PRODUCTES

ENERGIA MATÈRIA

EL NATURL

és la capacitat dels cossos

per realitzar

es pot manifestar

de diferents

es pot obtenir

de diferents

TREBALL FORMES FONTS que són

L’ARTIFICIAL

PROCÈS INDUSTRIAL

=

objectiu de la Tecnologia

2n ESO_ENERGIA 1

és la capacitat dels cossos per realitzar

TREBALL

el realitzen

FORCES

F = m·a

es mesura en

S.I: Newton (N)

S.T: kilopond (kp)

1 kp = 9,81 N

W = F·d

es mesura en

S.I: Joule (J)

POTÈNCIA

P = W / t

es mesura en

S.I: Watt (W)

cavall de vapor (CV)

1 CV = 736 W

existeix només si hi ha moviment

El pes és una força.

Es mesura en N

en funció del temps

d

F

L’ENERGIA

2n ESO_ENERGIA 2

en funció

dels seus

EFECTES

= E potencial +

regit pel principi és

= Eu / Ec de conservació

de l’energia

1 kWh = 3.600.000 J

FORMES

E cinètica

Ec = ½·m.v2 Ep = m·g·h

Ec

Eu

Ep Ec = Eu + Ep

màquina

sempre < 100%

E = P·t = I·V·t

E = m·c2

E mecànica

E tèrmica

E elèctrica

E química

E nuclear

E radiant

E sonora

1 cal = 4,18 J

TRANSFORMAR

es poden

mitjançant

màquines

i aparells

que tenen

rendiment

es pot manifestar de diferents

L’ENERGIA

2n ESO_ENERGIA 3

FONTS

que l’home ha anat

descobrint i utilitzant

AL LLARG

DE LA HISTÒRIA

es pot obtenir de diferents

L’ENERGIA

2n ESO_ENERGIA 4

FONTS

que l’home ha anat

descobrint i utilitzant

AL LLARG

DE LA HISTÒRIA

es pot obtenir de diferents

L’ENERGIA

principalment

com

FÒSSILS NUCLEARS

que són

carbó

petroli

gas natural

principalment

PODER CALORÍFIC cadascun

amb diferent

COMBUSTIBLES

NO

RENOVABLES

urani

el seu ús irracional provoca

com

esgotament

reserves contaminació

GREUS

PROBLEMES

calen

ALTERNATIVES

augment rendiments

consum racional

FONTS

RENOVABLES

efecte hivernacle

pluja àcida

boires fotoquímiques

2n ESO_ENERGIA 5

Què és l’energia? L’energia és la capacitat de realitzar un treball.

Qualsevol acció que impliqui un canvi o moviment requereix

energia.

L’energia igual que el treball es mesura amb Joules.

• L’energia es pot manifestar de les següents formes:

– Energia mecànica

– Energia tèrmica o interna

– Energia química

– Energia elèctrica

– Energia nuclear

– Energia radiant

2n ESO_ENERGIA 6

Energia mecànica

L’energia mecànica d’un cos és la suma de la seves energies cinètica i potencial, degudes al seu moviment i posició

respectivament.

Em = Ec+ Ep

L’energia mecànica es pot manifestar bàsicament de dues maneres:

• L’energia cinètica és la que té un cos a causa del seu moviment.

• Ec = ½ m· v2

• L’energia potencial és la que té un cos degut a la seva posició.

• Ep = m·g·h

2n ESO_ENERGIA 7

Transformació d’energia potencial en cinètica.

• Així en la posició de repòs només té energia potencial,

• durant la caiguda en un punt qualsevol la quantitat

d’energia potencial perduda s’ha transformat en cinètica,

• al arribar a terra tota l’energia s’ha transformat en cinètica.

Durant la caiguda d’un cos es produeix una transformació de la

energia potencial en energia cinètica.

2n ESO_ENERGIA 8

Unitats

Magnitud Unitat S.I. Unitat S.T. Altres

Massa kg UMT= 9,81kg

Força N (Newton) Kp = 9,81N 1dina=10-5N 1N=1kg*1m/s2

Treball J (Joule) Kgm=9,81J kWh (electricitat)

Potència W (wat) Kgm/s=9,81W Cv=736W

2n ESO_ENERGIA 9

Energia tèrmica o interna

L’energia tèrmica o interna és la que té un cos com a conseqüència de la suma de l’energia total de les seves molècules.

La temperatura d’un cos és una manifestació de la seva energia interna o tèrmica, la qual a la vegada també és directament proporcional a la seva massa.

