Conceptes Essencials de Tecnologia: Energia, Màquines i Fórmules

Conceptes Essencials de Tecnologia

Tipus i Formes d'Energia

• Energia segons la font: solar, hidràulica, nuclear, geotèrmica, fotovoltaica, eòlica.
• Formes d'energia: mecànica, tèrmica, química, nuclear, radiant, elèctrica.

Definició d'Energia: Qualsevol cosa que és capaç de fer canvis.

Unitats de Mesura de l'Energia

• Joule (J)
• Quilocaloria (kcal)
• Quilowatt-hora (kWh)

Classificació de les Energies

Segons l'Origen

Segons l'Ús

Màquines Simples que Augmenten la Força

1. Palanca

   Tipus de Palanca:

   • 1r grau: El punt de suport es troba entremig de la força i la resistència. Exemple: balança.
   • 2n grau: La resistència està al mig. Ofereix avantatge mecànic, amb poca força es pot vèncer una gran resistència. Exemple: trencanous.
   • 3r grau: La força està al mig. Exemple: pinces.

2. Politges i Polispasts

   • Politja: Màquina simple que permet aixecar càrregues.
   • Polispast: Combinació de politges.

3. Torn

   El torn és una màquina simple que funciona com una palanca de primer grau.

4. Pla Inclinat

   El pla inclinat és una rampa que permet elevar objectes amb menys esforç.

5. Tascó

   El tascó és un doble pla inclinat.

6. Cargol

   El cargol és un pla inclinat enrotllat al voltant d'un cilindre.

Màquines Simples que Transmeten Moviment

1. Engranatges

   • Les dents de les rodes són iguals (en engranatges simples).
   • Roden en sentit contrari.

2. Corretja

   La corretja connecta dues politges per transmetre moviment.

3. Cadena

   La cadena s'utilitza amb rodes dentades (pinyons) per transmetre moviment.

4. Cargol Sense Fi

   El cargol sense fi és un cargol que, en cada volta, fa avançar una dent d'una roda dentada.

Màquines Simples que Transformen el Moviment

De Moviment Circular a Lineal

1. Pinyó-Cremallera

   El sistema pinyó-cremallera transforma el moviment de gir del pinyó en un desplaçament lineal de la barra.

2. Cargol-Femella

   La femella es desplaça linealment sobre el cargol.

De Moviment Circular a Alternatiu

1. Biela-Manovella

   El sistema biela-manovella transforma un moviment circular en alternatiu.

2. Excèntrica

   L'excèntrica converteix el moviment circular en alternatiu.

3. Cigonyal

   El cigonyal transforma el moviment circular en alternatiu.

4. Lleva-Seguidor

   El sistema lleva-seguidor transforma el moviment de gir en moviment lineal alternatiu.

Màquines Tèrmiques

De Combustió Externa

Exemple: Màquines de vapor.

De Combustió Interna

1. Motor de Quatre Temps

   Fases: admissió, compressió, explosió, escapament.

2. Motor de Dos Temps

   Fases: compressió-explosió, escapament-admissió.

Fórmules i Càlculs Essencials

Equivalències Energètiques

• 1 kcal = 4180 J = 4,18 kJ
• 1 kWh = 3.600.000 J = 3600 kJ = 3,6 MJ

Exemple de Conversió d'Energia

Problema: Per escalfar el menjar fan falta 1000 kcal. Quants joules (J) necessitem?

Resolució:

• 1 kcal → 4180 J
• 1000 kcal → x J
• x = 1000 * 4180 = 4.180.000 J

Potència Elèctrica

P = V · I

Unitats: Watts (W) = Volts (V) · Ampers (A)

Exemple de Càlcul de Potència

Problema: Si tenim un aparell que funciona a 220 V i la intensitat és de 2 A, quina potència (P) tindrà?

Resolució:

P = 220 V · 2 A = 440 W

Transformador

V₁ · I₁ = V₂ · I₂

Fórmula de Palanques

F · Bf = R · Br

On: F = Força, Bf = Braç de la força, R = Resistència, Br = Braç de la resistència.

Exemple de Càlcul amb Palanques

Dades:

• F = ?
• Bf = 2,3 m
• R = 100 N
• Br = 1 m

Càlcul:

• F · 2,3 = 100 · 1
• F = 100 / 2,3
• F ≈ 43,48 N

Fórmula de Politges i Polispasts

F = R / (2 · n)

On: F = Força, R = Resistència, n = nombre de politges mòbils.

Exemple de Càlcul amb Politges

Dades:

• F = ?
• R = 100 N
• Nombre de politges mòbils (n) = 1

Càlcul:

• F = 100 / (2 · 1)
• F = 50 N

Fórmula del Torn

F · Bf = R · Br

Exemple de Càlcul amb Torn

Dades:

• F = ?
• Bf = 1,2 m
• R = 100 N
• Br = 1,4 m

Càlcul:

• F · 1,2 = 100 · 1,4
• F = 140 / 1,2
• F ≈ 116,67 N

Fórmula del Pla Inclinat

F · b = R · a

On: F = Força, b = longitud del pla inclinat, R = Resistència, a = altura.

Exemple de Càlcul amb Pla Inclinat

Dades:

• R = 8000 N
• a = 1 m
• b = 2 m
• F = ?

Càlcul:

• F · 2 = 8000 · 1
• F = 8000 / 2
• F = 4000 N

Fórmula d'Engranatges

Z₁ · W₁ = Z₂ · W₂

On: Z = nombre de dents, W = velocitat (revolucions per minut, rpm).

Exemple de Càlcul amb Engranatges

Dades:

• Z₁ = 12 dents
• W₁ = 1 rpm
• Z₂ = 6 dents
• W₂ = 2 rpm

Comprovació:

• Z₁ · W₁ = 12 · 1 = 12
• Z₂ · W₂ = 6 · 2 = 12
• Els valors coincideixen, la relació és correcta.

Fórmula de Corretges

D₁ · W₁ = D₂ · W₂

On: D = diàmetre de la politja, W = velocitat angular de la politja.

Exemple de Càlcul amb Corretges

Dades:

• D₁ = 9 unitats
• W₁ = 100 rpm
• D₂ = 3 unitats
• W₂ = ?

Càlcul:

• 9 · 100 = 3 · W₂
• 900 = 3 · W₂
• W₂ = 900 / 3
• W₂ = 300 rpm

Fórmula de Cadenes

Z₁ · W₁ = Z₂ · W₂

On: Z = nombre de dents, W = velocitat angular.

Relació de Transmissió

r = W_conduïda / W_motriu

On: W_conduïda = velocitat de la roda conduïda (rep el moviment), W_motriu = velocitat de la roda motriu (genera el moviment).

Cilindrada

V = π · r² · h

On: V = volum, r = radi del cilindre, h = altura.