L’energia

1. Què és l’energia?

2. Les unitats de mesura de l’energia.

3. Manifestacions de l’energia.

4. Conservació i degradació de l’energia.

5. Les fonts energètiques.

6. Convertir l’energia primària en energia útil. Les centrals elèctriques.

7. Xarxes de distribució d’energia final.

8. Usos de l’energia.

9. Impacte sobre el medi i estalvi energètic.

10. Enllaços interessants.

11. Guió del dossier del tema.  Curs 2014-15

 

1. Què és l’energia?

Sovint sentim anomenar la paraula energia: l’energia del petroli, del Sol, l’energia que els aliments ens proporcionen per viure… Però què és en realitat?

L’energia és allò que ajuda a crear nous materials i canviar el seu estat físic, per altra banda, ens permet deformar els objectes i modificar el seu estat de moviment, i també, fer qualsevol tipus de treball. L’energia és una magnitud física, ja que es pot mesurar, encara que sigui de manera indirecta.

Les principals característiques de l’energia són:

      • Pot transferir d’uns sistemes a uns altres.
      • Pot ser emmagatzemada i transportada.
      • Es conserva.
      • Es degrada.

Com veus, una de les característiques de l’energia és que es transforma. Així ocorre en les situacions que has vist més amunt: l’energia de combustió del motor de la moto aquàtica es transforma en energia cinètica, l’energia del vent produeix el moviment dels cossos al mar, l’energia química dels aliments es transforma en energia que podem utilitzar per a les nostres activitats quotidianes, … i així passa en qualsevol procés en què es manifesta l’energia.

L’energia es pot percebre quan és transmesa d’un objecte a un altre.

Percebem:

• l’energia cinètica de la mà de la persona quan tanca la porta,
• l’energia elàstica de la corda de l’arc, quan impulsa la fletxa que forada la poma,
• l’energia elèctrica de la pila quan es fa anar un comandament,
• l’energia química de combustió de la benzina quan mou el cotxe,
• l’energia tèrmica del gas quan escalfa l’aigua i l’energia tèrmica que quan ja bull l’aigua, perquè mou la tapadora.
Podem doncs definir l’energia com la capacitat que té un sistema material per a produir canvis en un altre sistema material o sobre si mateix.
També podríem relacionar l’energia amb el treball que realitza un cos i definir-la com la capacitat que tenen els cossos de produir un treball.  El treball, en física, és una mesura de l’energia transmesa d’un cos a un altre.
Energía y trabajo.  En el primer apartat s’expliquen els conceptes d’energia i les formes de transferir-la.

Torna a l’índex.

2. Les unitats de mesura de l’energia.
La unitat de mesura del Sistema Internacional d’Unitats (SI) és el Joule (J).  Com que aquesta quantitat d’energia és molt petita es fan servir múltiples d’aquesta: 1 mega Joule (M J) = 1.000.000 joules.
Quan, per exemple, aixequem 10 cm l’alçada d’una llauna d’1 kg, li proporcionem una energia potencial d’aproximadament 1 joule. Només per escalfar un grau la temperatura d’1 litre d’aigua, es requereixen més de 4.000 J. 
La unitat de mesura de l’energia tèrmica és la caloria i equival a 4,186 Joules.  Una caloria és la quantitat de calor necessària per a elevar 1º C un gram d’aigua. Per a pujar un grau la temperatura d’un litre d’aigua, es necessiten, per tant, 4.186 J (1.000 calories).
Com que el Joule és una quantitat d’energia molt petita es fan servir múltiples de la mateixa:
  • 1kiloJoule (K J) = 1.000 Joules
  • 1megaJoule (M J) = 1.000.000 joules
Al llarg del temps s’han utilitzat altres unitats de mesura d’energia entre les que podem citar aquestes:
  • 1 caloria = 4,18 Joules
  • 1 Kilowatt hora (KWh) = 3.600.000 Joules
  • 1TEP (Tona equivalent de petroli) = 41.840.000.000 Joules
  • 1TEC (Tona equivalent de carbó) = 29.300.000.000 Joules
  • 1BTU British Thermal Unit = 1.055 Joules
Converteix energia.  En aquest enllaç trobaràs un convertidor de les principals unitats de mesura.

