6.2. màquines i rendiment 3r eso - relojes y...
TRANSCRIPT
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
1
Definició de màquina
Elements de les
màquines
Tipus d’energia
Transformacions
energètiques
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
2
COMETÈNCIES ACTIVITATS
CCLI: Competència de comunicació lingüística.
10
CMCT: Competència matemàtica i
competències bàsiques en Ciència i
Tecnologia.
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
CD: Competència digital. 5, 6, 7, 8
CAA: Competència de aprendre a aprendre. 1, 2, 3, 4, 7, 8,9
CSC: Competències socials i cíviques. 10
SIEE: Sentit d’iniciativa i esperit
emprenedor. 7, 8
CEC: Consciència i expressions culturals.
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
3
Definició termodinàmica de
màquina
Dispositiu que consumeix
determinada energia, de la qual una
part la transforma en treball útil i una
altra part es perd, normalment en
forma de calor.
1. L’energia i les seues transformacions Lectura:
Què és l’energia?
Es produeix, es consumeix, es malbarata, s’estalvia...Però, què és l’energia? D’on ve? Omnipresent en els fenòmens
naturals, adopta formes múltiples i es presta a tot tipus d’utilitzacions.
Diàriament consumim energia en grans quantitats. Quan encenem la llum o posem una botella a la nevera,
quan omplim el dipòsit de gasolina o ens dutxem, quan anem en bicicleta o ens mengem un entrepà...estem
consumint energia. La bombeta consumeix energia, igual que el motor de la nevera; el motor del cotxe i la flama de
l’escalfador d’aigua utilitzen gasolina i gas respectivament, matèries riques en energia; el nostre organisme crema
les seues reserves internes cada vegada que fa un esforç i les reposa amb eixa energia química que són les calories
emmagatzemades als aliments.
Durant milers d’anys l’unica energia que utilitzava la humanitat era la mècanica
mitjançant la seua pròpia força muscular, quan l’home aprén a
domesticar alguns animals ja pot disposar també de l’energia
muscular d’aquestos. En el moment que les col·lectivitats
humanes van aconseguir el control del foc, ja tenien
disponible altra forma d’energia, la tèrmica, a més al
cremar llenya per a fer foc estava fent de manera
conscient la primera transformació energètica, de
química a tèrmica. Ara bé, durants molts segles aquesta
energia tèrmica sols va ser utilizada per a cuinar els
aliments, fer llum o poder escalfar-se durant les
èpoques fredes.
Quan s’inventen els artefactes que fan possible
utilitzar energia mecànica d’origen natural com el vent i els
corrents d’aigua dels rius; com els vaixells a vela, molins de vent,
molins hidràulics, etc., l’home comença a disposar d’energia en quantitats
apreciables però encara sense control sobre la seua producció. Un cas interessant de
transformació de l’energia es produeix quan s’aplica l’invent de la pólvora per a impulsar projectils i naixen les
armes de foc (en occident sobre el 1346, batalla de Crecy a la Guerra dels cent Anys). En aquest cas tenim una
conversió d’energia química (pólvora) a energia mecànica (desplaçament del projectil).
Hem d’esperar a l’època del vapor per tenir energia disponible, en quantitats importants i en el moment
desitjat. La història comença amb Heró d’Alexandria (segle I dc), el qual contrueix la eolípila, una esfera metàl·lica
plena d’aigua que s’escalfava i tenia dues eixides en forma de colze per al vapor, muntada sobre un eix horitzontal
donava voltes impulsada pel vapor que eixia. No tenia cap aplicació pràctica però deixava entreveure les
possibilitats d’aquesta forma d’energia.
En 1606 l’espanyol Jerónimo de Ayanz patenta una màquina de vapor utilitzada per a bombejar aigua que
funcionava sense cap element mòbil, tant sols feina servir la depressió produïda al condensar vapor d’aigua. A
Anglaterra, Thomas Savery construeix una màquina de vapor, emprada també per a traure l’aigua de les mines, que
també funcionava amb el mateix principi que la d’Ayanz, i Thomas Newcomen, en 1712 construeix una altra
màquina de vapor que, ara si, l’aigua era bombejada mitjançant pistons, però encara funcionava amb la depressió
per condensació del vapor. Les tres màquines es coneixen com “màquines atmosfèriques”, ja que la força que les
impulsava no era la pressió del vapor sinò la pressió atmosfèrica. Aquestes màquines tenien un rendiment molt baix
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
4
(al voltant del 7%), i en aquells temps es comentava que per a tenir una màquina d’aquestes feien falta dues mines,
una de ferro per fabricar-la i una altra de carbó per fer-la funcionar.
