Tota la matèria que ens envolta s'ha format mitjançant innombrables reaccions químiques, i tots els éssers vius i també l'home vivim i disposem de bens de consum gràcies a les reaccions químiques.

diumenge, 7 de juny de 2015

ENERGIA I TREBALL


1. Què és l’energia?

Sovint sentim anomenar la paraula energia: l’energia del petroli, del Sol, l’energia que els aliments ens proporcionen per viure… Però què és en realitat? L’energia és allò que ajuda a crear nous materials i canviar el seu estat físic, per altra banda, ens permet deformar els objectes i modificar el seu estat de moviment, i també, fer qualsevol tipus de treball. 

L’energia és una magnitud física, ja que es pot mesurar, encara que sigui de manera indirecta.


Les principals característiques de l’energia són:
 
  • Pot transferir d’uns sistemes a uns altres. 
  • Pot ser emmagatzemada i transportada. 
  • Es conserva. 
  • Es degrada. 
Una de les característiques de l’energia més importants és que es transforma. Així ocorre en les situacions següents: l’energia de combustió del motor de la moto aquàtica es transforma en energia cinètica, l’energia del vent produeix el moviment dels cossos al mar, l’energia química dels aliments es transforma en energia que podem utilitzar per a les nostres activitats quotidianes, … i així passa en qualsevol procés en què es manifesta l’energia.

Però de quina manera podem percebre que hi ha energia? Entra al següent enllaç i llegeix l'apartat referent a transferència d'energia.


Aquí tens també alguns exemples de com es transfereix l'energia: 
http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/transformaciones.htm?3&0



2. Les unitats de mesura de l’energia.


La unitat de mesura del Sistema Internacional de mesura (SI) és el Joule (J).  Com que aquesta quantitat d’energia és molt petita es fan servir múltiples d’aquesta: 1 mega Joule (M J) = 1.000.000 joules.

Cerca les equivalències amb altres unitats de mesura de l'energia que també es fan servir al següent enllaç: http://ca.wikipedia.org/wiki/Joule


3. Manifestacions de l’energia.

3.1. L’energia de la posició. L'energia potencial 

De vegades, les forces que actuen sobre un cos depenen de la seva posició.
En aquests casos, la posició porta associada una energia que s’anomena energia potencial, que és la que tenen els cossos pel fet d’estar situats a una altura determinada.  Per exemple, un cos situat a una certa alçada, capaç de caure més avall, té una energia potencial gravitatòria relacionada amb el pes i l’alçada que pot calcular-se amb l’expressió següent:

Ep=m · g · h

m = massa del cos
g = gravetat
h = alçada

El valor de l’energia potencial depèn de la massa del’objecte, de l’alçada relativa a la que es trobi i de l’acceleració de la gravetat (g) que té un valor constant de 9,8 m/s2
És  aquesta energia potencial la que s’acumula a les aigües d’un embasament i posteriorment es transforma en electricitat mitjançant les turbines i els alternadors de la central hidroelèctrica.


3.2. L’energia del moviment.  L’energia cinètica.


Quan un cos amb una determinada massa es mou, es diu que té una energía anomenada energia cinètica.
L’energia cinètica d’un cos depèn tant de la seva massa com de la seva velocitat, i pot calcular-se amb aquesta expressió:

Ec=1/2 · m · v2

m = massa del cos
v = velocitat

És més gran com més gran sigui la velocitat i la massa de l’objecte en qüestió.  Si es compara un cotxe en moviment amb una bicicleta que porti la mateixa velocitat, el cotxe tindrà més energia cinètica perquè té més massa. Així mateix, també el cotxe necessita més energia que la bicicleta per adquirir la mateixa velocitat.
Quan un cotxe xoca, l’energia cinètica deforma la planxa i, finalment, es transforma en energia tèrmica.

Els ocupants d’un vehicle en moviment porten la seva mateixa velocitat i, per tant, tenen també energia cinètica. Els seients, els coixins de seguretat i els cinturons són els encarregats d’absorbir-la en cas d’accident. Els fabricants d’automòbils els dissenyen de manera que en cas d’accident la deformació dels vehicles sigui prou gran per a poder absorbir l’energia, i controlen els punts per on es deformen per a protegir els ocupants. 



