L'Energia i els seus Canvis: Tipus, Fonts i Transformacions

L'Energia

Un Univers Canviant

Vivim en un univers canviant. Al llarg del temps, els éssers humans, com tots els cossos que ens envolten, canviem. Un cos experimenta un canvi si alguna de les seves propietats o el seu estat de moviment no són els mateixos que tenien en un moment anterior.

Canvis Físics

Quan un cos es deforma, es trenca, es contreu, es dilata o experimenta canvis en l'estat d'agregació de la matèria (sòlid, líquid i gasós), diem que té lloc un canvi físic.

Canvis Químics

Quan en un cos té lloc una reacció química i algunes de les substàncies que el componen es transformen en altres substàncies, diem que s'ha produït un canvi químic.

Canvis de Moviment

Quan un cos es posa en moviment, s'atura, augmenta de velocitat -és a dir, experimenta una acceleració-, diem que ha experimentat un canvi en el seu moviment.

L'Energia i els Canvis

Els canvis que experimenta un cos depenen de la seva interacció amb altres cossos.

• Els canvis forçats (que no succeeixen per si sols) tenen lloc quan dos cossos interaccionen i intercanvien energia.
• Els canvis espontanis (que succeeixen per si sols) es produeixen quan un cos utilitza l'energia de què disposa.

Dos Tipus d'Energia

• Energia cinètica: L'energia cinètica s'associa al moviment, ja sigui dels cossos o de les partícules que els formen. Aquesta energia és més gran com més grans són la massa i la velocitat.
• Energia potencial: L'energia potencial d'un cos és la que es deu a la seva composició, a la seva posició i a la seva forma. S'emmagatzema i pot ser alliberada.

Formes d'Energia

• Energia mecànica: És l'energia relacionada amb el moviment d'un cos (energia cinètica) i amb l'altura a la qual es troba (energia potencial gravitatòria).
• Energia química: Els àtoms estableixen enllaços entre ells, on emmagatzemen un tipus d'energia potencial: l'energia química.
• Energia sonora: El so és una ona o vibració de la matèria que transmet una forma d'energia cinètica: l'energia sonora. Aquestes ones no es propaguen en el buit.
• Energia elèctrica: L'energia elèctrica s'associa a les càrregues elèctriques i pot ser cinètica (si estan en moviment, com en un circuit) o potencial (si estan emmagatzemades, com en un condensador).
• Energia tèrmica: La matèria es compon de partícules que es troben en continu moviment. Per això, la matèria té una energia cinètica anomenada energia tèrmica. Aquesta energia està relacionada amb la temperatura.
• Energia nuclear: Els àtoms es componen d'un nucli i un núvol d'electrons. El nucli està format per protons i neutrons que es mantenen units per una energia de tipus potencial: l'energia nuclear.
• Energia radiant: L'energia radiant s'associa a les ones electromagnètiques com la llum, els raigs X o les microones. Aquestes ones poden viatjar a través de l'espai buit.
• Energia magnètica: L'energia magnètica és l'energia que s'associa als cossos amb propietats magnètiques, com els imants.

L'Energia Mecànica (Em)

• Energia cinètica: Un cos que es mou amb certa velocitat (respecte a altres cossos) té energia cinètica (Ec).
• Energia potencial gravitatòria: Un cos que es troba a una determinada altura respecte al terra té un tipus d'energia potencial relacionada amb la gravetat de la Terra: energia potencial gravitatòria (Ep).

L'energia mecànica ens fa comprendre els moviments dels cossos: Em = Ec + Ep

Treball i Calor

El treball i la calor no són formes d'energia: un cos no pot acumular treball ni calor.

Càlcul del Treball d'una Força

Una força no realitza treball si el cos sobre el qual actua no es desplaça, o si el desplaçament és perpendicular a la força (W = F x d).

Utilització d'Energia

Com que l'energia útil disponible és limitada i es degrada quan s'utilitza, és necessari consumir-la de manera responsable.

Màquines Simples

Una màquina és un dispositiu que transforma, transfereix o transporta l'energia per aconseguir un fi determinat.

• Palanca: Una palanca és una barra rígida que pivota i gira sobre un punt fix.
• Pla inclinat: És una superfície plana que forma cert angle amb l'horitzontal del terra.
• Roda: Una roda és una peça circular que gira al voltant d'un eix.
• Tascó: El tascó és una peça rígida de secció triangular.
• Politja: Una politja és una roda acanalada per la qual passa una corda o cadena.
• Cargol: Un cargol és una peça cilíndrica amb una rosca i un cap.

Rendiment Energètic d'una Màquina

El rendiment energètic d'una màquina és la relació percentual entre l'energia útil que proporciona i l'energia que consumeix.

Fonts d'Energia

Anomenem fonts d'energia els recursos materials o processos dels quals extraiem energia útil per a les activitats humanes.

Fonts d'energia i formes d'energia útil:

• Combustibles fòssils: energia química
• Substàncies radioactives: energia nuclear
• Aigua: energia mecànica
• Vent: energia mecànica
• Sol: energia radiant
• Calor de la Terra: energia tèrmica
• Marees: energia mecànica
• Biomassa: energia química

Fonts d'Energia No Renovables

Les fonts d'energia no renovables són recursos que es troben a la natura de forma limitada i es poden arribar a esgotar.

Fonts d'Energia Renovables

Les fonts d'energia renovables són recursos i processos naturals que podem utilitzar sense arribar a esgotar-los.

Calor i Temperatura

Calor i Temperatura

En el llenguatge quotidià utilitzem els termes calor i temperatura gairebé com a sinònims. Tanmateix, en l'àmbit científic són conceptes molt diferents.

El Model Cineticocorpuscular i el Model d'Energia

Segons el model cineticocorpuscular, tota la matèria està formada per partícules en moviment continu.

Segons el model d'energia, les partícules tenen energia cinètica pel simple fet d'estar en moviment.

L'energia tèrmica (Et) d'un cos és la suma de les energies cinètiques (Ec) de totes i cada una de les partícules.

Em = Energia mecànica (kg)

Ec = Energia cinètica (1/2 * m * v²)

Ep = Energia potencial gravitatòria (m * g * h)

W = Treball (F * d)

F = Força

d = Desplaçament

Rendiment = (E.útil / E.consumida) * 100

m = massa

v = velocitat

g = gravetat (9,8 m/s²)

h = altura