Menu

Central nuclear d'Isar, Alemanya

Piscina de combustible nuclear gastat

Turbina d'una central nuclear

Què és l'energia?

Què és l'energia?

L'energia és una quantitat física escalar. L'energia és una mesura única de diverses formes de moviment i interacció de la matèria, una mesura de la transició de la matèria d'una forma a una altra. La introducció del concepte d'energia és important perquè si el sistema físic està tancat, llavors la seva energia s'emmagatzema en aquest sistema durant el temps durant el qual el sistema estarà tancat.

Un sistema tancat és un sistema que no intercanvia energia amb l'exterior. Aquesta declaració es diu la llei de conservació de l'energia: l'energia ni es crea ni es destrueix, únicament es pot transformar. Únicament és possible convertir un tipus d'energia en un altre tipus d'energia. Per exemple, l'energia nuclear en energia elèctrica.

En general, l'energia es denota amb el símbol E. Per indicar la quantitat de calor (la quantitat d'energia transmesa per transferència de calor), generalment s'usa el símbol Q. Per designar el treball com la quantitat d'energia transferida, generalment s'usa el símbol W. el símbol O s'usa generalment per indicar l'energia interna de el cos (s'ha d'especificar l'origen de l'símbol).

Tipus d'energia

L'energia es pot presentar sota diverses formes, que, pel principi de conservació de l'energia, es poden transformar les unes en les altres. Per tant, podem parlar de diferents tipus d'energia més en funció dels seus efectes que del seu origen natural. En aquest sentit, l'energia pot ser classificada en mecànica, termodinàmica, electromagnètica i nuclear.

Definició d'energia mecànica

L'energia mecànica es deu a les variables geomètriques i dinàmiques de sistema, des d'un punt de vista macroscòpic, i és la que respon a l'esquema matemàtic més senzill.

La definició d'energia mecànica en un cos material de massa constant (m) és la suma de la seva energia cinètica i la seva energia potencial. L'energia cinètica és proporcional a la velocitat de el cos mentre que l'energia potencial depèn de la posició de el cos en el camp de forces que l'envolta. Així en el cas de la caiguda lliure la posició vindria determinada per l'altura i el camp de forces per la força de la gravetat. També es pot considerar l'energia potencial de deformació deguda a les propietats elàstiques d'un cos deformat com podria ser una molla comprimit.

Definició d'energia termodinàmica

La definició d'energia termodinàmica té sentit des d'un punt de vista molecular. Tenint en compte les variables termodinàmiques, podem definir l'energia interna U d'un sistema com la suma de les energies cinètiques de les molècules que el componen i l'energia potencial de les forces entre elles. Cadascun dels àtoms o molècules d'un cos o d'una substància estan en continu moviment ja sigui de rotació, translació o vibració, respecte a la posició d'equilibri, més o menys intensos segons la temperatura. Des d'aquest punt de vista podem afirmar que l'energia tèrmica equival a l'energia cinètica de les molècules, tal com ho va formular L. Boltzmann en la seva teoria cinètica dels gasos.

L'energia interna no és una magnitud mesurable d'una manera absoluta, sinó que només es mesuren les variacions d'energia entre dos estats de sistema (primer principi de la termodinàmica).

El nom que se li dóna depèn de la manifestació d'aquesta energia o de la naturalesa de l'fenomen que la genera. definim

  • energia d'enllaç o energia de formació la diferència entre l'energia d'una molècula i la dels àtoms que la formen (enllaç),
  • energia de dissociació l'energia alliberada en la dissociació d'un compost,
  • energia d'activació l'augment d'energia necessari perquè es produeixi una reacció química (energia d'activació) i
  • energia de ressonància la diferència entre l'energia de formació teòrica i l'energia de formació real d'un compost ressonant (ressonància).

L'energia lliure relaciona la variació d'energia interna (U) o d'entalpia (H) amb la variació de l'entropia (S) d'un sistema i serveix per indicar en quina direcció evolucionarà espontàniament el sistema (afinitat).

Definició d'energia electromagnètica

La definició de l'energia electromagnètica és l'energia derivada de la naturalesa electromagnètica de la matèria.

L'energia electromagnètica es manifesta bàsicament de dues formes: transformant-se en energia cinètica de les càrregues elèctriques que són a la seva zona d'influència-que pot convertir-se en calor (efecte Joule) o energia mecànica (motors elèctrics) - o propagant com a energia radiant fora de l' medi on s'ha generat en forma d'ones electromagnètiques-que poden convertir-se després en energia lluminosa, etc. - o també, a escala atòmica, emetent partícules portadores d'una certa quantitat d'energia determinada per l'equació de Planck (efecte fotoelèctric).

Definició d'energia nuclear

energia nuclearL'última definició d'energia és l'energia nuclear. Aquest tipus d'energia manté els components de l' nucli atòmic molt junts. La massa d'un nucli atòmic és inferior a la suma de les masses de les partícules elementals que el formen (defecte de massa). Aquest defecte de massa es deu a l'aparició d'una energia de cohesió absorbida per l'estructura nuclear i que es pot calcular mitjançant la teoria de la relativitat d'Einstein.

Aquesta energia pot ser alliberada en forma d'energia radiant i d'energia cinètica de les partícules que són expulsades de l'nucli.

Energia renovable i energia no renovable

També hi ha dues definicions d'energia que es refereixen a la forma d'aprofitament. En aquest sentit podem distingir l' energia renovable i l'energia no renovable. Habitualment ens referim a aquestes dues definicions per parlar de la generació d'energia elèctrica però l'aprofitament d'aquests tipus d'energia no sempre és per generar electricitat.

