la curva de potencia de una turbina de viento, en función de la velocidad del
viento. Si la velocidad del aire es de 10m.s-1, calcule la energía producida en el transcurso de un
año, asumiendo que el viento sopla a esta velocidad por 1000 horas en el año.
22. Enuncie el incremento esperado en la potencia extraída de una turbina de viento cuando:
(a) La longitud de la aspas se duplica
(b) La velocidad del viento es duplicada
(c)Tanto la longitud de las aspas y la velocidad del viento se duplican
(d) Resuma las razones por la cual el incremento real en la potencia extraída podría ser menor
que su respuesta
23. La velocidad del viento v incide sobre las aspas de una turbina de viento. Las aspas encaran el
viento con un área A.
a) Deduzca que la velocidad teórica máxima que puede ser extraída está dada por
b) Enuncie las asunciones hechas para derivar la relación en (a).
24. Aire con densidad de 1.2 kg.m-3 y una velocidad de 8.0 m.s-1 está incidiendo sobre las aspas de
la turbina de viento. El radio de las aspas es de 1.5 m. Inmediatamente después de pasar a
través de las aspas, las velocidad del viento disminuye a 3.0 m.s-1 y la densidad del aire es 1.8
kg.m-3 .Calcule la potencia extraída del viento.
25. Calcule el radio del aspa de una turbina del viento que debe extraer 25 KW de potencia de viento
de velocidad 9.0 m.s-1. La densidad del aire es de 1.2 kg.m-3. Enuncie cualquier asunción que se
haya hecho en este cálculo.

54. Energía de olas(OWC)
Hyperlink
Ventajas
•La energía es gratis, no se necesita
combustible, no produce desperdicios.
•Los costos operativos y de
mantenimiento no son altos.
•Puede producir una gran cantidad de
energía.
Desventajas
•Depende de las olas – a veces se obtiene cargas de energía, a veces casi
nada.
•Necesita un sitio adecuado donde las olas sean considerablemente
fuertes.
•Algunos diseños son ruidosos, pero en si las olas lo son así que no
parece ser un problema.
•Debe ser capaz de soportar climas tempestuosos.

55. Matematicas
a
λ
L
Volumen del agua en el área roja = a x λ/2 x LMasa = Volumen x densidad(ρ)
Pérdidad de GPE de la ola = mgh = (a x λ/2 x L x ρ) x g x a
Número de olas por segundo = Frecuencia = v/λ
Potencia = pérdida de GPE por seg. = a2 x λ/2 x L x ρ x g x v/λ
Potencia por unidad de longitud = ½ a2ρgv

56. OWC question
Olas de amplitud de 2m llegan a la playa cada
15 s. La longitud de onda es 80m. Calcule:
• La rapidez de la ola.
• La potencia por metro de las olas en la
orilla.
• La potencia disponible de una playa de 3
km

57. Tsokos page 430 q’s 26-30.

58. 8.5 Efecto invernadero
Hyperlink
Cortas λ
no
absorbidas
Largas λ
absorbidas

59. Efecto invernadero

60. Constante solar
• El sol irradia 3.9x1026W
• La tierra está a una distancia de1.5x1011m
del sol
• Calcule la potencia por m2 que llega a la
tierra.

61. Cuando la energía alcanza la
tierra, que pasa con ella?

62. Albedo
La fracción de luz solar incidente que es reflejada

63. Variaciones en albedo
Ejemplos de albedos
Superficie Albedo Típico
Asfalto fresco 0.04
Bosque conífero
(Verano)
0.08,0.09 a 0.15
Revestimiento de
asfalto
0.12
Árboles caídos 0.15 a 0.18
Suelo descubierto 0.17
Césped verde 0.25
Arena del desierto 0.40
Concreto nuevo 0.55
Nieve fresca 0.80–0.90
El albedo también varía
con factores como la
estación, la latitud y la
cantidad nubes
El valor promedio de la
tierra es 0.3

64. Por qué la radiación reflejada
no escapa al espacio?

65. Gases de invernadero

66. Absorción de radiación IR
El dióxido de carbono, vapor de agua, metano, óxido nitroso y unos cuantos
otros gases son gases de invernadero. Todos ellos son moléculas
compuestas de más de dos átomos separados lo suficiente como para
vibrar con la absorción de calor. Los principales componentes de la
atmósfera son N2 y O2 y son moléculas de dos átomos unidos muy cerca
que vibran y además no absorben calor.
La frecuencia resonante
de gases de invernadero
está en la región infrarroja.

