unitat 0 comencem

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 1

UNITAT 0

COMENCEM

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 2

ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA

• Si considerem que l’univers està format per matèria i energia, lamatèria serà la substància dels elements de l’Univers, i l’energia ésallò que dóna vida a la substància, és a dir, allò que produeix els canvisen la matèria.

ENERGIA

• L’energia (E) és, doncs, la capacitat que tenen els cossosper realitzar treball. La seva unitat és el joule (J).

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 3

ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA

TREBALL

• Pel que fa al treball, sovint anomenem treball a la realització dequalsevol activitat que comporta un esforç físic o intel·lectual. Arabé, des del punt de vista físic, per poder parla de treball ésnecessari que l’esforç aplicat a un cos li produeixi un desplaçament.

• El treball (W) desenvolupat per una força que actuasobre un cos és el producte del component de la força Fal llarg del desplaçament pel desplaçament s que pateix elcos. La seva unitat és el joule (J) (Newton · metre).

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 4

ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA

TREBALL

• Matemàticament:

cos αsFW

• 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 = 0W = 0 el treball és nul.

– Si 90º <α< 180º cos α < 0 W < 0 s’anomena treball resistent.

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 5

ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA

TREBALL

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 6

ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA

POTÈNCIA

• La potència (P) és el treball realitzat en cada unitat detemps. La seva unitat és el watt (W) (joule/segon).

vFt

sF

t

WP

• D’altra banda, la potència que desenvolupauna força F que actua sobre un cos en lamateixa direcció que el seu desplaçamentés:

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 7

ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA

POTÈNCIA

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 8

ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 9

ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL

ENERGIA CINÈTICA

• Si un cos està en repòs i el volem posar en moviment, cal que liapliquem una força durant el recorregut, és a dir, cal fer treball. Dela mateixa manera, tots els cossos que es mouen posseeixen energia iper tant capacitat de realitzar treball.

• L’energia que tenen els cossos a causa del seu moviments’anomena energia cinètica (Ec). La seva unitat és el joule(J).

2

c vm2

1E

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 10

ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL

ENERGIA CINÈTICA

2

c vm2

1E

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 11

ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL

ENERGIA POTENCIAL

• Si considerem l’energia emmagatzemada en un pantà a unadeterminada altura, es pot comprovar que és un dipòsit d’energia. Siobrim les comportes l’aigua adquireix velocitat, i per tant, Ec a partirde la que obtenir treball.

Sembla evident que, segons el principi de conservació del’energia, aquesta energia que apareix ja hi era en l’aigua (ja quel’energia ni es crea ni es destrueix, només es transforma).

• L’energia que té un cos a causa de la seva posició respectedel centre de la terra s’anomena energia potencialgravitatòria (Ep), i depèn de la massa del cos i de l’alturaa què es trobi. La seva unitat és el joule (J).

hgmE p

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 12

ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL

ENERGIA MECÀNICA

pcm EEE

• Si només hi actuen forces conservatives, com el pes del cos, l’energiamecànica no varia, d’acord amb el principi de la conservació del’energia.

• La suma de l’energia cinètica i l’energia potencial d’un coss’anomena energia mecànica (Em). La seva unitat és eljoule (J).

• Si hi actuessin forces no conservatives, com el fregament, aleshoreshi hauria una pèrdua d’energia mecànica en forma de calor.

EEEEEEfinal m.final c.final p.inicial c.inicial p.inicial m.

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 13

ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL

TRANSFORMACIÓ DE L’Ep EN Ec

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 14

ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL

TRANSFORMACIÓ DE L’Ep EN Ec

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 15

ENERGIA MECÀNICA, CINÈTICA I POTENCIAL

TRANSFORMACIÓ DE L’Ep EN Ec

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 16

• El fenomen energètic és únic, per tant no seria correcte parlar dediferents tipus d’energia, sinó que parlarem de diferentsmanifestacions energètiques. Destacarem:

Energia mecànica.

Energia tèrmica.

Energia interna.

Energia química.

Energia elèctrica.

Energia nuclear.

Energia radiant.

Energia sonora.

MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 17

• Si ens fixem en una pilota que va rebotantreiteradament contra el terra veurem quecada cop assoleix una alçada inferior fins quefinalment s’atura. Pot semblar que perdenergia a cada rebot, però coneixent elprincipi de conservació de l’energia sabem queaixò no pot ser. El que passa realment és quel’energia que aparentment es perd produeixuna vibració, és a dir, fa augmentar elmoviment de les molècules de la pilota.

MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES

• L’energia que té un cos com a conseqüència de la suma del’energia total que posseeixen les seves molèculess’anomena energia interna.

ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 18

• Tornant al cas de la pilota, com a conseqüència de l’augment delmoviment, augmenta la seva energia interna i, per tant, no es perdenergia com podria semblar. Això es manifesta amb un augment de Tdels cossos en qüestió. Per tant la temperatura d’un cos és lamanifestació 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’anomenacalor, i sempre es transfereix del cos més calent al més fred.

MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES

ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 19

• La calor entre els cossoses pot transferir per:

Conducció.

Convecció.

Radiació.

MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES

ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 20

MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES

ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA

Conducció

Pròpia dels sòlids.

Es dóna per contacte directe entre cossos a temperaturesdiferents.

La calor sempre va del cos calent al fred fins que s’igualen lestemperatures.

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 21

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 mésalta; el fluid més fred queda a la part més baixa.

Aquesta circulació s’anomena corrent de convecció.

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 22

MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES

ENERGIA TÈRMICA I ENERGIA INTERNA

Radiació

Es produeix en els cossos en forma d’ones electromagnètiques, quetravessen els medis que els són transparents, com l’aire, sensegairebé escalfar-los, però quan incideixen sobre cossos que els sónopacs, com el nostre cos, les parets d’una habitació, elstransfereixen l’energia que transporten i n’augmenten la T.

L’emissió és més important com més alta és la T del cos.

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 23

MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES

• L’energia química és l’energia que té l’origen en elsenllaços entre els àtoms que formen les molècules.L’energia química és l’energia que manté units els àtoms ales molècules.

ENERGIA QUÍMICA

• L’energia elèctrica és l’energia que proporciona el correntelèctric. Un corrent elèctric és un flux de càrregueselèctriques en moviment, per exemple, el pas d’electronsper un circuit elèctric. Es sol mesurar en kWh.

• També podem dir que és l’Ec i l’Ep dels electrons encircular en forma de corrent a través d’un circuit

ENERGIA ELÈCTRICA

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 24

• Qualsevol modificació del nucli, ja sigui per reaccions de fissió o defusió, comporta la transferència d’enormes quantitats d’energia enforma d’energia radiant, tèrmica i cinètica de les partícules que esdesprenen com a conseqüència d’una pèrdua de massa.

• Aquesta energia es determina segons la famosa expressió proposadaper Einstein:

MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES

• L’energia nuclear és l’energia que manté juntes lespartícules del nucli dels àtoms en un espai molt reduït.

ENERGIA NUCLEAR

2cmE

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 25

MANIFESTACIONS ENERGÈTIQUES

• L’energia radiant és l’energia que transporten les oneselectromagnètiques, com la llum, les ones de radio, lesradiacions ultraviolades,...

ENERGIA RADIANT

• L’energia sonora és l’energia cinètica del moviment devibració que es desplaça a través de les molècules d‘aire.

ENERGIA SONORA

• No necessita suport material per a la seva transmissió, i la fontprincipal és el sol.

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 26

• Hem vist que l’energia ni es crea ni es destrueix, només estransforma. Tot seguit podem veure alguns exemples d'aquestestransformacions:

TRANSFORMACIONS ENERGÈTIQUES

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 27

TRANSFORMACIONS ENERGÈTIQUES

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 28

• Totes les transformacions són impossibles de realitzar al 100%. Enqualsevol transformació d’energia, hi ha una part d’aquesta que estransfereix en forma de calor no útil per la transformaciódesitjada, i aquesta part es considera una pèrdua.

TRANSFORMACIONS ENERGÈTIQUES

RENDIMENT

• Les transformacionsd’energia es dues aterme a les màquines:

puc WWW

22/09/2009 Unitat 0. Comencem 29

• També podem considerar les energies transferides per unitat detemps, que és més habitual a les màquines, i parlar de potènciad’entrada o consumida (Pc), potència de sortida o útil (Pu) ipotència 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 haentre el treball o energia consumits (Wc) i el treball oenergia útils o lliurat (Wu):

100W

Wη(%)

c

u