L’energia tèrmica sempre es transfereix del cos més calent al més fred.

2n ESO_ENERGIA 10

Formes de transferència de l’energia tèrmica

Conducció és la pròpia dels cossos sòlids, es dóna per contacte directe entre cossos de temperatures diferents.

Convecció és la forma de propagació pròpia dels fluids. Quan un fluid s’escalfa disminueix la seva densitat i passa a ocupar la part més alta.

Radiació és la propagació en forma d’ones electromagnètiques, les quals travessen els medis que els són transparents.

2n ESO_ENERGIA 11

Energia química

• L’energia química és deguda als canvis d’energia

cinètica i potencial que es produeixen quan les

distancies dels electrons i els nuclis a les molècules

canvia durant les reaccions químiques. (els aliments

o els combustibles)

2n ESO_ENERGIA 12

Energia elèctrica L’energia elèctrica és l’energia cinètica i potencial

dels electrons en circular en forma de corrent per

un circuit

E = P · t = V · I · t (KWh)

2n ESO_ENERGIA 13

Energia nuclear L’energia nuclear és l’energia que manté

juntes les partícules del nucli d’un àtom.

L’energia que s’allibera com a conseqüència de la pèrdua de massa ve donada per :

E=mc2

Segons Einstein: “la massa es pot considerar

una forma d’energia”.

2n ESO_ENERGIA 14

Energia radiant L’energia radiant és l’energia potencial dels

camps elèctrics i magnètics que produeixen les ones electromagnètiques com la llum, les ones de ràdio, ones ultraviolades, etc.

2n ESO_ENERGIA 15

Tipus

d’energia inicial

Tipus

d’energia final

Sistema o aparell

que produeix la transformació

Elèctrica Mecànica Motor elèctric

Mecànica Elèctrica Aerogenerador

Elèctrica Tèrmica Torradora, radiador

Tèrmica Elèctrica Central tèrmica

Elèctrica Radiant Llum

Radiant Elèctrica Plafó solar fotovoltaic

Elèctrica Química Cubeta electrolítica

Química Elèctrica Pila

Tèrmica Mecànica Màquina de vapor

Mecànica Tèrmica Pastilles de fre

Química Mecànica Motor de combustió

Elèctrica Sonora Altaveu

Sonora Elèctrica Micròfon

2n ESO_ENERGIA 16

Rendiment • En qualsevol transformació d’energia hi ha una part d’aquesta

que es transfereix en forma de calor no útil, són les anomenades pèrdues.

• Les transformacions energètiques es fan a les màquines, aquestes consumeixen una energia o treball d’entrada Wc i retornen un treball útil Wu inferior al primer. La diferència entre el treball consumit i el útil són les pèrdues Wp.

Wp = Wc - Wu

Màquina Treball útil Treball consumit

El rendiment és la relació entre l’energia o treball

consumit i l’energia o treball útil.

El rendiment sempre és inferior a 1

És freqüent expressar el rendiment en %

El rendiment d’un sistema també es pot expressar en

funció de les potència útil i la potència consumida.

Wc

Wu

100% Pc

Pu

2n ESO_ENERGIA 17

Fonts d’energia • L’energia existeix a la natura però cal transformat-la per un

major aprofitament.

• Les fonts d’energia són aquells elements d’on podem obtenir

energia com per exemple: L’aigua, el carbó, el petroli, el vent,

etc.

• Les energies es poden classificar:

o segons el seu origen en primàries i finals

o segons la seva disponibilitat en renovables i no renovables.

• Energia primària és la que obtenim directe de la natura. Són

energies primàries el sol, el vent, el petroli, el carbó, etc.

• Energies finals són les obtingudes per transformació de les

energies primàries. Són energies secundaries l’electricitat o la

gasolina.