No va ser fins 1784 quan Thomas Watt, intentant reparar un model de màquina de Newcomen la modificar de
tal forma que va donar lloc a una màquina relativament eficient. Watt va fer dues coses, una empentar ja el pistó
amb la pressió del vapor i dotar a la màquina del mecanisme que feia possible la conversió del moviment rectilini
alternatiu del pistó en un de rotació del volant. En reconeixement de la seua aportació a la unitat de potència se li
ha donat el seu nom (watt, o W).
L’exit de la màquina de Watt va ser tal que van començar a instal·lar-se moltes indústries que necessitaven
força motriu dotades de màquines de vapor, i es considera que la força impulsora de la 1ª Revolució Industrial va
ser la màquina de vapor (realment l’inici de la coneguda com Revolució Industrial, va ser quan a l’Anglaterra de
principis del segle XVIII comencen a aparèixer les fàbriques tèxtils donant lloc a la industrialització, fenomen que a
més dels canvis tecnològics va comportar grans canvis econòmics, socials, etc)
Amb la màquina de Watt ja es podia disposar d’energia en grans quantitats al lloc que puguera interessar
muntar una indústria, però encara no es disposava del control necessari sobre aquesta energia per poder utilitzar-
la en petites quantitats o polsant un “simple botó”. Ja que esperar a la invenció, a mitat del segle XIX, del motor de
quatre temps i del motor elèctric. Així comença la coneguda com 2ª Revolució Industrial, impulsada per les
màquines esmentades i utilitzant com combustible el gas, el petroli i l’electricitat. I ara sí, amb el simple gest
d’apretar un “botó”, es podien posar en marxa o parar màquines, o molt menudes o molt grans.
Efectivament, vistes les possibilitats de la màquina de Watt els tècnics van pensar d’impulsar vehicles amb
aquesta, però donades les dimensions i les seues característiques de funcionament tots els intents van acabar
fracassant. Únicament va ser possible aplicar la màquina de Watt a les locomotores (Stephenson en 1826) dels
ferrocarrils (el tren va ser un altre símbol de la Revolució Industrial i de modernitat, de fet quan en alguna zona es
planificava la instal·lació d’un ferrocarril totes les poblacions feien el possible i impossible perquè el nou mitjá de
transport passara per allí).
La impulsió de vehicles menuts va tenir que esperar fins que Nikolaus August Otto, en 1875, inventa el motor
de quatre temps impulsat primer a gas i després a gasolina. I ara si, ja es disposava d’una màquina que
transformava l’energia química del combustible en energia mecànica d’impulsió, d’una forma prou eficient i el més
important d’una manera quasi instantània, i no com en les màquines de vapor on hi ha que esperar que la
combustió genere vapor a pressió suficient per impulsar la màquina. Un altre avantatge dels derivats del petroli és
la seua elevada densitat energètica, doncs amb dipòsit de 60 litres es poden recòrrer més de 800 km.
El disseny d’aquest motor d’Otto ha estat quasi inalterable durant més de 100 anys.
Als últims anys la tecnologia a avançat molt en el desenvolupament de vehicles impulsats per motors elèctrics
amb bateries (parlem d’automòbils, ja que els trens ja fa molts anys que estan impulsats per energia elèctrica), però
un problema que encara queda per resoldre és la baixa densitat energètica de les bateries (la de la gasolina és de
11,6 kWh/kg i la de les bateries entre 30 i 60 Wh/kg segons el tipus). Una solució que està tenint acceptació és la
dels cotxes híbrids, és a dir vehicles dotats d’un motor de combustió interna i un motor elèctric, però per poder
gestionar de manera eficient aquest complex sistema es imprescindible l’ajuda de l’electrònica. Aquesta, impulsada
per energia elècrica ens ha canviat el mon fent funcionar multitud d’aparells que fa uns anys eren impensables
(telèfons mòbils, ordinadors, etc). Tot açò ha sigut possible perquè al 1831 Michael Faraday va muntar el primer
generador electromagnètic impulsat per energia mecànica, que va permetre i obtindre abundant energia elèctrica
de forma senzilla i molt eficient. Hui en dia totes les centrals productores d’energia elèctrica funcionen amb
alternadors basats en el de Faraday.
