Treball, Energia i Calor: Conceptes i Fórmules de Física

Treball, Potència i Rendiment

W = F · d. El treball (W) s'expressa en joules (J). Es defineix el treball físic com el producte de la força per la distància en la seva direcció. La F és la força i la d és la distància en metres. 1 Joule és el treball que fa una força d’1 N per moure un objecte al llarg d’1 metre, sempre que estiguin en la mateixa direcció.

La potència es defineix com el treball o l’energia per unitat de temps: P = (W / t) = (E / t).

El rendiment (η) és la relació entre la potència (o energia) útil i la consumida: η = [P_útil / P_cons.] = [E_útil / E_cons.] (%).

Energia Cinètica i Potencial

Energia cinètica (E_c): És una energia que tenen els cossos pel simple fet d’estar en moviment (tot allò que té massa i porta una velocitat). E_c = ½ · m · v².

Energia potencial gravitatòria (E_p): La tenen tots els cossos que estan dins d’un camp gravitatori (depèn de la seva massa i de la seva altura). E_p = m · g · h.

Principi de Conservació de l'Energia

Un dels principis generals de la física ens diu que l’energia total d’un sistema ni es crea ni es destrueix, sempre es conserva. Per tant, podem passar d’una forma d’energia a una altra indistintament.

La Calor i la Termodinàmica

La calor (Q) és una energia en trànsit que passa d’un cos calent (de major temperatura) a un altre de més fred (o de menor temperatura). La calor es mesura en unitats d’energia: Joules (J) o Calories (cal). (1 cal = 4,18 J o 1 J = 0,24 cal).

La calor només es cedeix o s’absorbeix; per tant, no té sentit dir que un cos té molta o poca calor, només es pot parlar que perd o guanya calor. La fórmula és: Q = m · c_e · ΔT o m · c_e · (T_f – T_i), on:

• Q = calor
• m = massa
• c_e = calor específica
• ΔT = increment de temperatura (Kelvin)

Definició de calor específica: Energia necessària per pujar una determinada unitat de massa un grau de temperatura. Per als canvis d'estat s'utilitza la fórmula: Q = m · L.

Transmissió de la Calor

• Radiació: Es propaga a través de l’espai mitjançant raigs infrarojos. Tots els cossos que tenen alguna temperatura emeten aquesta radiació (com el funcionament de les càmeres de visió nocturna).
• Conducció: Es propaga per contacte. L’energia cinètica de les partícules escalfades comunica el seu moviment o vibració a les partícules del costat.