2n ESO_ENERGIA 18

Energies renovables i no renovables

Fonts

d’energia

Renovables

Reserves

il·limitades

Solar

Eòlica

Hidràulica

Geotèrmica

Biomassa

Residus sòlids urbans

Energia mareomotriu

Energia de les ones

No

renovables

Reserves

limitades

Carbó

Petroli

Gas natural

Energia nuclear

2n ESO_ENERGIA 19

CENTRALS D’ENERGIA PRIMARIA NO

RENOVABLE

TÈRMIQUES TÈRMIQUES

CONVENCIONALS

NUCLEARS

CARBÓ

FUEL

GAS NATURAL

URANI

PLUTONI

2n ESO_ENERGIA 20

COMBUSTIBLES FÒSSILS

2n ESO_ENERGIA 21

EFECTE HIBERNACLE

PLUJA ÀCIDA

2n ESO_ENERGIA 22

CENTRALS D’ENERGIA PRIMÀRIA RENOVABLE

HIDRÀULIQUES

SOLARS

EÒLIQUES

MAREMOTRIUS

GEOTERMIQUES

ENERGIA POTENCIAL I

CINÈTICA DE LÀIGUA

ENERGIA DE LES

RADIACIONS SOLARS

ENERGIA DEL VENT

ENERGIA DE LES ONES I

DE LES MAREES

ENERGIA DE LA

TEMPERATURA DE

L’INTERIOR DE LA TERRA

2n ESO_ENERGIA 23

JACIMENTS ENERGÈTICS I CENTRALS DE

PRODUCCIÒ D’ENERGIA A ESPANYA

2n ESO_ENERGIA 24

PRODUCCIÒ D’ENERGIA ELÈCTRICA

ESPANYA L’ANY 2000

2n ESO_ENERGIA 25

COBERTURA DE LA DEMANDA D’ENERGIA

ELÈCTRICA A ESPANYA A 2010

2n ESO_ENERGIA 26

•aprofiten l’energia mecànica de l’aigua en moviment.

HIDROELÈCTRICA

•produeixen energia a partir de l’energia química d’un combustible fòssil (carbó, petroli, gas natural) o de residus orgànics.

TÈRMICA

•aprofiten l’energia que es desprèn del trencament dels àtoms.

NUCLEAR

•converteixen directament l’energia del Sol en electricitat.

SOLAR FOTOVOLTAICA

•són centrals tèrmiques que aprofiten l’energia del

Sol per escalfar l’aigua, transformar-la en vapor i

moure la turbina.

SOLAR TÈRMICA

•aprofiten l’energia del vent. EÒLICA

•aprofiten l’energia de les marees. MAREMOTRIU

CENTRALS GENERADORES D’ENERGIA

2n ESO_ENERGIA 27

ENERGIES RENOVABLES

2n ESO_ENERGIA 28

Índex • Característiques generals

• Llista d’energies renovables

o Energia solar

• Solar tèrmica

• Solar fotovoltaica

o Energia eòlica

o Energia hidràulica

o Energia geotèrmica

o Energia mareomotriu

o Energia d’hidrogen

o La biomassa

2n ESO_ENERGIA 29

Característiques generals - Les fonts energètiques renovables:

• A llarg termini, són la solució del problema energètic.

• Són un model energètic sostenible.

• Són una manera d’estalvi.

• Tenen gran eficiència energètica.

• Són l’aposta estratègica del futur.

• Redueixen les necessitats energètiques de la societat.

2n ESO_ENERGIA 30

Avantatges

• Són energies netes, no contaminen.

• Es restitueixen gratuïtament.

• Limiten l’efecte hivernacle.

• Eviten futurs problemes ambientals.

• Són sostenibles.

Inconvenients

• Les instal·lacions de les infraestructures són molt costoses.

• Cost econòmic elevat.

• Actualment, hi ha limitacions de la tecnologia necessària.

2n ESO_ENERGIA 31

Energia solar • Solar tèrmica:

o Consisteix en l’absorció de l’energia solar i la seva transformació en calor.

o L’aprofitament tèrmic el constitueixen els col·lectors. Aquests són uns dispositius capaços d’absorbir la radiació solar i de transmetre un fluid, de manera que fa augmentar la seva temperatura.

o Dos tipus de col·lectors: plans i de concentració.

2n ESO_ENERGIA 32

Energia solar • Solar fotovoltàica

o Transforma directament l’energia solar en energia elèctrica.

o Utilitza cèl·lules fotovoltàiques, plaques fotovoltàiques, reguladors, bateries i onduladors.

o Està constituïda per dues capes de silici. Quan la llum incideix en una d’aquestes, s’originen una sèrie de fenòmens a escala atòmica que produeixen corrent elèctric.

2n ESO_ENERGIA 33

Energia solar Avantatges

• És neta i no contamina.

• La durada d’una instal·lació solar és molt llarga.

• Molt utilitzat en la calefacció, en l’aigua calenta de les llars, en la refrigeració i en les cuines solars.

Inconvenients • Aparició irregular del sol. • No és emmagatzemable sense

transformar-la. • Per a la seva captació es necessiten grans

superfícies. • La instal·lació dels dispositius és molt

costosa.

