L'energia és un concepte fonamental en la física i en les nostres vides quotidianes, una força que impulsa tot allò que fem i defineix com interactuem amb el món que ens envolta. Des de la il·luminació de casa nostra fins al funcionament dels nostres dispositius electrònics, des del desplaçament de vehicles fins al creixement de cultius, l'energia juga un paper omnipresent i essencial.
Definició d'energia
L'energia és un concepte fonamental en la física que exerceix un paper crucial en la nostra comprensió de l'univers i en la manera com hi interactuem. En la seva essència més simple, l'energia es pot definir com la capacitat de fer feina o causar un canvi en un sistema.
Aquesta definició, formulada pel físic britànic James Prescott Joule al segle XIX, subjau en totes les branques de la física i és essencial per entendre una àmplia gamma de fenòmens naturals.
Unitats d'energia
L'energia es pot mesurar en diverses unitats, depenent del sistema d'unitats que s'utilitzi i del tipus d'energia específic que s'estigui mesurant.
A continuació presentem una taula amb algunes de les unitats d'energia més comunes:
|
Unitat d'energia |
Símbol |
Equivalència en joules (aproximada) |
|
Joule |
J |
1 joule |
|
Caloria |
calç |
4.184 joules |
|
Quilocaloria (kcal) |
kcal |
4,184 joules |
|
Electrovolti (eV) |
eV |
1.602 × 10-19 joules |
|
Vat-hora (Wh) |
Wh |
3,600 joules |
|
British Thermal Unit |
Btu |
1,055.06 joules |
|
Juliols per mol (J/mol) |
J/mol |
Varia segons la substància química |
|
Quilowatt-hora (kWh) |
kWh |
3,600,000 joules (3.6 megajoules) |
|
Peus-lliura (ft-lb) |
ft-lb |
1.35582 joules |
|
Lliures-peu (lb-ft) |
lb-ft |
1.35582 joules |
Tipus d'energia
L'energia no és pas una entitat única i monolítica; en canvi, es manifesta en diverses formes i es pot classificar en diversos tipus principals.
Aquí, explorem alguns dels tipus d'energia més comuns:
Energia cinètica
Aquesta és l'energia associada al moviment dun objecte. La magnitud de l'energia cinètica depèn de la massa de lobjecte i la seva velocitat. Per exemple, un automòbil en moviment té energia cinètica, i aquesta energia s'incrementa a mesura que augmenta la velocitat.
Energia potencial gravitatòria
Aquesta forma d'energia està relacionada amb la posició dun objecte en un camp gravitatori, com l'energia emmagatzemada per un objecte elevat en laire. Com més alt es troba un objecte, més gran és la seva energia potencial gravitatòria.
Energia potencial elàstica
Es relaciona amb la deformació elàstica d'objectes, com ara una banda de goma estirada o un ressort comprimit. Aquesta energia s'allibera quan l'objecte torna a la forma original.
Energia mecànica
L'energia mecànica és la suma de l'energia cinètica i potencial d'un sistema. Aquesta forma d'energia es relaciona amb el moviment i la posició dobjectes en un sistema.
Energia tèrmica
Resulta de la vibració i el moviment molecular en un sistema. Com més calenta estigui un objecte, més gran serà la seva energia tèrmica. L'energia tèrmica flueix des d'objectes més calents fins a objectes més freds.
Energia química
S'emmagatzema als enllaços químics de les molècules i s'allibera durant reaccions químiques. Per exemple, l'energia als aliments s'allibera quan es metabolitzen al cos humà.
Energia nuclear
Aquesta és l'energia continguda en el nucli dels àtoms. S'allibera a les reaccions nuclears, com la fissió (divisió de nuclis) i la fusió (unió de nuclis). L'energia nuclear és la força darrere del sol i les bombes atòmiques.
Energia elèctrica
Prové del moviment delectrons en un conductor. És la base de la tecnologia moderna i sutilitza per alimentar dispositius electrònics, il luminació i més.
Energia electromagnètica
L'energia electromagnètica és una forma d'energia que es propaga a través d'ones electromagnètiques, com ara la llum visible, les microones, els raigs X i les ones de ràdio. Aquesta energia és transportada per camps elèctrics i magnètics oscil·lants.
