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México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 1
Universidad Nacional Autónoma de México
Colegio de Ciencias y Humanidades
Plantel “Oriente”
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 2
SILADIN
Sistema de Laboratorios de Investigación
L A C E
Laboratorios de Creatividad
Centro de Desarrollo
y
Producción de Software
Educativo
C D Y P S E
Universidad Nacional Autónoma de
México
Colegio de Ciencias y Humanidades
Plantel “Oriente”
Profra. Yolanda Sandoval Alonso
Profr. Octavio Jimenez Pierre
Profr, Jorge Ruiz Ibañez
Ing. Quim. Ramón Monreal Vera R.
Demostraciones
Física y Química
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Objetivos
• Motivar al Alumno en el estudio de las ciencias de Física y Química.
• Despertar el interés por los fenómenos de la naturaleza.
• Generar en el alumno interrogantes que lo lleven a investigar.
Absorción de Rayos
Infrarrojos por el Bióxido de
Carbono
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Calor
• Es la transferencia de energía
entre dos cuerpos que tienen
diferente temperatura, fluyendo
siempre del cuerpo de mayor
temperatura al cuerpo de menor
temperatura.
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Calor
• El Calor es una
energía en
transferencia.
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Calor
• Sus unidades son las calorías.
• La Caloría se definen como:
• “Es la cantidad de calor necesaria para que un
gramo de agua eleve su temperatura un grado
centígrado”
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Calor
• Otras unidades son las que se definen en
función del trabajo que son los Joules o
Julios, son unidades de energía, por que
el trabajo es también una transferencia de
energía.
1 caloría = 4.2 Joules
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Calor
• El calor puede tener valores positivos o
negativos, ejemplo:
• Q = + 30 calorías
(recibió 30 calorías, aumento su energía)
• Q = - 30 calorías
(perdió 30 calorías, disminuyo su energía)
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Calor
La capacidad para recibir o perder
energía, en forma de calor es diferente
para cada material que existe en la
naturaleza.
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Calor Específico
• El calor es la capacidad que tienen una
sustancia para ganar o perder energía en
forma de calor.
• Se define como:
“La cantidad de calor necesario para que
un gramo de una sustancia eleve su
temperatura un gramo centígrado”.
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Calor EspecíficoCALOR ESPECÍFICO (A 25 ºC
SUSTANCIA cal/g ºC J/kg K
Aire 0.24 1,010
Aluminio 0.22 .900
Alcohol etílico 0.59 2,450
Oro 0.03 130
Granito 0.19 800
Hierro 0.11 450
Aceite de oliva 0.47 2,000
Plata 0.06 240
Acero inoxidable 0.12 510
Agua (líquida) 1.00 4,180
Madera 0.42 1,760
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Calor EspecíficoCALOR ESPECÍFICO (A 25 ºC
SUSTANCIA cal/g ºC J/kg K
Aire 0.24 1,010
Aluminio 0.22 900
Alcohol etílico 0.59 2,450
Agua (líquida) 1.00 4,180
Madera 0.42 1,760
Observar que el calor específico
del agua es muy alto
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Calor Específico
• En base a la definición de calor especifico tenemos:
• Aluminio
• Su interpretación será:
Por cada gramo de Aluminio se necesitan0.22 calorías para que eleve sutemperatura 1 ° C.
Cgramo
CaloríasCe 22.0
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Calor
• Nuestra piel tiene detectores de calor,
detectando si perdemos o ganamos energía en
forma de calor, pero no la pueden cuantificar.
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Temperatura
• Para poder establecer en que dirección va
a fluir el calor se utiliza la temperatura,
que para entenderla primero veamos
como funciona un termómetro.
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Termómetro
• El más conocido es el de mercurio, el cual está conformado por un bulbo, una escala y un capilar.
• Cuando el termómetro se calienta el mercurio asciende por el capilar y la escala nos indica la temperratura
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¿ Cómo Funciona?
• Cuando un cuerpo se
encuentra a una
temperatura sus
moléculas están en
continuo movimiento.
• Cuando se calienta
un cuerpo el
movimiento de sus
moléculas aumenta.
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¿ Cómo Funciona?
• Al aumentar su movi-miento golpean al bulbodel termómetro haciendoque sus moléculas semuevan, golpeando a suvez a las moléculas delmercurio.
• Las moléculas del mer-curio se mueven provo-cando una dilatación yasciende por el capilar.
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Tipos de termómetros
• Existen muchos tipos de termómetros,
pero todos ellos funcionan bajo el mismo
principio de cuantificar alguna propiedad
(dilatación, resistencia, color, etc.) que se
vea alterada por el movimiento de las
moléculas del sensor.
