Omet navegació

1. Energia i unitats

Durant l'època medieval l'energia d'origen animal per fer els treball va ser única disponible fins que al segle XVIII va tindre lloc la revolució industrial que va introduir la maquina de vapor.

Sínia amb rucs maquina de vapor

En ambdos casos tant les maquines com els éssers vius consumeixen energia per fer un treball.

Definim energia: És la capacitat d'un cos per produir transformacions i fer un treball.

Els éssers vius consumeixen aliments, els transformen en energia i la utilitzen per fer un treball, ja siga moure un baló o moure una sínia per traure aigua, o pensar les respostes d'un examen. 

Formes d'energia.

A més a més de la forma d'energia animal, avui en dia s'utilitzen les següents formes d'energia.

Energia mecànica: L'energia mecànica d'un cos és la suma de les seves energies, cinètica i potencial. L'energia cinètica és l'energia que té un cos que es mou. L'energia potencial és la que té un cos que està a una certa altura del terra i pot caure fent un treball o la que té un moll comprimit que es pot desenrotllar fent un treball. Per això quan un cotxe xoca contra una paret li cedeix energia mecànica fent el treball de trencar la paret.

Pèndul amb energia mecànica

 

 

 

 

 

 

Equivalent energètic de la calor:

Abans de 1797 es pensava que la calor i l'energia eren conceptes diferents, fins que Benjamint Thompson observà que al foradar canons per fricció l'aigua amb que es refredaven entrava en ebullició, i va presentar un estudi que va llegir James Prescott Joule el 1840, en que va fer l'experiment següent per mesurar la relació entre la quantitat de calor i l'energia mecànica.

Aparell de Joule
Harper's New Monthly Magazine, No. 231, August, 1869. Aparell de Joule (Domini públic)

Al moure la manovella i pujar el pes, es gastava una energia mecànica que es podia mesurar, i al mateix temps aquesta energia es transferia en forma de calor per les aspes a l'aigua. que augmentava la temperatura. En particular Joule havia experimentat sobre la quantitat de treball mecànic generat per fricció necessari per elevar la temperatura d'una lliura d'aigua en un grau Fahrenheit i es va trobar un valor constant de 772,24 lliures força peu (4,1550 J/Cal). Joule va sostenir que el moviment i la calor eren mútuament intercanviables i que, en tot cas, una determinada quantitat de treball podria generar la mateixa quantitat de calor. En la decada de 1920 aquest valor es va deixar en un valor de 4,1860 J/Caloria que emprem des de llavors.

Energia elèctrica: És l'energia associada al corrent elèctric. Aquesta energia alimenta qualsevol aparell que endollen al corrent elèctric, un tren elèctric, un aparell d'aire condicionat, una estufa, un ventilador, un cotxe elèctric, una llanterna, etc. 

endoll elèctric

 

 

 

 

Energia electromagnètica: És l'energia transportada per les ones electromagnètiques com ara ones de radio, TV, la llum del Sol, els raigs X de les plaques mèdiques o els que arriben del Sol , els raigs gamma que ixen del Sol i que són aturats a l'atmosfera.

 Sol Terracorona del Sol

 Energia sonora: Està associada a les ones de so que es propaguen a l'aire, a l'aigua, o dins d'un metall. La velocitat de propagació varia depenent del medi pel qual viatja la vibració sonora. El so a l'aire, a 0 °C,  viatja a una velocitat de 331 m/s i si puja 1 °C la temperatura, la velocitat del so augmenta en 0,6 m/s. En l'aigua (a 25 °C) és de 1.493 m/s. En l'acer és de 5.100 m/s. El buit, l'espai entre planetes sense aire, no transmet el so. 

Avió trencant barrera del So

 

 

 

 

 

Energia química: L’energia química és la capacitat d'una substància química per experimentar una transformació a través d'una reacció química o, el és el mateix transformar-se en unes altres substàncies químiques. Formar o trencar enllaços químics implica guanayar o perdre energia, la qual pot o bé ser absorbida per fer un treball. Un cas particular és l'energia metabòlica dels aliments que absorbeixen els éssers vius durant la digestió i la respiració i utilitzem per fer qualsevol treball físic o intel·lectual. 

Reactius químics en ampolles

 

 

 

 

 

 

 

Energia nuclear: És l'energia que uneix les partícules que formen el nucli dels àtoms de cada element químic i que s'obté en modificar aquests nuclis per mitjà de certes reaccions nuclears. Una reacció nuclear és aquella en que el nucli atòmic d'un element resulta modificat, ja sigui alterant-se el seus nivells d'energia, passant a esdevenir un nucli diferent per que s'ha dividit en dos o més fragments (fissió), o bé per que s'ha unit a un segon nucli (fusió). Alguns d'aquests processos es donen espontàniament a la natura en alguns àtoms, i de vegades poden provocar-se mitjançant tècniques com ara el bombardeig amb substancies radioactives. La principal característica d'aquesta font d'energia és l'alta quantitat d'energia que pot alliberar per unitat de massa del combustible utilitzat en comparació amb qualsevol altra emprada per l'ésser humà i el temps que en mantenen actius els residus de forma potencialment perillosa.

reactor nuclear

 

 

 

 

 

Energia tèrmica: És l'energia alliberada en forma de calor. Pot ser obtinguda de la naturalesa, a partir de l'energia química, mitjançant una reacció que desprenga calor, com la combustió d'algun combustible; per una reacció nuclear de fissió que produeix vapor a 300 ºC ; mitjançant energia elèctrica l'escalfament dels cables conductor o efecte Joule; per fregament; per concentració dels raigs del Sol (s'anomena solar tèrmica); etc...  

solar tèrmica

 

 

 

 

 

 

Unitats de mesura.

La unitat de mesura és el joule (J),  és la unitat d'energia, quantitat de calor i treball en el Sistema Internacional d'Unitats. Va ser anomenada així en honor del físic anglès James Prescott Joule (1818 – 1889). Es tracta d'una unitat derivada que es defineix com el treball que fa una força d'un newton quan el punt on s'aplica es desplaça un metre en la direcció de la força. En termes d'unitats bàsiques del SI s'expressa en quilogram per metre quadrat dividit entre segon al quadrat:

joule

 

Antigament s'utilitzava la caloria que es manté de forma arcaica per mesurar l'energia dels aliments. La equivalència és 1 cal = 4,18 J

També s'utilitzen múltiples com  el kilojoule  (KJ) que equival a 1000 J, 1 KJ = 1000 J    ,  1 Kcal = 1000 cal.

 Si volem canviar de unitat utilitzarem factors de conversió, veiem alguns exemples:

Exemple 1

 

Exemple2

 

Exemple3