¿Què tenen en comú l’electricitat, la gasolina, el gas i el nostre berenar? Una cosa molt concreta i a la
vegada enormement abstracte: l’energia. Concret, perquè és impossible efectuar el menor gest, intervindre en el
món que ens envolta, fer un “treball”, sense recurrir a eixa reserva, de la qual sentim una necessitat evident.
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
5
Abstracte, perquè no es pot agafar en estat pur: no fa més que passar d’una a una altra de les diferents formes
d’aparició.
L’energia és omnipresent, és la causa de qualsevol esdeveniment, la seua raó de ser. Però no pot ser agafada
més que per una fòrmula o un principi general de la Física.
Una grua que eleva la seua càrrega en una pedrera ens proporciona un exemple senzill del que representa la
transferència d’energia: per elevar una pedra a una alçada de deu metres, posem per cas, es precís que el motor
funcione; i per això aquest necessita consumir electricitat o carburant. El mateix resultat s’obtenia fa segles amb un
grup de condemnats a treballs forçosos estirant d’una corda, o amb una rècua de burros. Siga quina siga la força
inicial –muscular, elèctrica o química-, l’energia es troba en l’origen d’un treball que es pot calcular facilment (en
aquest cas multiplicant el pes a elevar per l’alçada). Quan el motor es para, la càrrega queda suspesa. On ha anat
a parar l’energia? Encara està ahí, latent, en eixa pedra que penja deu metres de terra. I efectivament, ningú que
passe per baix estarà tranquil. No per superstició: qualsevol càrrega que suspesa és una espasa de Damocles. Si
arribara a soltar-se, alliberaria de colp la seua energia mecànica i podria destrossar qualsevol cosa que trobara al
seu camí. Tota massa suspesa en el camp gravitatori representa, doncs, una altra forma d’energia: energia
potencial, dormida, inactiva, però a punt per a manifestar-se en qualsevol moment. El treball de la grua ha
transferit l’energia del motor a la càrrega.
L’energia ha passat per una sèrie de transformacions: la química o elèctrica –en altres temps la muscular- es
converteix en cinètica i després en potencial. Energia cinètica i potencial, bessones i alternants, juntes formen el
que es coneix com energia mecànica, la més correnta i la que més temps fa que es coneix en les seues
manifestacions.L’home ha utilitzat des del principi la seua pròpia energia muscular, aprenent després a multiplicar
i diversificar el seu impacte sobre el medi ambient mitjançant màquines i ferramentes. Amb el temps ha sigut capaç
de dominar i utilitzar quantitats cada vegada més importants d’energia, mitjançant totes les seues múltiples
metamorfossis. Sempre que s’efectua un treball, l’energia passa d’una forma a una altra. Cada objecte fabricat té el
seu cost energètic. Qualsevol activitat humana es desenvolupa en un continu fluix de canvis energètics. I aquestes
no fan més que ampliar els processos naturals de desenvolupament i transformació de l’energia. La vida mateix és
font, evacuació i reciclatge d’un corrent d’energia que els èssers vius s’envien d’un a l’altre, i que els travessa
interiorment.