3.3. L’energia mecànica.

Sovint l’energia cinètica es transforma en algun tipus d’energia potencial i a l’inrevés. L’aigua de l’embassament d’una central hidroelèctrica emmagatzema energia potencial que es transforma en energia cinètica quan passa a través de les turbines situades a peu de presa. En les muntanyes russes l’energia potencial es converteix en cinètica a les baixades, mentre que es produeix el procés invers a les pujades.

Aquestes nombroses transformacions fan que es defineixi l’energia mecànica d’un cos com la suma de l’energia cinètica i de les energies potencials que tingui.


4. Conservació i degradació de l’energia.

Però l’energia sempre es conserva, no hi ha pèrdudes, d’una forma d’energia es transforma en una altra?

Fins ara hem vist que l’energia passa d’un cos a un altre i només canvia la forma que pren. Sempre que un cos perd energia n’hi ha un altre que en guanya.  A la natura existeix elprincipi de conservació de l’energia:
“L’energia no es crea ni es destrueix, només es transfereix o es transforma.”
“L’energia total de l’Univers es manté constant”.
La teoria de la relativitat formulada per Einstein estableix una equivalència entre massa i energia i permet explicar les conversions de massa en energia que tenen lloc en les reaccions nuclears.  En aquest vídeo en Beakman explica la teoria de la relativitat d’Albert Einstein.
L’energia es conserva, però la realitat demostra que després de cada transformació és més difícil aconseguir noves transformacions aprofitables.  Per tant, quan un tipus d’energia es transforma en un altre no ho fa en la seva totalitat. Gairebé sempre hi ha una pèrdua d’energia que pot ser en forma de calor que es transforma en energia interna. L’energia es degrada.

Qualsevol tipus d’energia pot transformar-se íntegrament en calor; però, aquest no pot transformar-se íntegrament en altre tipus d’energia. Es diu, llavors, que la calor és una forma degradada d’energia. En són exemple:

  • L’energia elèctrica, al passar per una resistència.
  • L’energia química, en la combustió d’algunes substàncies.
  • L’energia mecànica, per xoc o fregament.
Com que en totes les transformacions energètiques una part de l’energia es transforma inevitablement en energia en forma de calor, podem considerar que l’energia es degrada i que l’Univers s’escalfa, encara que la quantitat d’energia-matèria romangui constant.

4.1 Principi de conservació de l’energia mecànica.

L’energia mecànica d’un cos, és la suma de l’energia cinètica i potencial d’aquest cos. 
Em = Ec + Ep

Si no es tenen en compte les forces de fricció, l’energia mecànica es conserva; això vol dir que sempre val el mateix, és a dir, el seu valor es manté constant.

Imagina un cos situat a una certa altura, que està aturat i té una energia mecànica de 100J. Aquests 100J són en forma d’energia potencial, ja que la cinètica, al no tenir velocitat, és nul·la. Si es deixa caure, va perdent alçada i, per tant, perd energia potencial; al mateix temps, durant la caiguda, el cos va guanyant velocitat, la qual cosa vol dir que guanya energia cinètica, de manera que la suma d’aquestes dues energies continua sent 100 J.

En el moment què el cos arriba a terra, l’alçada és zero i, en conseqüència, l’energia potencial és nul·la i tota l’energia que té el cos és cinètica què en aquesta posició val 100J.  

Observa el moviment d'aquest pèndul: http://www.educaplus.org/play-128-conservaci%C3%B3n-de-la-energ%C3%ADa-en-el-p%C3%A9ndulo.html


Si es té en compte la força de fricció amb l’aire, hi haurà una pèrdua d’energia.

Imagina que en el cas de l’exemple anterior, durant la caiguda, a causa de la fricció amb l’aire es perden 20 J d’energia.  En arribar a terra, el cos tindrà únicament 80 J (100J – 20J) en forma d’energia cinètica.

5. Què és el treball?

Hem vist les diferents formes en què es pot manifestar l'energia mecànica, tanmateix, no hem parlat que per a què hi es produisca energia, cal d'una màquina o motor que realitze un treball. Però què és el treball




ACTIVITAT FINAL

Entra al següent enllaç i realitza l'autoavaluació en l'apartat situat a la barra inferior de la pàgina "averigua lo que sabes" (recorda anotar les qüestions i les respostes a un full): http://www.librosvivos.net/smtc/homeTC.asp?TemaClave=1183

Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada

ALGUNES COSES PERSONALS...