67. Simulación de microondas
Hyperlink

68. Start of IR region 0.7 nm

70. Fuentes de los gases de
invernadero
• La quema de combustibles fósiles y la deforestación que
conlleva a una mayor concentración de dióxido de
carbono.
• El CO2 y CH4 del ganado
• Fertilizantes N2O
• CFC’s en la refrigeración y los extinguidores de fuego.
• Cuando estos gases son clasificados de acuerdo a su
contribución al efecto invernadero, los más importantes
son:
• Vapor de agua, que contribuye en un 36–70%
• Dióxido de carbono, que contribuye con un 9–26%
• metano, que contribuye con un 4–9%
• ozono, que contribuye con un 3–7%

71. Cuanto calor irradia la tierra?

72. La naturaleza de la radiación de un
cuerpo negro.

73. Ley de Stefan–Boltzmann
P = Potencia total
σ = Constante de Stefan–Boltzmann
A = Área superficial del cuerpo emisor
T = Temperatura del emisor

74. Simulación de un cuerpo negro

75. Emisividad
• La tierra no es un cuerpo negro perfecto
• La emisividad se define como:
ra
temperatu
misma
la
a
negro
cuerpo
del
Potencia
objeto
el
por
irradiada
potencia
Entonces la tierra no es un perfecto emisor o receptor de
calor. Los objetos negros tienen una emisividad alta, los
blancos baja

76. Valores de emisividad
Aluminio: anodiado 0.77
Aluminio: pulido 0.05
Asbestos: tabla 0.96
Asbestos: fabrica 0.78
Asbestos: papel 0.93
Asbestos: pizarra 0.96
Latón: altamente pulido 0.03
Latón: oxidado 0.61
Ladrillo: común .81-.86
Ladrillo: común, rojo 0.93
Ladrillo: expuesto, rojo 0.92
Ladrillo: refractario 0.75
Ladrillo: albañilería 0.94
Ladrillo: rojo 0.90
Carbón: ollín 0.95
Carbón: grafito 0.98

77. Cuál es el efecto de la radiación
absorbida en la temperatura de
la tierra?

78. Capacidad calorífica de una
superficie Cs
La capacidad calorífica una superficie es la
energía requerida para aumentar la temperatura
de una unidad de área de la superficie de un
planeta en un grado, y es medida en
J m–2 K–1.

79. Modelo de cambio climático
Los estudiantes deben apreciar que el cambio de temperatura
de un planeta en un período de tiempo dado es
(intensidad de la radiación entrante – intensidad de la
radiación saliente) × tiempo / capacidad calorífica de
una superficie.

80. Download
Simulación de invernadero

81. Predicciónes

82. Predicción Met office
Hyperlink

83. Describa algunos posibles modelos
de calentamiento global
Los estudiantes deben estar conscientes que un
rango de modelos ha sido sugerido para
explicar el calentamiento global, incluyendo
cambios en la composición de los gases de
invernadero en la atmósfera, vientos solares
incrementados, cambios cíclicos en la órbita de
la tierra y actividad volcánica.
Hyperlink