En aquest incessant vaivé, una premisa permaneix invariable: la quantitat d’energia. Podran canviar les seues
formes particulars, però no la suma total. Per ser més presisos, puguem concretar els límits dels fenòmens fins ara
observats: prenem la grua de l’exemple anterior; col·loquem-la amb el seu motor, carburant (o grup elèctric) i una
càrrega dins una gran urna hermètica sobre terra. Aleshores tindrem el que en física s’anomena un “sistema
tancat”, és a dir, que sobre els fenòmens que passen dins l’urna no poden tindre cap influència el passe fora. En el
moment que la grua funcione, el sistema es transformarà, farà passar l’energia de la seua forma química a la
manifestació cinètica (mentre puja la pedra) i finalment potencial (quan la pedra queda suspesa)...La grua també
pot soltar la seua càrrega, tornar-la a pujar o soltar-la. Qualsevol que siga el treball realitzat, la quantitat
d’energia continguda en el sistema tancat permaneix constant. No hi haurà nic creació ni destrucció. Açò es coneix
com principi de conservació de l’energia, anomenat també “Primer principi de la termodinàmica”. Però hi ha que
tenir en compte totes les manifestacions de l’energia, incluïdes el calor que es dissipa en l’aire (aquest calor prové
de l’escalfament del motor, del fregament de les politges, del fregament del cable al doblegar-se i adreçar-se, del
fregament amb l’aire, etc) o l’escalfament i/o deformació del sol produït per la caiguda de la càrrega.
Trobar magnituds invariables en la incerta fluctuació dels fenòmens es descobrir les lleis de la natura i donar
un sentit a la Ciència. Per això, el principi de conservació de l’energia és un dels fonaments de la Física. Apliquem-
lo a l’Univers, considerat com un sistema tancat: una mateixa i única energia banya el cosmos i circula, baix
diferents formes, per la Terra, el sistema solar i les estrelles. Aquesta energia sen’s presenta baix sis manifestacions
principals: mecànica, tèrmica, elèctrica, química, solar o radiant i nuclear. Totes son utilitzables. Però no totes
arriben fins a nosaltres “clau en mà”, a punt per a ser utilitzades.
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
6
El Sol és la nostra principal font d’energia, però no l’única. Aquesta central nuclear incandescent emet unes
radiacions de 180 000 milions de quilovats de potència total. El filtre que és la nostra atmosfera, sols deixa que
arriben a la superfície terrestre una ínfima part d’quest cabal energètic –aproximadament un quilovat diari per
metre quadrat- en forma de llum i calor. Però aquesta energia irradiada es suficient per desencadenar tots els
processos que li donen al nostre planeta el seu aspecte familiar. Escalfa el sòl, l’aire i el mar; l’energia tèrmica,
més intensa als tròpics que als pols, posa en marxa les masses d’aire de l’atmosfera. El vent és aire propulsat pel
Sol, energia mecànica gratuïta que fa girar els aerogeneradors de les centrals eòliques i impulsa els vaixells. El
calor solar evapora també l’aigua del mar. Aquest vapor es condensa en núvols i torna a caure en forma de pluja
que alimenta els corrents d’aigua que són els rius. Aquests fan girar les turbines de les centrals hidroelèctriques
que converteixen l’energia cinètica en electricitat.
Els raigs del Sol són absorbits per la clorofila de les fulles. Gràcies a ells, la petita fàbrica vegetal
fotosintètica extrau el carboni de l’atmosfera i el fixa en els compostos constitutius de les plantes que són: sucres,
greixos i pròtids. A partir d’ells es formen cada segon milers de milions de tones de susbstàncies orgàniques, una
gegantesca reserva d’energia química de la qual es proveen herbívors i carnívors. L’alimentació humana, ja vinga
de l’agricultura, la ramaderia o la pesca no és, en definitiva, més que el Sol transformat. Dels boscos provenen
també el carbó vegetal i la fusta, dos de les més antigues fonts d’energia de la humanitat.
Del subsòl extraguem carbó, els gasos i el petroli: aquestes dues fonts energètiques tan fonamentals no són
altra cosa que els residus d’organismes vius que proliferaren als terrenys humits fa milions d’anys (Era
Secundària). Comprimits a altes temperatures en el transcurs de les eres geològiques, es transformaren i es
desplaçaren. Rescatats a la superfície, aquestes restes d’altres formes de vida alliberen l’energia química als
cremar-les a les nostres calderes de calefacció.
Les energies clàssiques venen, doncs, del Sol. Però la Lluna també ens proporciona energia, ja que provoca
les marees a causa de l’acció gravitacional sobre les masses d’aigua. El fluix i refluix són transformats en
electricitat en les centrals mareomotrius.
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
7
2. Definició de màquina
Una de les moltes definicions de màquina pot ser: conjunt de dispositius que utilitzant
algun tipus d’energia la transforma en un treball útil.