Energia magnètica
Associada amb els camps magnètics i la seva capacitat per realitzar treball en objectes magnètics, com ara motors elèctrics.
Energia sonora
Es genera per la vibració de partícules en un medi, com ara l'aire o l'aigua. El nostre sentit de l'oïda detecta aquesta energia en forma de so.
Principis fonamentals de l'energia
L'energia segueix dos principis fonamentals:
Principi de conservació de l'energia
Aquest principi estableix que l'energia no es pot crear ni destruir, només es transforma d'una forma a una altra o es transfereix d'un sistema a un altre en un sistema aïllat. En altres paraules, la quantitat total d'energia en un sistema aïllat es manté constant el temps.
Això significa que l'energia total inicial d'un sistema és igual a l'energia total final, fins i tot si canvieu d'una manera a una altra.
Principi de transferència d'energia
El segon principi fonamental de l'energia es refereix a com l'energia es pot transferir dun objecte o sistema a un altre a través de diferents processos. Això significa que l'energia pot moure dun lloc a un altre i canviar duna manera a una altra.
Per exemple, quan s'aplica una força a un objecte, es fa un treball sobre aquest objecte i s'hi transfereix energia mecànica. De la mateixa manera, l'energia tèrmica pot fluir d'un objecte més calent a un de més fred fins que arriben a l'equilibri tèrmic.
La transferència d'energia també és essencial en la generació delectricitat, on es converteix l'energia mecànica, tèrmica, química o altres formes en energia elèctrica que pot ser transportada i utilitzada per realitzar treball.
Exemples d'energia en el dia a dia
L'energia és present en nombrosos aspectes de la nostra vida diària.
A continuació presentem alguns exemples de com es manifesta l'energia en situacions quotidianes:
-
Electricitat a la llar : L'energia elèctrica és essencial a casa nostra per alimentar llums, electrodomèstics, ordinadors, carregadors de dispositius, televisors i molt més.
-
Cuina : En cuinar, utilitzem energia tèrmica per escalfar aliments a estufes, forns de microones i altres dispositius.
-
Transport : Els vehicles, ja siguin automòbils, trens, autobusos o bicicletes elèctriques, requereixen energia per moure's. Els automòbils utilitzen gasolina o electricitat, mentre que els trens poden ser elèctrics o dièsel.
-
Il·luminació : L'energia elèctrica es converteix en llum en les nostres làmpades i bombetes per il·luminar les nostres llars i carrers.
-
Central nuclear : els reactors nuclears utilitzen l'energia nuclear per generar energia tèrmica i convertir-la en energia elèctrica.
-
Calefacció i refrigeració : Els sistemes de calefacció i aire condicionat utilitzen energia tèrmica per mantenir les nostres cases a una temperatura confortable.
-
Electrònica personal : Els telèfons mòbils, tauletes i ordinadors portàtils funcionen amb bateries que emmagatzemen energia elèctrica.
-
Menjar i beguda : L'energia química als aliments i les begudes proporciona l'energia necessària per a les nostres activitats diàries.
-
Il·luminació natural : La llum solar proporciona il·luminació natural durant el dia i també s'utilitza en sistemes d'energia solar per generar electricitat.
-
Transport públic Els sistemes de transport públic, com a metres i tramvies, utilitzen energia elèctrica i cinètica per moure's.
-
Esport i exercici : Les energies cinètica i potencial estan involucrades en la pràctica d'esports i exercicis, ja sigui corrent, nedant o aixecant peses.
-
Entreteniment : Els videojocs, les pel·lícules i els concerts requereixen energia elèctrica per al seu funcionament i gaudi.
-
Estudi i treball Els ordinadors, els llums i altres dispositius elèctrics són essencials per a l'estudi i el treball a oficines i escoles.
-
Transport de càrrega Els camions i vaixells utilitzen combustibles fòssils per transportar mercaderies a nivell local i global.
-
Medicina : Els equips mèdics, com màquines de raigs X i ressonàncies magnètiques, utilitzen energia elèctrica en diagnòstics i tractaments.
-
Comunicació : L'energia és fonamental a les xarxes de comunicació, incloent Internet i les xarxes mòbils.
-
Energia renovable : Algunes persones utilitzen sistemes d'energia solar o eòlica a casa per generar electricitat de manera sostenible.