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Significado de la Temperatura
• Cuando dos cuerpos tienen
diferente temperatura, se
presenta una transferencia
de energía en forma de
calor, del cuerpo de mayor
temperatura al de menor
temperatura.
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 26
Significado de la Temperatura
• El cuerpo de mayor
temperatura sus
moléculas se mueven
mas rápidamente, en
relación al de menor
temperatura, al entrar en
contacto chocan entre sí,
se transfiere el movimien-
to molecular,
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Significado de la Temperatura
• Esto se presenta de la
misma manera en los
gases, las moléculas del
aire si tienen un mayor
movimiento, al chocar
contra las moléculas de
los cuerpos le transfieren
energía.
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Significado de la Temperatura
• Las moléculas al chocar transfieren su
movimiento hasta alcanzar ambas el mismo
nivel de Energía Cinética (Energía de
movimiento) o sea la misma temperatura.
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Significado de la Temperatura
• Energía Cinética
Ec = mV2
2
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Temperatura
• Es un indicador del nivel de
energía cinética de las
moléculas de un cuerpo.
• No mide la energía que tiene
un cuerpo.
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Temperatura
• El agua de los dos vasos tienen la misma
temperatura, sus moléculas tienen el mismo
nivel de energía cinética.
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Temperatura
• Pero el de la izquierda al tener mayor masa
tiene un mayor contenido de energía.
• ¿ Cuál tardará más tiempo en enfriarse ?
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Calor
La transmisión de energía en forma de
Calor se puede presentar en tres formas:
– Conducción
– Convección
– Radiación.
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Formas de Transmisión de Calor
Conducción
• Cuando calentamos
un recipiente con
agua se van a
presentar los tres
tipos de transmisión
del calor.
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Formas de Transmisión de Calor
Conducción
• Por conducción la
energía se transmite
de molécula a
molécula desde el
fondo del recipiente
hacia arriba.
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Formas de Transmisión de Calor
Convección
• El liquido en la parte
inferior al calentarse
se dilata y se vuelve
menos denso,
provocando que
ascienda.
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• El liquido en la parte
superior está a más
baja temperatura y
con mayor densidad
que hace que
descienda, formando
las corrientes de
convección.
Formas de Transmisión de Calor
Convección
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Formas de Transmisión de Calor
Radiación
• Los cuerpos que tienen temperatura, emiten
radiaciones electromagnéticas de rayos
infrarrojos que es la forma de transmisión de
energía por radiación.
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Rayos Infrarrojos
• Como el ser humano tiene temperatura también emite radiaciones electromagnéticas, pero nuestro sentido de la vista no lo puede percibir, esta es una fotografía con película sensible a los rayos infrarrojos.
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Rayos Infrarrojos
• Actualmente se utiliza para detectar variaciones
de temperatura provocados por un mal
funcionamiento del organismo, a esto se le
denomina termografía.
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Escala de Temperatura
• Las temperaturas mas altas se encuentran en el núcleo de las estrellas, producto de las reacciones nucleares que liberan su energía.
• Se considera la temperatura más baja a -273°C aunque nunca se ha llegado, en ese punto se considera que las moléculas no se mueven.
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El Sol
• Toda la energía que contiene nuestro planeta proviene
del Sol, producto de las reacciones nucleares que se
desarrollan dentro de su núcleo..
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El Sol
• El Sol emite energía que
podemos
aprovechar, además de
radiaciones que puede
dañar a nosotros y a los
ecosistemas del planeta.
El Sol• Útil
• Rayos Infrarrojos
• Luz Visible
• Luz ultravioleta
• Perjudicial
• Partículas Cargadas(Viento Solar)
– Alfa
– Beta
– Protones
– Etcétera
• Radiaciones Ionizantes
– Ultravioleta
– Rayos X
– Gama
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Viento Solar
• Pero nuestro planeta presenta protección contra estas radiaciones, en el caso de partículas cargadas (viento solar), el magnetismo de la Tierra las desvía y son atrapadas en los Cinturones de Van Allen.
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Partículas Cargadas
• En la parte de los polos de la Tierra el
campo magnético es mucho más fuerte y
las partículas cargadas atrapadas
interaccionan con la atmósfera gaseosa
produciendo uno de los más hermosos
espectáculos, las Auroras Boreales
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Auroras Boreales
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Energía Solar• La energía que recibimos
del Sol, hace que nuestro
planeta este vivo, ya que
genera movimiento de las
capas atmosféricas y
corrientes oceánicas
regulando su
temperatura, permitiendo
que nuestro planeta tenga
las condiciones necesarias
para que se desarrolle la
vida.