Concepte de màquina ideal:
En aquestes màquines TOTA l’energia absorbida es transforma en treball útil:
𝐸𝑎 = 𝑊
Segons els principis de la Termodinàmica les màquines ideals són impossibles de
fabricar, però ens aprofiten com a referència amb la qual comparar lés màquines que
puguem construir, a les quals anomenarem màquines reals.
Concepte de màquina real:
En aquestes màquines tota l’energia absorbida no es transforma en treball, una part
es perd, normalment en forma de calor.
𝐸𝑎 = 𝑊 + 𝐸𝑝 1
A la relació entre l’energia absorbida per la màquina i el treball que proporciona se
l’anomena rendiment i es representa per la lletra grega h
MÀQUINA Energia absorbida (Ea)
Treball útil (W)
MÀQUINA Energia absorbida (Ea)
Treball útil (W)
Ener
gia
per
du
da
(EP)
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
8
La seua expressió matemàtica és:
𝜂 =𝑤
𝐸𝑎 2
Si de l’equació 1 aïllem el treball tenim:
𝑊 = 𝐸𝑎 − 𝐸𝑝 3
Si ara el substituïm en l’equació 2 ens queda:
𝜂 =𝐸𝑎 − 𝐸𝑝
𝐸𝑎=
𝐸𝑎
𝐸𝑎−
𝐸𝑝
𝐸𝑎= 1 −
𝐸𝑝
𝐸𝑎 4
Com puguem veure que quan menor siga l’energia perduda, menor serà el quocient
(𝐸𝑝 𝐸𝑎 ) , i per tant major serà el rendiment de la màquina. Aquest es calcula en tant per u i
s’expressa en tant per cent.
Com es pot deduir el rendiment màxim d’una màquina pot ser d’1 (100 %) però en
aquest cas estariem davant d’una màquina ideal (que treballa sense pèrdues d’energia),
però aquestes, segons el Segon Principi de la Termodinàmica, són impossibles de construir.
Aquest principi ve a dir que en tot procés de transformació energètica hi ha una part de
l’energia inicial que no es converteix en treball util i es perd generalment en forma de calor.
Com la definició de potència és la relació entre l’energia (o el treball) i el temps durant
el qual es posa en joc aquesta energia, tenim:
𝑝𝑜𝑡è𝑛𝑐𝑖𝑎 =𝑡𝑟𝑒𝑏𝑎𝑙𝑙
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠; 𝑃 𝑊 =
𝑊(𝐽)
𝑡(𝑠) 5
Per tant si dividim l’equació 2 entre el temps obtenim:
𝜂 =
𝑤𝑡𝐸𝑎𝑡
=𝑃𝑢
𝑃𝑎 6
En les màquines, la potència també pot expressar-se:
𝑃 =𝑊
𝑡=
𝐹 · 𝑒
𝑡= 𝐹 ·
𝑒
𝑡= 𝐹 · 𝑣 7
𝑝𝑜𝑡è𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝑓𝑜𝑟ç𝑎 · 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑡𝑎𝑡; 𝑃 𝑊 = 𝐹 𝑁 · 𝑣 𝑚/𝑠
Si apliquem aquest concepte quan ens desplacem en bicicleta es comprén facilment: el
nostre cos pot desenvolupar una potència màxima
determinada, aquesta potència la puguem utilitzar, bé en
fer molta força i anar a poca velocitat quan pugem una
riba, bé en fer poca força però anar a molta velocitat
quan baixem una costera.
Dispositiu Rendiment
Màquina de vapor 7 %
Automòbil 23 %
Central tèrmica 40 %
Central hidràulica 80 %
Alguns rendiments de màquines
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
9
Activitat 1: Si anem en bicicleta riba amunt a una velocitat de 15 km/h i estem fent una força de 48 N, calcula la potència
que estem desenvolupant.
𝐷𝑎𝑑𝑒𝑠:
𝑣 = 15𝑘𝑚
ℎ=
15 𝑘𝑚 /ℎ
3,6 𝑘𝑚 /ℎ
𝑚 /𝑠
= 4,16𝑚
𝑠
𝐹 = 48 𝑁
𝑝 = 𝐹 · 𝑣 = 48 𝑁 · 4,16𝑚
𝑠= 199,68 𝑊 (𝑤𝑎𝑡𝑡)
Activitat 2: Calcula el rendiment d’una bombeta elèctrica si té un potència de 60 W i en converteix en llum 10 W.