L' energia renovable és l'energia que prové de fonts inesgotables. Alguns exemples d'aquest tipus d'energia són l'energia solar (fotovoltaica i tèrmica), l'energia eòlica, l'energia hidràulica.

L'energia no renovable és l'energia que prové de fonts limitades. A les no renovables, el consum d'aquest tipus d'energia és més gran que la seva capacitat de regeneració. Alguns exemples d'aquest tipus d'energia són els combustibles fòssils (carbó, petroli i gas natural) i l'energia nuclear entre d'altres. En el cas de l'energia nuclear, i més concretament amb la fissió nuclear, tot i que es pot obtenir una gran quantitat d'energia per unitat de combustible nuclear, l'urani és un recurs natural limitat que no es regenera per si sol.

Com s'utilitza l'energia? Usos i aplicacions de l'energia

La utilització de l'energia com a font de treball ha estat sempre una necessitat essencial per a l'home i un dels factors fonamentals de el desenvolupament econòmic i de el progrés tècnic moderns.

Fins a l'inici de la revolució industrial, exceptuant experiments aïllats, l'home feia servir com a fonts d'energia, la força muscular, l'energia hidràulica i l'energia eòlica per a la producció de treball mecànic, i combustibles vegetals per a l'obtenció de calor. Aquests eren fins llavors els únics recursos utilitzats per a l'obtenció d'energia, encara que en temps es van anar perfeccionant aquests sistemes per aconseguir rendiments més elevats (utilització més racional dels animals, perfeccionament de les tècniques de navegació a vela, invenció de la roda hidràulica, etc.).

El principi d'el desenvolupament per a les tècniques d'explotació de l'energia va ser en l'aparició de la màquina de vapor i la transformació de la roda hidràulica en turbina. Més tard, la construcció dels primers motors de combustió va donar l'empenta definitiva a l'obtenció d'energia mecànica a partir de la calor.

Avui, les fonts d'energia més utilitzades són els salts d'aigua, els combustibles i la fissió nuclear, i, amb menor importància, l'energia solar, l'eòlica, la geotèrmica i la de les marees.

L'explotació de l'energia hidràulica requereix unes condicions topogràfiques i hidrogràfiques adequades i la construcció d'obres d'embassament i de maquinària de grans dimensions per tal d'aconseguir rendiments energètics acceptables (que poden arribar a un 80%, o més, de l'energia potencial de l' aigua). Generalment sempre per a la producció d'energia elèctrica.

La font més important d'energia està constituïda pels combustibles que ha patit un creixement exponencial en els últims anys. El rendiment màxim és molt inferior a l'obtingut mitjançant energia hidràulica però la seva elevada concentració d'energia explica el considerable desenvolupament sofert. La calor obtingut dels combustibles s'aprofita directament o bé és convertit en energia mecànica (motors, turbines ...) i també en l'obtenció d'energia elèctrica per via electroquímica (pila de combustible).

El tercer tipus d'energia més utilitzada és l'energia nuclear, que s'obté generalment per la fissió dels nuclis de substàncies com l'urani, el plutoni, el tori, etc ... La tecnologia de les reaccions de fusió nuclear no és encara prou desenvolupada per a permetre l'explotació industrial i és emprada únicament en laboratoris experimentals i aplicacions bèl·liques. L'energia que s'obté en la fissió nuclear es manifesta en forma de calor, i aconsegueix temperatures molt més elevades que les aconseguides amb combustibles convencionals, però, els rendiments que actualment es poden obtenir són encara molt baixos (de l'ordre d'un 30% ). L'energia nuclear té aplicació bàsicament en la producció d'energia elèctrica i en la propulsió de vaixells.

Història de l'estudi de l'energia

La noció d'energia apareix per primera vegada a partir de les investigacions de Joule i Carnot sobre la conversió de calor en treball mecànic i gràcies a la teoria de Helmholtz en què vincula la feina feta per un sistema isotèrmic amb l'energia interna i l'entropia d'aquest sistema. D'aquesta manera l'energia no només va lligada a el concepte de treball mecànic, sinó també a la feina elèctric, químic o calorífic. Per aquest motiu es pot parlar d'energia elèctrica, energia química i energia calorífica.

Paral·lelament es pot dir que si en un sistema físic aïllat desapareix una determinada quantitat de treball, o una part equivalent d'aquest treball, formant part de diverses formes de l'energia, la mateixa quantitat de treball ha d'aparèixer sota altres formes energètiques segons la definició de llei de conservació de l'energia.

Com a resultat de les investigacions que van efectuar William Thomson i RJE Clausius a mitjan el s. XIX, es va posar en evidència el procés de degradació de l'energia, és a dir, que el treball útil que es pot obtenir en un sistema aïllat no tota l'energia es conserva sinó que hi ha una part d'aquesta energia que es degrada (entropia, segon principi de la termodinàmica). Més endavant, i arran de la teoria de Einstein sobre l'equivalència entre massa i energia (1905), es va ampliar el principi de conservació, i actualment no es diferencia entre la conservació de la massa i la conservació de l'energia donant lloc a la teoria de la relativitat, llei de conservació.

En 1900, Max Planck va donar l'explicació de molts fenòmens fins llavors inexplicats mitjançant la teoria dels quants d'energia (mecànica quàntica), que va suposar l'aportació un concepte fonamental per al coneixement de l'energia.

valoración: 3.1 - votos 7

Última revisió: 10 de febrer de 2020