84. 1. a) Enuncie lo que entiende por el término cuerpo negro. b) Dé un ejemplo de un cuerpo que es una
buena aproximación a un cuerpo negro. c) ¿Por qué factor se incrementa la tasa de radiación de
un cuerpo cuando la temperatura se incrementa de 50°C a 100°C?
2. La siguiente grafica muestra la variación con respecto a la longitud de onda de la intensidad de la
radiación emitida por dos cuerpos de la misma forma.
(a) Explique por qué la temperatura de los dos cuerpos es la misma
(b)La grafica más alta en realidad corresponde a un cuerpo negro. Calcule la emisividad del otro
cuerpo.
3. La potencia total radiada por un cuerpo de área 5.00km2 y emisividad 0.800 es 1.35 x 109 W.
Asuma que el cuerpo irradia dentro del vacío a una temperatura de 0 K. Calcule la temperatura
del cuerpo.
4. Si la distancia d entre el sol y la Tierra disminuye, La temperatura promedio T de la Tierra
aumentará. La fracción de la potencia radiada por el Sol que se recibe en la Tierra es
proporcional a ; la potencia radiada por la Tierra es proporcional a T4.
– Deduzca la dependencia de la temperatura T de la Tierra en la distancia d.
– Estime el aumento esperado en la temperatura si la distancia disminuye en 1.0%. Asuma que la tempera
promedio de la Tierra es 288 K.
5. a) Defina el término intensidad en contexto de radiación. b) Estime la intensidad de la radiación
emitida por el cuerpo de un humano desnudo con un área superficial de 1.60 m2, temperatura
37°C y emisividad 0.90, a una distancia de 5.0 m del cuerpo.

85. 6. Un cuerpo irradia energía a un ritmo (potencia) P.
(a) Deduzca que la intensidad de esta radiación a una distancia d del cuerpo está dada por:
(b)Indique qué supuesto se ha hecho para poder llegar a esa conclusión.
7. El gráfico muestra la variación con respecto a la longitud de onda de la intensidad de
la radiación emitida por un cuerpo negro.
(a) Determine la temperatura del cuerpo negro.
(b) Copie el diagrama, y, en los mismos ejes, dibuje un gráfico para mostrar la variación
con respecto a la longitud de onda de la intensidad de la radiación emitida por un
cuerpo negro de una temperatura de 600K.
8. a) Definir el término albedo. b) Mencione tres factores de los cuales depende el
albedo.
9. Un investigador utiliza los datos siguientes para un modelo climático simple de una
Tierra sin atmósfera: radiación solar incidente = 350 W m-2, radiación solar
absorbida = 250 W m-2.
(a) Hacer un diagrama de flujo de energía para estos datos.
(b) Determine el albedo promedio de la tierra a ser usada en el modelo.
(c) Determine la intensidad de la radiación de onda larga saliente.
(d) Estime la temperatura de la tierra de acuerdo con este modelo, asumiendo una
temperatura constante.

86. 10. La radiación de intensidad de 340 W m-2 es incidente en un lago de la profundidad de
50 m.
(a) ¿Cuánto tiempo se necesita para aumentar la temperatura del agua en 1 K?
(b) Estime la capacidad calorífica de todo el cuerpo de agua en la tierra. (Use una
profundidad media de 300 m si no puede encontrar una mejor estimación).
(c) Luego, estimar el tiempo necesario para aumentar la temperatura del agua en 1
K, si la intensidad de la radiación solar que incide sobre el agua es de 340 W m-2.
11. a) Repita los cálculos del modelo simple que se presenta en el Ejemplo 3 para los
planetas Venus y Marte, a fin de predecir la temperatura de su superficie. Asuma que
las distancias con respecto al Sol son 1.08 x 1011 m (Venus) y 2.28x 1011 m (Marte),
y que la potencia saliente de energía solar de 3.9x 1026 W. Suponga que el albedo α
de Venus es de 0,59 y que el de Marte es de 0,15. b) La temperaturas reales de las
superficies son 740 K (Venus) y 213 K (Marte). ¿Qué sugieren sus respuestas en (a)
sobre la atmósfera de Venus y Marte?
12. Hacer un modelo simple del efecto de invernadero, como el de la figura. Asumir que
solo una fracción t de la energía radiada por la Tierra deja la tierra.
(a) Copiar el diagrama y completar los tres recuadros (i) – (iii) para mostrar las
intensidades que intervienen.0

87. 13. a) Definir la capacidad calorífica de una superficie.
• b) Determine un orden de magnitud estimado para la razón
• c) Use su estimación para explicar por qué la temperatura del agua cambia mucho
más despacio que la temperatura sobre la tierra.
14. Resuma las principales maneras en que la superficie de la Tierra pierde energía
térmica hacia la atmosfera y hacia el espacio.
15. Un investigador que hace simulaciones climáticas quiere investigar los efectos de la
deforestación, cambiando el valor del albedo en sus cálculos. ¿Debería incrementar
o disminuir el albedo?