Torna a l’índex.

3. Manifestacions de l’energia.

3.1. L’energia de la posició. L’energia potencial.

De vegades, les forces que actuen sobre un cos depenen de la seva posició.

En aquests casos, la posició porta associada una energia que s’anomena energia potencial, que és la que tenen els cossos pel fet d’estar situats a una altura determinada.  Per exemple, un cos situat a una certa alçada, capaç de caure més avall, té una energia potencial gravitatòria relacionada amb el pes i l’alçada que pot calcular-se amb l’expressió següent:

Ep=m · g · h

m = massa del cos
g = gravetat
h = alçada

El valor de l’energia potencial depèn de la massa del’objecte, de l’alçada relativa a la que es trobi i de l’acceleració de la gravetat (g) que té un valor constant de 9,8 m/s2

És  aquesta energia potencial la que s’acumula a les aigües d’un embasament i posteriorment es transforma en electricitat mitjançant les turbines i els alternadors de la central hidroelèctrica.

 

 

Hi ha més formes d’energia potencial:

 

 

    • les càrregues elèctriques, que emmagatzemen una energia potencial elèctrica lligada a la força elèctrica quan se n’acosten dues del mateix signe o se n’allunyen dues de signe oposat.

 

 

3.2. L’energia del moviment.  L’energia cinètica.

Quan un cos amb una determinada massa es mou, es diu que té una energia anomenada energia cinètica.

L’energia cinètica d’un cos depèn tant de la seva massa com de la seva velocitat, i pot calcular-se amb aquesta expressió:

Ec=1/2 · m · v2

m = massa del cos
v = velocitat

És més gran com més gran sigui la velocitat i la massa de l’objecte en qüestió.  Si es compara un cotxe en moviment amb una bicicleta que porti la mateixa velocitat, el cotxe tindrà més energia cinètica perquè té més massa. Així mateix, també el cotxe necessita més energia que la bicicleta per adquirir la mateixa velocitat.

Quan un cotxe xoca, l’energia cinètica deforma la planxa i, finalment, es transforma en energia tèrmica.
Els ocupants d’un vehicle en moviment porten la seva mateixa velocitat i, per tant, tenen també energia cinètica. Els seients, els coixins de seguretat i els cinturons són els encarregats d’absorbir-la en cas d’accident.
Els fabricants d’automòbils els dissenyen de manera que en cas d’accident la deformació dels vehicles sigui prou gran per a poder absorbir l’energia, i controlen els punts per on es deformen per a protegir els ocupants. Tot això ho proven amb ninots (crash test dummies).

3.3. L’energia mecànica.

Sovint l’energia cinètica es transforma en algun tipus d’energia potencial i a l’inrevés. L’aigua de l’embassament d’una central hidroelèctrica emmagatzema energia potencial que es transforma en energia cinètica quan passa a través de les turbines situades a peu de presa. En les muntanyes russes l’energia potencial es converteix en cinètica a les baixades, mentre que es produeix el procés invers a les pujades.
Aquestes nombroses transformacions fan que es defineixi l’energia mecànica d’un cos com la suma de l’energia cinètica i de les energies potencials que tingui.

 Sense títol

En les següents simulacions es pot observar com l’energia potencial es transforma en cinètica i a l’inrevés (cal anar al final de la pàgina que s’obre per poder-les observar):

Clicant en la imatge veuràs com canvia l’energia potencial elàstica i cinètica en una molla.

Clicant en la imatge veuràs com un skater transforma la seva energia cinètica en potencial i a l’inrevés quan llisca per un half pipe.

 

 

Sense títol

 

Clicant en la imatge veuràs com es transforma l’energia en xocar les dues boles.

 

En aquest enllaç a librosvivos.net, en l’apartat 2 podràs veure diversos exemples i simulacions sobre el concepte d’energia mecànica.

 

3.4. L’energia de la matèria.  L’energia dels enllaços.

A més d’energia cinètica i potencial, un cos té energia pel sol fet de ser constituït de matèria.