2n ESO_ENERGIA 34

Energia eòlica • S’obté mitjançant l’energia

cinètica del vent.

• Transforma aquesta energia cinètica en energia elèctrica a partir d’aerogeneradors d’eix vertical o d’aerogeneradors d’eix horitzontal.

• Disposa d’uns sistemes de regulació i frenada. Per a realitzar aquestes funcions s’utilitza un hèlix auxiliar, un fre centrífug o fins i tot uns contrapesos que fan girar l’angle de les pales.

2n ESO_ENERGIA 35

Energia eòlica Avantatges

• És renovable.

• És una energia neta, que no

genera residus.

• És fàcil d’obtenir.

• Una sola persona és capaç de

controlar un parc eòlic.

Inconvenients

• La seva instal·lació requereix molt

espai.

• El manteniment dels aerogeneradors

és molt car.

2n ESO_ENERGIA 36

Energia hidràulica • Les centrals hidroelèctriques, mitjançant un salt en el curs

de l’aigua, aprofiten l’energia cinètica que això

provoca.

• L’aprofitament de l’aigua es realitza a través de la

captació del cabal d’un riu o d’un embassament.

• S’utilitzen turbines acoblades als alternadors.

2n ESO_ENERGIA 37

Energia hidràulica Avantatges

• És renovable.

• És una energia neta, no

genera cap tipus de

residus.

Inconvenients

• Les grans preses alteren

les sequíes dels rius i

provoquen l’erosió dels

voltants.

2n ESO_ENERGIA 38

Energia geotèrmica • Té el seu origen a la calor

interna de la Terra. Zones on existeix activitat volcànica o sísmica, que produeix un calentament de les aigües subterrànies.

• Mitjançant la tecnologia, s’injecta aigua freda als jaciments energètics, que es converteixen en vapor per efecte del focus de calor. I tot seguit s’extreu i es genera energia elèctrica al accionar-se el grup turbina-alternador.

2n ESO_ENERGIA 39

Energia geotèrmica Avantatges

• No presenta efectes negatius

sobre el medi ambient.

Inconvenients

• Es força costós a causa dels

factors geològics i

tecnològics.

2n ESO_ENERGIA 40

Energia maremotriu • S’aconsegueix de diferents

maneres: o Quan puja la marea, es

dóna la possibilitat de que l’aigua s’embassi en un dic, fet que provoca el moviment d’una turbina que genera energia.

o Quan s’instal·len unes turbines submarines que amb la força de les marees fan girar unes pales, que generen energia.

o Quan s’obté energia de la força de les onades amb turbines eòliques situades a la superfície.

2n ESO_ENERGIA 41

Energia maremotriu Avantatges

• Cap dels mètodes anteriors produeixen residus.

Inconvenients

• Requereix un alt nivell d’inversions per instal·lar les turbines.

• Només és factible en llocs on existeixi una diferència mínima de 10 metres entre les marees.

• El moviment oscil·latori de les onades a vegades resulta massa lent per obtenir rentabilitat.

2n ESO_ENERGIA 42

Energia d’hidrogen • Consisteix en la fissió dels

àtoms d’hidrogen.

• Actualment, no s’utilitza.

• La seva utilització està

encaminada pel consum

dels autobusos, cotxes i

vaixells de pesca.

• Aquest mètode es

desenvolupa en les centrals

nuclears.

2n ESO_ENERGIA 43

Energia d’hidrogen Avantatges

• Servirà com a substitució de

les fonts d’energies fòssils i

no renovables com el

carbó, el petroli i el gas

natural.

• Serà una energia renovable

i no contaminant.

Inconvenients

• El procés és car i perillós.

• Es necessiten grans

infraestructures per crear,

emmagatzemar i distribuir

l’hidrogen.

2n ESO_ENERGIA 44

La biomassa

• És el conjunt de la matèria

orgànica renovable de

procedència vegetal o

animal.

• Per a l’obtenció de la

bioenergia hi ha diferents

processos: processos físics,

processos biològics i

processos tèrmics.

• Hi ha diferents tipus de

biomassa: biogas,

biocarburants, biodiessel, la

fusta...

2n ESO_ENERGIA 45

La biomassa Avantatges

• El procés d’obtenció és

senzill.

• Provoca escassa

contaminació.

• S’aprofiten els residus

mitjançant digestors.

Inconvenients

• La demanda actual

excedeix el ritme de

regeneració dels

boscos, cosa que

influeix directament en

l’efecte hivernacle.

2n ESO_ENERGIA 46