Post on 22-Jul-2015
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 2
Extret de: http://tecnobloc.wordpress.com/tecnologia-industrial-1/
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 3
Extret de: http://tecnobloc.wordpress.com/tecnologia-industrial-1/
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 4
Extret de: http://tecnobloc.wordpress.com/tecnologia-industrial-1/
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 5
ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA
• Si considerem que l’univers està format per matèria i energia, la matèria
serà la substància dels elements de l’Univers, i l’energia és allò que
dóna vida a la substància, és a dir, allò que produeix els canvis en la
matèria.
ENERGIA
• L’energia (E) és, doncs, la capacitat que tenen els cossos
per realitzar treball. La seva unitat és el Joule (J).
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 6
ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA
TREBALL
• Pel que fa al treball, sovint anomenem treball a la realització de
qualsevol activitat que comporta un esforç físic o intel·lectual. Ara bé,
des del punt de vista físic, per poder parla de treball és necessari que
l’esforç aplicat a un cos li produeixi un desplaçament.
• El treball (W) desenvolupat per una força que actua sobre
un cos és el producte del component de la força F al llarg
del desplaçament pel desplaçament s que pateix el cos. La
seva unitat és el Joule (J) (Newton · metre).
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 7
ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA
TREBALL
• Matemàticament:
cosαsFW
• Per a una mateixa força i un mateix desplaçament cal considerar:
– Si α = 0º cos 0º = 1 W = F · s el treball és màxim.
– Si 0º <α< 90º cos α > 0 W > 0 s’anomena treball motor.
– Si α = 90º cos 90º = 0 W = 0 el treball és nul.
– Si 90º<α<180º cos α < 0 W < 0 s’anomena treball resistent.
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 9
ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA
POTÈNCIA
• La potència (P) és el treball realitzat en cada unitat de
temps. La seva unitat és el Watt (W) (Joule/segon).
vFtsF
tW
P
• D’altra banda, la potència que desenvolupa
una força F que actua sobre un cos en la
mateixa direcció que el seu desplaçament és:
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 12
ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL
ENERGIA CINÈTICA
• Si un cos està en repòs i el volem posar en moviment, cal que li
apliquem una força durant el recorregut, és a dir, cal fer treball. De la
mateixa manera, tots els cossos que es mouen posseeixen energia i per
tant capacitat de realitzar treball.
• L’energia que tenen els cossos a causa del seu moviment
s’anomena energia cinètica (Ec). La seva unitat és el
Joule (J).
2c vm
21
E
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 14
ENERGIA POTENCIAL
• Si considerem l’energia emmagatzemada en un pantà a una
determinada altura, es pot comprovar que és un dipòsit d’energia. Si
obrim les comportes l’aigua adquireix velocitat, i per tant, Ec a partir de
la que obtenir treball.
Sembla evident que, segons el principi de conservació de l’energia,
aquesta energia que apareix ja hi era en l’aigua (ja que l’energia ni es
crea ni es destrueix, només es transforma).
• L’energia que té un cos a causa de la seva posició
respecte del centre de la terra s’anomena energia
potencial gravitatòria (Ep), i depèn de la massa del cos i
de l’altura a què es trobi. La seva unitat és el Joule (J).
hgmEp
ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 15
ENERGIA MECÀNICA
pcm EEE
• Si només hi actuen forces conservatives, com el pes del cos, l’energia
mecànica no varia, d’acord amb el principi de la conservació de
l’energia.
• La suma de l’energia cinètica i l’energia potencial d’un cos
s’anomena energia mecànica (Em). La seva unitat és el
Joule (J).
• Si hi actuessin forces no conservatives, com el fregament, aleshores hi
hauria una pèrdua d’energia mecànica en forma de calor.
EEEEEE final m.final c.final p.inicial c.inicial p.inicial m.
ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 19
• El fenomen energètic és únic, per tant no seria correcte parlar de
diferents tipus d’energia, sinó que parlarem de diferents manifestacions
energètiques. Destacarem:
Energia mecànica.
Energia tèrmica.
Energia interna.
Energia química.
Energia elèctrica.
Energia nuclear.
Energia radiant.
Energia sonora.
MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 20
• Si ens fixem en una pilota que va rebotant
reiteradament contra el terra veurem que cada
cop assoleix una alçada inferior fins que
finalment s’atura. Pot semblar que perd energia
a cada rebot, però coneixent el principi de
conservació de l’energia sabem que això no pot
ser. El que passa realment és que l’energia que
aparentment es perd produeix una vibració, és
a dir, fa augmentar el moviment de les
molècules de la pilota.