La matèria que ens envolta és composta d’àtoms, tant si estan aïllats com si estan units amb altres. Al mateix temps, els àtoms són formats per partícules encara més petites, com els electrons, els protons, els neutrons… Cadascuna d’aquestes partícules té la seva energia i és capaç d’interaccionar a escales diferents. És molt difícil calcular o mesurar tota l’energia que té un fragment de matèria i normalment només ens fixem en les pèrdues o els guanys d’energia que aquest experimenta.

L’energia d’un cos és la suma de “diferents energies” que tenen els seus components, que poden ser, per exemple, l’energia química, l’energia nuclear o l’energia interna.

Quan s’acosten dos imants, s’observa que els pols oposats s’atrauen fins que s’enganxen. Dos imants units d’aquesta manera formen un conjunt més estable del que tenien quan estaven separats. Si volem separar novament els imants, caldrà una aportació d’energia, igual a la mateixa quantitat que han desprès en unir-se.
De manera similar, les unions entre àtoms o molècules tenen associades una energia anomenada energia química, i l’energia relacionada amb les unions entre les partícules que integren els nuclis atòmics s’anomena energia nuclear.

3.5. L’energia química.

Els enllaços químics es produeixen quan els àtoms o les molècules s’uneixen per formar una estructura més estable.  L’energia química la tenen els compostos químics i es posa de manifest quan es du a terme una reacció química.  És aquella que esta emmagatzemada als elements i compostos químics i que pot ser transformada en llum i calor quan aquests reaccionen entre si per formar nous compostos.

Algunes reaccions químiques alliberen energia perquè es trenquen enllaços i se’n formen de nous, que no requereixen tanta energia. Aquesta energia lligada als enllaços químics s’anomena energia química.

L’energia química està relacionada, per tant, amb les forces d’atracció o de repulsió que es produeixen entre els diferents àtoms i és, en realitat, una forma d’energia potencial.

L’energia química que conté la benzina la podem transformar en calor i, posteriorment, en energia cinètica, quan cremem la benzina, fent-la reaccionar amb l’oxigen de l’aire i així poder posar en moviment un automòbil.

De la mateixa manera, els sucres que ingerim amb els aliments contenen energia química que utilitzem per mantenir la temperatura corporal i fer exercici físic.

Sense títol

3.6. L’energia interna.

També se l’anomena energia tèrmica, deguda al constant moviment aleatori dels àtoms que componen la matèria. És, per tant, la suma de les energies cinètica i potencials de tots els àtoms o molècules que componen un cos.

Aquest moviment li dóna a un material la seva temperatura i d’aquesta manera, com més es mouen les molècules que el componen, més gran és la temperatura que aquest material registra. L’energia interna o tèrmica és bàsicament l’energia que posseeix una substància com a conseqüència del moviment dels àtoms i molècules que el componen.

La temperatura és un índex de l’energia cinètica mitjana que tenen els àtoms que formen un cos.  La quantitat total d’energia interna del cos depèn també de la quantitat d’àtoms que tingui.

Si bé està molt relacionat amb la calor, és molt important no confondre aquest concepte amb el de calor. La calor és l’energia que es transfereix d’un lloc a un altre, mentre que l’energia tèrmica, interna o energia calòrica fa referència al moviment de les partícules que el formen i l’home pot aprofitar aquesta energia per coure aliments, la calefacció, la producció d’energia i en diferents sectors de la indústria. També pot moure cossos; aquest efecte és el que s’aprofita per fer anar la màquina de vapor.

La calor que conté un determinat cos material no la podem apreciar, però si que podem notar els seus efectes. Entre aquest efectes de la calor tenim els canvis d’estat, la dilatació, la transmissió d’aquesta calor d’uns cossos a uns altres i la temperatura d’aquests cossos.

3.7. L’energia nuclear.

L’energia nuclear és l’energia que s’obté al manipular l’estructura interna dels àtoms. Es pot obtenir mitjançant la divisió del nucli (fissió nuclear) o la unió de dos àtoms (fusió nuclear).

El nucli dels àtoms és format per un conglomerat de protons i neutrons. Les forces que els uneixen són molt grans i la major part dels nuclis són tan estables que és pràcticament impossible arrencar-los un protó. Però hi ha una colla de nuclis, sobretot els més grans, que són inestables. Són els nuclis dels àtoms anomenats “radioactius”.