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Conversión de la energía
• Que después se
transforma en
los diferentes
tipos de energía
(eólica, hidráuli-
ca, etc.).
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El poder de la naturaleza
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El poder de la naturaleza
• Huracanes
• Tornados
• Tifones
• Tormentas Eléctricas
• Marejadas
• Inundaciones
• Incendios
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Energía Solar
• La radiación solar incidente sobre la tierra, parte de ella se absorbe y posteriormente hay una reemisión de radiación de la tierra a la atmósfera
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La Atmósfera
• Nuestro planeta presentauna capa muy delgada deatmósfera que nos envuel-ve, que permite fácilmente
el paso de radiaciones electromagné-ticas (rayos Infrarrojos, rayos Ultravioleta y luz Visible).
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La atmósfera
• La Ionosferasirve deprotección alabsorber lamayor parte dela radiaciónionizante quenos llega delSol.
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La atmósfera
• La capa deOzono sirve deprotección alabsorber lamayor parte dela radiaciónultravioleta quenos llega delSol.
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Onda Electromagnética
• Las radiaciones electromagnéticas son variación de campos eléctricos y magnéticos que viajan a través de una onda.
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Onda
• Las ondas se caracterizan por:
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• La frecuencia es el número de ondas que
pasan por un punto en un segundo.
Frecuencia
• en el caso anterior su frecuencia es de 8 ondas
en 4 segundos, por lo tanto su frecuencia es de
dos ondas por cada segundo.
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Frecuencia
• Matemáticamente se escribiría:
•2 onda o de 2 Hertz
seg• Interpretación:
Dos ondas por cada segundo.
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Frecuencia y Longitud de Onda
• Las ondas electromagnéticas al aumentar
su frecuencia, la longitud de onda
disminuye, ya que al disminuir la longitud
de la onda la cantidad de ondas que
cruzan por un punto es mayor, teniendo
un comportamiento inversamente
proporcional.
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Frecuencia y Longitud de Onda
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Espectro Electromagnético
• Las ondas electromagnéticas se acomodan en
función de su longitud de onda y forman lo que
se conoce como espectro electromagnético:
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Nanómetro
• Un nanómetro es un submúltiplo
del metro y representa:
1 nanómetro = 10-9 metros
1 nanómetro = 0.000,000,001
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Ondas ElectromagnéticasReflexión acerca de las ondas electromagnéticas:
• Las ondas de radio y televisión siendo las menos energéticas a ciertas distancias de kilómetros se va perdiéndose la señal o aparece interferencia.
• Las ondas de radar son de mayor energía tienen más alcance que las ondas de radio.
• Las ondas infrarrojas tienen la capacidad con su energía de hacer que las moléculas aumenten su movimiento (Aumento de Temperatura).
• Las ondas de la luz visible interactúan con los electrones de los átomos y produciendo lo que nuestro sentido de la vista lo percibe como color.
• Las ondas de luz ultravioleta interactúan con los electrones de los átomos dando la suficiente energía para que se puedan producir reacciones químicas.
• Las ondas de los rayos X son interacciones con los electrones más cercanos al núcleo y tienen el poder de atravesar ciertos materiales, utilizándose por ejemplo en la obtención de las radiografías.
• Las ondas gama que pueden generar alteraciones en el núcleo de un átomo.
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Luz Visible• De las ondas electromagnéticas,
un pequeño grupo puede ser
percibido por nuestra vista,
que son las ondas de la zona
visible, que las identificamos desde el color
rojo hasta el violeta, esta zona del espectro
la podemos observar después de un día
lluvioso y brilla el sol, en el horizonte
podemos ver un hermoso arco iris.
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Espectro de luz• Dentro del laboratorio lo podemos obtener
al pasar un rayo luminoso a través de un prisma de cristal:
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Prisma de Agua
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Luz Visible
• Este es el espectro de luz visible que su longitud de onda va desde los 400 a los 700 nanómetros:
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Luz Visible
• Que es toda la gama de colores
que nuestro sentido de la vista
puede percibir:
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 70
Luz Visible
• Donde las ondas de mayor energía son las
violetas y las de menor energía son las rojas,
recordemos que entre mayor sea la longitud de
la onda menor energía y viceversa.
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 71
Rayos Infrarrojos
• Los rayos infrarrojos que también
se reciben del Sol, son radiacio-
nes electromagnéticas que no
pueden ser percibidos por
nuestro sentido de la vista, pero lo detec-
tamos con nuestro sentido del tacto, que
se manifiesta como aumento de
temperatura de nuestro cuerpo.