• L’energia que té un cos com a conseqüència de la suma
de l’energia total que posseeixen les seves molècules
s’anomena energia interna.
ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA
MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 21
• Tornant al cas de la pilota, com a conseqüència de l’augment del
moviment, augmenta la seva energia interna i, per tant, no es perd
energia com podria semblar. Això es manifesta amb un augment de T
dels cossos en qüestió. Per tant la temperatura d’un cos és la
manifestació de la seva energia tèrmica.
• Si T d’un cos velocitat i separació de les seves molècules
el cos s’escalfa i es dilata.
• Quan l’energia tèrmica es transfereix d’un cos a un altre s’anomena
calor, i sempre es transfereix del cos més calent al més fred.
MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES
ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 22
• La calor entre els cossos
es pot transferir per:
Conducció.
Convecció.
Radiació.
MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES
ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 23
MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES
ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA
Conducció
Pròpia dels sòlids.
Es dóna per contacte directe entre cossos a temperatures diferents.
La calor sempre va del cos calent al fred fins que s’igualen les
temperatures.
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 24
MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES
ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA
Convecció
Pròpia dels fluids (tant líquids com gasos).
La part calenta del fluid té menys densitat i passa a la zona més alta;
el fluid més fred queda a la part més baixa.
Aquesta circulació s’anomena corrent de convecció.
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 25
MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES
ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA
Radiació
Es produeix en els cossos en forma d’ones electromagnètiques, que
travessen els medis que els són transparents, com l’aire, sense
gairebé escalfar-los, però quan incideixen sobre cossos que els són
opacs, com el nostre cos, les parets d’una habitació, els transfereixen
l’energia que transporten i n’augmenten la T.
L’emissió és més important com més alta és la T del cos.
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 26
MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES
• L’energia química és l’energia que té l’origen en els
enllaços entre els àtoms que formen les molècules.
L’energia química és l’energia que manté units els àtoms a
les molècules.
ENERGIA QUÍMICA
• L’energia elèctrica és l’energia que proporciona el corrent
elèctric. Un corrent elèctric és un flux de càrregues
elèctriques en moviment, per exemple, el pas d’electrons
per un circuit elèctric. Es sol mesurar en kWh.
• També podem dir que és l’Ec i l’Ep dels electrons en circular
en forma de corrent a través d’un circuit
ENERGIA ELÈCTRICA
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 27
• Qualsevol modificació del nucli, ja sigui per reaccions de fissió o de
fusió, comporta la transferència d’enormes quantitats d’energia en forma
d’energia radiant, tèrmica i cinètica de les partícules que es desprenen
com a conseqüència d’una pèrdua de massa.
• Aquesta energia es determina segons la famosa expressió proposada
per Einstein:
MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES
• L’energia nuclear és l’energia que manté juntes les
partícules del nucli dels àtoms en un espai molt reduït.
ENERGIA NUCLEAR
2cmE
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 28
MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES
• L’energia radiant és l’energia que transporten les ones
electromagnètiques, com la llum, les ones de radio, les
radiacions ultraviolades,...
ENERGIA RADIANT
• L’energia sonora és l’energia cinètica del moviment de
vibració que es desplaça a través de les molècules d‘aire.
ENERGIA SONORA
• No necessita suport material per a la seva transmissió, i la font principal
és el sol.
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 29
• Hem vist que l’energia ni es crea ni es destrueix, només es transforma.
Tot seguit podem veure alguns exemples d'aquestes transformacions:
TRANSFORMACIONS ENERGÈTIQUES
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 31
• Totes les transformacions són impossibles de realitzar al 100%. En
qualsevol transformació d’energia, hi ha una part d’aquesta que es
transfereix en forma de calor no útil per la transformació desitjada, i
aquesta part es considera una pèrdua.
TRANSFORMACIONS ENERGÈTIQUES
RENDIMENT
• Les transformacions
d’energia es dues a
terme a les màquines:
puc WWW
15/09/2013 Unitat 0. Comencem 32
• També podem considerar les energies transferides per unitat de temps,
que és més habitual a les màquines, i parlar de potència d’entrada o
consumida (Pc), potència de sortida o útil (Pu) i potència perduda
(Pp).
TRANSFORMACIONS ENERGÈTIQUES
c
u
W
Wη
c
p
c
pc
W
W1
W
WWη
RENDIMENT
• El rendiment (η) d’una màquina és la relació que hi ha
entre el treball o energia consumits (Wc) i el treball o
energia útils o lliurat (Wu):
100W
Wη(%)
c
u