En la fissió nuclear, un neutró xoca amb el nucli gran i inestable d’un àtom radioactiu i el “trenca” en àtoms més petits, alhora que desprèn més neutrons que poden continuar “trencant” més nuclis al seu voltant en altres de més petits i que necessitin menys energia per mantenir units els protons i els neutrons dels seus nuclis. L’energia sobrant és alliberada: és l’energia nuclear.

Generalment, aquesta energia (que s’obté en forma de calor) s’aprofita per generar energia elèctrica a les centrals nuclears, tot i que es pot utilitzar en moltes altres aplicacions.

Sense títol

També pot produir-se energia nuclear en la fusió d’àtoms petits si el nucli que en resulta és més estable.  En la fusió nuclear, dos nuclis atòmics d’àtoms normalment d’hidrogen o els seus isòtops s’uneixen per a donar lloc a un sol nucli més gran. La fusió nuclear és un procés que no genera residus radioactius de llarga durada.

De fet, l’energia solar és un exemple d’energia nuclear de fusió ja que té el seu origen en la fusió nuclear de nuclis d’hidrogen, generant-se heli i alliberant una gran quantitat d’energia que arriba a la Terra en forma de radiació electromagnètica.

3.8. L’energia radiant.

L’energia radiant també anomenada electromagnètica és la que es propaga sense necessitat de suport material, és a dir, es pot propagar pel buit.

La llum del sol és utilitzada per les plantes verdes per fer les seves activitats vitals. En la reacció de fotosíntesi, la llum transforma el diòxid de carboni de l’aire, l’aigua i les sals minerals del terra en oxigen i nous compostos químics amb els quals la planta creix i forma noves fulles i flors.

Existeixen diversos paràmetres per descriure una ona que són vàlids per parlar de l’energia radiant:

  • Longitud d’ona (λ): Distància entre dos punts del medi que es troben en el mateix estat de vibració (oscil·lació).
  • Amplitud (A): És la màxima separació entre ones.
  • Freqüència (f): És el nombre d’oscil·lacions que es produeixen per unitat de temps.
La llum és una radiació electromagnètica capaç d’impressionar l’ull humà. Hi ha llum de diferents longituds d’ona que, per aquesta raó, es veu de diferents colors.  Si la llum del sol pot produir aquest efecte en les plantes vol dir que té energia.  A més de la llum, hi han altres radiacions electromagnètiques, que es diferencien totes, entre elles, per la seva longitud d’ona. La televisió, el telèfon mòbil i els aparells que fem servir per posar-nos morenos funcionen amb aquestes radiacions.

Començant per les radiacions amb longitud d’ona més curta i anant fins a les que la tenen més llarga trobem: raigs gamma, raigs X, ultraviolats, infrarojos, microones i ones de radio i televisió. Entre els ultraviolats i els infrarojos hi són les ones lluminoses. Un forn microones produeix, mitjançant un magnetró, ones d’una freqüència de 2,45 giga Hertzs. Aquesta radiació fa vibrar les molècules d’aigua que contenen els aliments i genera l’escalfor que els cou.  El sistema de comunicació sense fils “Bluetooth”també utilitza microones, al igual que els sistemes de detecció d’obstacles per radar.

3.9. L’energia elèctrica.

L’energia elèctrica és l’energia associada al corrent elèctric.

Els electrons d’un conductor poden adquirir una energia a causa de la seva càrrega. És l’energia elèctrica, que pot considerar-se també una forma d’energia potencial.

Des de fa molts segle es coneixi que hi ha dos tipus d’electricitat o de “càrrega”: la positiva i la negativa. La càrrega d’un cos s’adquireix pel guany d’electrons (càrrega negativa) o per la seva pèrdua (càrrega positiva). Els protons són càrregues de signe positiu, molt difícils d’arrencar dels àtoms.

Les forces d’atracció o repulsió que exerceixen les càrregues entre elles, segons el signe que tinguin, són la causa de les reaccions químiques. També són responsables del fet que els electrons es mantinguin en òrbita al voltant dels nuclis atòmics (amb càrrega positiva). A la majoria de substàncies les càrregues es troben en igual quantitat; quan hi ha un desequilibri diem que el cos és “carregat” i l’àtom passa a anomenar-se ió.

