Treball i energia

1. DEFINICIONS:

-Treball (mecànic) es defineix com el producte de la força aplicada per la distància desplaçada

W = F · s

On:

W és el treball en [J]

F és la força aplicada en [N]

s és l'espai recorregut en [m]

-Energia és la capacitat de realitzar un treball. Les unitats són [J] ó [kW · h] (en electricitat)

1 [kW · h] = 1000 [W · h] = 1000 · 3600 [W · s] = 3,6 · 106 [J]

L'energia es gasta en fer un treball, però també hi ha pèrdues en un sistema no ideal

-Rendiment: (η) Relació entre el treball útil que fa un sistema i l'energia que s'aplica.

η = Wu / Ec

On:

η és el rendiment (en tant per u o en %)

Wu és el treball útil en [J]

Ec és l'energia consumida en [J]

-Potència és l'energia que rep o treball que dona un sistema, per unitat de temps. És el ritme de creació de treball o absorció d'energia.

P = W / t

On:

P és la potència en [w]

W és l'energia en [J]

t és el temps en [s]

Hi ha una altra unitat de potència, el Cavall de Vapor ([CV]): 1 [CV] = 735 [w]

Com que:

η = Wu / Ec

Pu = Wu / t

Pc = Ec / t

η = Pu / Pc

Exercici:

Quin rendiment té el carregador del teu portàtil si a la sortida mesurem 20 [v] i 2 [A]?

---

2. FORMES D'ENERGIA:

• Potencial (objectes immersos en camps elèctrics, magnètics, gravitacionals.)
• Cinètica (objectes en moviment).
• Mecànica (la suma de l'energia potencial i cinètica)
• Tèrmica o interna (A causa del moviment de les molècules): El treball i la calor poden produir canvis en aquesta energia interna. La calor també es pot mesurar en calories (1 [cal] = 4,18 [J]). Els tipus de transferències de calor són:

• Conducció (Als sòlids)
• Convecció (Als fluids)
• Radiació (Al buit)
• Energia química (A l’àmbit dels àtoms). Reaccions químiques: Endotèrmiques (prenen calor) i Exotèrmiques (donen calor).
• Energia elèctromagnètica (A l’àmbit del moviment dels electrons del nucli de l’àtom). Recordatoris: P = V · I  V = R · I En general elèctrica.
• Energia nuclear (A l’àmbit dels nuclis atòmics). Tipus de reaccions nuclears:

• Fissió nuclear (trencament d’un àtom pesat en uns de més lleugers)
• Fusió nuclear (juntament d’àtoms lleugers per fer-ne un de més pesat)

L'energia nuclear en centrals fa servir la famosa relació entre massa i energia d'Albert Einstein,

E=m · c²  

(on m és la massa en [kg] i c és la velocitat de la llum = 3 · 10⁸ [m/s])

• Energia radiant (A l’àmbit de les ones electromagnètiques)

• Energia sonora (A l’àmbit de les molècules d’un medi vibrant): Energia cinètica de la vibració de les molècules d’un medi

---

3. TRANSFORMACIONS ENERGÈTIQUES

L'energia no es crea ni es destrueix, es transforma. En el cas que no contribueixin més forces que les conservatives (gravitacional, electromagnètica, etc), l'energia es conserva.

Si hi ha forces externes o calor, l'increment o disminució de l'energia mecànica bé donada pel treball fet sobre el sistema, o la calor absorbida o cedida en aquest sistema.

ΔEnergia = treball de les forces externes + calor

Les pèrdues poden ser de tipus mecànic (fricció, frens...), per mal aïllament tèrmic, o per la mateixa constitució del procés que necessita utilitzar part de l'energia per fer un cicle de forma continuada (p. ex. en una central tèrmica cal utilitzar part del treball de les turbines per bombejar l'aigua de nou a la caldera).

---

4. CLASSIFICACIÓ DE LES FONTS D'ENERGIA

1. En funció de la seva naturalesa:

- Primàries: Es troben a la natura, com la llenya, l'aigua, el carbó, el petroli, etc.

- Secundàries: S'obtenen a partir de les fonts primàries, com l'electricitat o la benzina.

2. En funció de les reserves disponibles:

- Renovables. N'hi ha il·limitades, perquè es regeneren contínuament. Són les que provenen del Sol, del vent, de la biomassa, dels residus sòlids, del mar i de l'aigua dels rius.

- No renovables o exhauribles. Les reserves són limitades. Són el carbó, el petroli, el gas natural i l'urani.

3. En funció del grau d'utilització:

- Convencionals. Aquelles a partir de les quals es produeix la major part d'energia consumida per la societat: petroli, gas natural, carbó, hidroelèctrica, nuclear.

- No convencionals. Aquelles a partir de les quals es produeix una petita part de l'energia total consumida per la societat, solar, eòlica, mareomotriu...

Més informació: www.ambientech.org