𝐷𝑎𝑑𝑒𝑠:
𝑃𝑎 = 60 𝑊; 𝑇𝑢 = 10 𝑊
𝜂 =𝑃𝑢
𝑃𝑎=
10 𝑊
60 𝑊= 0,1666 = 16,66 %
Activitat 3: Si un motor elèctric absorbeix 600 W i ens proporciona un treball de 900 kJ durant mitja hora, calcula el seu
rendiment.
𝐷𝑎𝑑𝑒𝑠: 𝑃𝑎 = 600 𝑊; 𝐸 = 900 𝑘𝐽; 𝑡 = 60 𝑚𝑖𝑛 = 1 800 𝑠
𝑃𝑈 =𝑊
𝑡=
900 000 𝐽
1 800 𝑠= 500 𝑊
𝜂 =𝑃𝑢
𝑃𝑎=
500 𝑊
600 𝑊= 0,8333 = 83,33 %
Activitat 4: Calcula el rendiment d’una màquina de vapor si absorbeix una potència de 56 cv i té unes pèrdues de 45 cv.
𝐷𝑎𝑑𝑒𝑠: 𝑃𝑎 = 56 𝑐𝑣; 𝑃𝑝 = 45 𝑐𝑣
𝑃𝑢 = 𝑃𝑎 − 𝑃𝑝 = 56 𝑐𝑣 − 45 𝐶𝑉 = 11 𝑐𝑣
𝜂 =𝑃𝑢
𝑃𝑎=
11 𝑐𝑣
56 𝑐𝑣= 0,1964 = 19,64 %
60 W 10 W
70 W
48 N
15 km/h
600 W
900 kJ
½ hora
45 CV
56 CV
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
10
3. Elements de les màquines
Com hem vist abans les màquines converteixen energia en treball útil, per a poder
complir la seua missió les màquines necessiten una sèrie de dispositius, que
independentment de la complexitat de la màquina, es poden classificar en una sèrie de
grups de dispositius.
En general totes les màquines estan compostes pels dispositius següents:
Activitat 5: Analitza seguint el diagrama anterior com funciona un rellotge mecànic.
Activitat 6: Analitza el funcionament d’una bicicleta.
MÀQUINA Energia
absorbida (Ea) Treball útil (W)
Ene
rgia
perd
uda
(EP)
Dispositiu
motriu
Dispositiu
transmissor/tra-
nsformador
Dispositiu
actuador
RELLOTGE MECÀNIC Energia potencial de la
gravetat Moviment de rotació
de les agulles
En
form
a de
calo
r pe
l
freg
amen
t en
eixo
s, r
oda
Pesa de
marxa Pinyons Agulles
BICICLETA Energia muscular
humana Desplaçament de
la bicicleta
En
form
a de
cal
or
pel f
rega
men
t en
eixo
s, r
oda
i
carr
eter
a ,
resi
stèn
cia
de l’
aire
etc.
Persona Pinyons i
cadena Roda
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
11
4. Tipus d’energia:
L’energia pot presentar-se o utilitzar-se de formes diferents i segons el principi de
conservació de l’energia aquesta “ni es crea ni es detrueix, tant sols es transforma”.
Cal tenir en compte que totes les transformacions energètiques no són iguals d’eficients.
Com les transformacions que estudiem les fan les màquines, la principal tasca dels
enginyers és la de dissenyar i construir les màquines més eficients possibles.
Els tipus d’energia que puguem utilitzar en les màquines són:
ENERGIA MECÀNICA
ENERGIA ELÈCTRICA
ENERGIA RADIANT
És la que està present en la llum, radiacions
electromagnètiques, etc.
És la forma actual de transportar grans quantitats
d’energia a grans distàncies. Acaba transformant-
se en altres formes d’energia.
És l’energia que implica moviment (energia
cinètica) o possibilitat de provocar-lo
(energia potencial).
