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
L’energia és una magnitud física, ja que es pot mesurar, encara que sigui de manera indirecta.
Les principals característiques de l’energia són:
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.
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
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.
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.
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.
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:
g = gravetat
h = alçada
3.2. L’energia del moviment. L’energia cinètica.
v = velocitat
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:
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.
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
Més informació al document: http://www.xtec.cat/~jpere239/4tESO/Apunts/TeoTreball.pdf
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
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
Més informació al document: http://www.xtec.cat/~jpere239/4tESO/Apunts/TeoTreball.pdf