88. 16. a) ¿Cómo se compara el albedo de una tierra subtropical seca y
cálida con el de un océano tropical?
b) Sugiera mecanismos a través de los cuales la tierra subtropical y
el océano subtropical pierden energía térmica en la atmósfera.
c) Si el nivel del mar fuese aumentado, el agua cubriría tierra seca.
Sugiera un cambio en el clima regional que podría venir como
resultado.
17. Sugiera una razón por la que cubrir tierra seca cerca del ecuador
con agua tendría un efecto menor que cubrir tierra subtropical con
agua.

89. Establezca qué se entiende por
efecto invernadero intensificado.
Basta con que los alumnos sean
conscientes de que la intensificación del
efecto invernadero esta causada por las
actividades humanas.

90. Identifique la creciente combustión de
combustibles fósiles como la probable
causa principal del efecto invernadero
intensificado.
• Los alumnos deben ser conscientes de
que, aunque discutible, la opinión
generalmente aceptada por la mayor parte
de los científicos sostiene que hay
actividades humanas, en especial las que
implican la quema de combustibles fósiles,
que han liberado dióxido de carbono
adicional a la atmosfera.

91. Describa las pruebas que vinculan
el calentamiento global a los niveles
crecientes de gases invernadero.
Por ejemplo, la investigacion internacional
de las placas de hielo proporciona
estimaciones de la composicion atmosferica
y de las temperaturas medias globales en
los ultimos miles de anos (se han extraido
bloques de hielo de hasta 20.000 anos en la
base antartica rusa de Vostok).

96. Evidencia de calentamiento global

97. La concentración de dióxido de
carbono medido en el observatorio
Mauna Loa en Hawaii
Cyclical change?

98. Resuma algunos de los mecanismos
que pueden aumentar el ritmo del
calentamiento global.
Los alumnos deben saber que:
• el calentamiento global reduce las capas de
hielo/nieve, lo cual a su vez modifica el albedo,
aumentando el ritmo de absorción de calor
• el aumento de temperatura reduce la solubilidad
del CO2 en el mar y aumenta las concentraciones
atmosféricas
• la deforestación reduce la fijación de carbono.

99. Defina coeficiente de expansión de
volumen
• Los alumnos deben saber que el
coeficiente de expansión de volumen es la
variación fraccional en volumen por grado
de variación en la temperatura
Indique como una posible
consecuencia del efecto invernadero
intensificado es un aumento del nivel
del mar.

100. Resuma posibles razones para un
aumento previsto en el nivel medio
del mar.
Los alumnos deben ser conscientes de que
es difícil hacer predicciones precisas debido
a factores tales como:
• la expansión anómala del agua
• los diferentes efectos de la fusión del hielo
en el agua del mar, en comparación con la
fusión del hielo en tierra.

101. Identifique el cambio climático
como
resultado del efecto invernadero
intensificado.
Ej. Hecho por el hombre

102. 24. a) Indique lo que se entiende por efecto invernadero. b)
Indique los principales gases del efecto invernadero en la
atmosfera de la Tierra y por cada uno indique tres fuentes
naturales y tres fuentes originados por el ser humano.
25. Distinga entre el efecto invernadero natural y el efecto
invernadero intensificado.
26. Señale la evidencia que conecte el aumento de las
concentraciones de dióxido de carbono con el calentamiento
global en un largo periodo de tiempo.
27. a) Describa qué se entiende por curva de transmitancia. b)
La figura muestra una curva de transmitancia para la
radiación de IR a través de la atmósfera. Discuta los cambios
a la forma general de esta curva que usted esperaría si se
redujeran las concentraciones de dióxido de carbono
drásticamente
28. a) Indique y explique dos maneras en las que el incremento
del nivel del mar afecte al clima global. b) Indique dos
mecanismos físicos que puedan contribuir a que los niveles
del mar aumenten.