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 72
Rayos Infrarrojos
• Estos rayos invisibles de menor nivel de energía que la luz visible, los utilizamos en cámaras de video, cámaras fotográficas, controles remotos para el encendido o apagado de equipo electrónico
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 73
E
N
E
R
G
Í
A
Tipo de
Radiación
Alteración
T
A
M
A
Ñ
O
D
E
P
A
R
T
Í
C
U
L
A
Rayos Gama Núcleo
Rayos X Electrones muy
cercanos al núcleo
Rayos
Ultravioleta
Electrones
intermedios del
átomo
Luz Visible Electrones más
externos
Rayos
Infrarrojos
Moléculas
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 74
¿ Pero porque son absorbidos los rayos
infrarrojos por algunas sustancias?
• La radiación electromagnética que
corresponde a los rayos infrarrojos, va a
producir movimientos moleculares:
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 75
Movimientos Moleculares
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Movimientos Moleculares
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Movimientos Moleculares
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Movimientos Moleculares
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Movimientos Moleculares
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Movimientos Moleculares
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Movimientos Moleculares
• Depende de laenergía de los rayosinfrarrojos (Longitudde onda) el tipo demovimiento que va aproducir, ya sea detraslación, vibración orotación, tambiénpodrá ser elmovimiento externo ointerno
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 82
Espectro de luz Infrarroja
• La absorción de las radiaciones infrarrojas
nos permite muchas veces determinar la
estructura de las moléculas a través los
diferentes niveles de energía que
absorbe, a esto le denomina espectro de
absorción infrarroja o espectro de
infrarrojo.
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Espectro de luz infrarroja
3400-3200 cm-1
No presenta OH o NH
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Espectro de luz infrarroja
3100 cm-1
ningún máximo para hacer pensar en
un CH insaturado
Doble o triple enlace
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Espectro de luz infrarroja
2900 cm-1
Cresta fuerte que indica CH
saturado
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 86
Espectro de luz infrarroja
2200 cm-1
ningún enlace triple
asimétrico
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 87
Espectro de luz infrarroja
1710 cm-1
Fuerte absorbancia del grupo
carbonilo (Carbono Oxígeno)
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 88
Espectro de luz infrarroja
1610 cm-1
Ninguna absorción para hacer pensar
en dobles enlaces carbono –
carbono.
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 89
Espectro de luz infrarroja
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 90
Efecto Invernadero
• El bióxido de carbono presente absorbe
más cantidad de luz
infrarroja, acumulando una mayor
cantidad de energía térmica, la cual al
momento de bajar la temperatura esta
empezará a liberarse haciendo que en la
superficie de la Tierra tenga una
temperatura mayor, que si solamente
estuviera en la atmósfera el aire
(Nitrógeno y Oxígeno).
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 91
Aumento de Bióxido de Carbono
• Quema de Combustibles
(petróleo, carbón, gas, etc.)
• Tala de Bosques que disminuye el
proceso de la fotosíntesis.
• Aumento de la temperatura atmosférica
que favorece los incendios forestales.
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 92
Gases de invernadero
Los principales gases responsables del aumento
de la temperatura en la Tierra son:
– CO2
– H2O
– O3
– CH4
– Cloro-Fluoro Carbonos
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 93
Efecto Invernadero• Se compara la
influencia de laatmósfera terrestrecon un invernaderoy los gases queforman laatmósfera de laTierra sirven comolas paredes decristal de uninvernadero paramantener el calor
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 94
Efecto Invernadero
• El efecto invernadero es producto de la
absorción de los rayos infrarrojos procedentes
del Sol y que se absorben por el Bióxido de
Carbono presente en la atmósfera.
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 95
Contaminación
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 96
Consecuencias
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 97
¿ Que se puede hacer ?
• Asumir una conciencia ecológica
para combatir la contaminación
de nuestro planeta, ya que la
solución es a partir de todos los
que habitamos en la Tierra
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 98
¿ Te gusta el paisaje ?
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 99
Cuidar nuestro planeta
• Actualmente se mantiene una
vigilancia muy estrecha de lo que
sucede en la Tierra y verificando
los niveles de temperatura, así
como las concentraciones de
bióxido de carbono presentes en
la atmósfera.
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 100
Concentración de CO2
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 101
Emisión por país de CO2
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 102
Emisión por país de CO2
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 103
Emisión por país de CO2
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 104
Temperaturas del Planeta
México D.F. a 31 de Agosto del 2001 I.Q. Ramón Monreal Vera Romero CDYPSE 105
FIN