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
12
ENERGIA QUÍMICA
ENERGIA NUCLEAR
ENERGIA TÈRMICA
5. Transformacions energètiques
No sempre necessiten utilitzar l’energia de la mateixa forma, unes vegades necessitem
energia mecànica, altres radiant, altres tèrmica, etc. La vertadera utilitat de les diferents
formes que presenta l’energia és la possibilitat de fer transformacions utilitzants diferents
artefactes o fenòmens, i que aprofitant-los fem funcionar les màquines.
Està present en els aliments, els combustibles,
acumuladors elèctrics, etc.
És la que s’obté en les reaccions nuclears de fissió o
de fusió dels àtoms.
Té com a origen la transmissió de calor dels cossos
de major temperatura als cossos amb menor
temperatura.
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
13
Activitat 7: Indica quines són les transformacions energètiques que es realitzen a continuació i el dispositiu o fenòmen
que les realitza.
De química a
tèrmica.
CALDERA
De tèrmica a
mecànica.
BIELA-MANOVELLA
De mecànica a
elèctrica.
ALTERNADOR Elèctrica a radiant
BOMBETA
INCANDESCENT
Química a elèctrica
PILA ELÈCTRICA
Mecànica (potencial) a
mecànica (cinètica)
PESA
Elèctrica a radiant
ANTENA
Radiant a química
FOTOSÍNTESI
Radiant a tèrmica
COL·LECTORS SOLARS
PILES O ACUMULADORS Química Elèctrica
Energia incial Màquina o fenomen Energia final
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
14
6. Entropia
Un concepte interessant sobre l’energia és la degradació de l’energia, conegut
tècnicament com entropia, aquesta ens indica que en tots els procesos de transformació
energètica la qualitat de l’energia utilitzada va degradant-se i cada vegada és menys
utilitzable. Si bé en cada instant la quantitat total d’energia que hi ha a tot l’univers és la
mateixa, cada segons que passa la qualitat d’aquesta energia és menor.
Uns exemple ens ajudarà a entendre el concepte: tenim dos recipients amb una
capacitat d’un litre d’aigua cadascun. Un l’omplim d’aigua a una temperatura de 100 ºC i
l’altre d’aigua a 0 ºC. Entre els dos recipients tenim una energia determinada. Si en el
recipient calent tiren un tros de cera, aquesta es fondrà a causa de l’elevada temperatura
(és el treball útil que em de fer).
Si ara mesclem l’aigua dels dos recipients, tindrem la mateixa energia total que al
principi, però ara la temperatura final serà de 50 ºC. Si ara tiren la cera a l’aigua,
observarem que no es fon, és a dir no puguem fer el mateix treball útil que abans. La
conclusió és que tenim la mateixa energia que abans, però ara ja no puguem fer el mateix
treball útil. Hem degradat l’energia incial i l’entropia de l’univers ha augmentat.
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
15
Activitat 8: Indica dins dels quadres els dispositius o fenòmens que permeten fer les transformacions energètiques
següents:
ENERGIA NUCLEAR
ENERGIA QUÍMICA ENERGIA RADIANT
ENERGIA ELÈCTRICA ENERGIA MECÀNICA
ENERGIA TÈRMICA
Reactor nuclear
Focs artificials
Fotosínteis
Pannell solar tèrmic Efecte fotovoltaic
LED Bateria
d’acumuladors
Pila elèctrica
Combustió
Termolisi
Alternador
Motor elèctric
Bombeta
incandescent
Efecte Joule
Piroelectricitat Motors tèrmics
Fregament
Explossió
Radioactivitat
Explossió nuclear
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
16
Activitat 9: Completa les transformacions energètiques que es mostren a continuació.
PILES O ACUMULADORS Química Elèctrica
TÈRMICA Elèctrica
ALTERNADOR Mecànica Elèctrica
MECÀNICA Elèctrica
FREGAMENT Mecànica Calorífica
CÈL·LULES
FOTOVOLTAIQUES Elèctrica
Estufa elèctrica
Motor elèctric
Energia incial Màquina o fenomen Energia final
FOTOSÍNTESI Radiant (solar) Química
Radiant (solar)
6.2. Màquines i rendiment 3r ESO
17
Activitat 10: Realitza un resum de 20 línies de la lectura inicial del tema.
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________________