Els corrents elèctrics es produeixen per la circulació de càrregues que busquen una situació d’equilibri. En el seu camí, les càrregues poden travessar determinats dispositius que transformen l’energia elèctrica en altres formes d’energia útils: lluminosa, mecànica, calorífica…, segons les necessitats i a més té l’avantatge de poder ser transportada a grans distàncies.

L’energia elèctrica, per si mateixa, ens serveix de ben poca cosa, però es transforma fàcilment en moltes altres formes d’energia que ens són molt útils. A més, és neta, fàcil i ràpida de transportar. Només fa falta un parell de cables per conduir el corrent elèctric d’un lloc a un altre. Per això l’energia elèctrica s’ha convertit en una espècie de “moneda de canvi” intermediària entre l’energia d’origen i l’energia final que gastem. 
Aquesta energia s’ha de produir perquè de moment no sabem obtenir-la directament de la natura. La pot produir una pila o un generador. Les centrals elèctriques produeixen energia elèctrica a partir d’altres formes d’energia com l’energia cinètica o l’energia química. 

Antigament l’energia es consumia al mateix lloc que es produïa. A finals del segle XIX i principis del segle XX, amb la Revolució Industrial, moltes indústries es localitzaven vora els rius perquè així aprofitaven l’energia dels corrents d’aigua.  El riu Llobregat és un bon exemple d’aquest fet i està resseguit per moltes colònies tèxtils que aprofitaven el moviment de l’aigua per produir electricitat i així poder fer funcionar els telers.

Amb l’aparició de l’energia elèctrica i gràcies a la seva capacitat de transformació i transport, els punts de consum poden estar molt allunyats dels centres de producció (les centrals elèctriques).

Formas de energía.  Apartat 2 d’aquesta unitat del Proyecto Newton.  Explica clarament les diferents formes d’energia.

Torna a l’índex.

 

4. Conservació i degradació de l’energia.

Fins ara hem vist que l’energia passa d’un cos a un altre i només canvia la forma que pren. Sempre que un cos perd energia n’hi ha un altre que en guanya.  A la natura existeix el principi de conservació de l’energia:

“L’energia no es crea ni es destrueix, només es transfereix o es transforma.”

“L’energia total de l’Univers es manté constant”.

La teoria de la relativitat formulada per Einstein estableix una equivalència entre massa i energia i permet explicar les conversions de massa en energia que tenen lloc en les reaccions nuclears.  En aquest vídeo en Beakman explica la teoria de la relativitat d’Albert Einstein.

Imatge de previsualització de YouTube

L’energia es conserva, però la realitat demostra que després de cada transformació és més difícil aconseguir noves transformacions aprofitables.  Per tant, quan un tipus d’energia es transforma en un altre no ho fa en la seva totalitat. Gairebé sempre hi ha una pèrdua d’energia que pot ser en forma de calor que es transforma en energia interna. L’energia es degrada.
Qualsevol tipus d’energia pot transformar-se íntegrament en calor; però, aquest no pot transformar-se íntegrament en altre tipus d’energia. Es diu, llavors, que la calor és una forma degradada d’energia. En són exemple:
  • L’energia elèctrica, al passar per una resistència.
  • L’energia química, en la combustió d’algunes substàncies.
  • L’energia mecànica, per xoc o fregament.

Com que en totes les transformacions energètiques una part de l’energia es transforma inevitablement en energia interna, podem considerar que l’energia es degrada i que l’Univers s’escalfa, encara que la quantitat d’energia-matèria romangui constant.

4.1 Principi de conservació de l’energia mecànica.

L’energia mecànica d’un cos, és la suma de l’energia cinètica i potencial d’aquest cos. 
Em = Ec + Ep
Si no es tenen en compte les forces de fricció, l’energia mecànica es conserva; això vol dir que sempre val el mateix, és a dir, el seu valor es manté constant.
Imagina un cos situat a una certa altura, que està aturat i té una energia mecànica de 100J. Aquests 100J són en forma d’energia potencial, ja que la cinètica, al no tenir velocitat, és nul·la.  Si es deixa caure, va perdent alçada i, per tant, perd energia potencial; al mateix temps, durant la caiguda, el cos va guanyant velocitat, la qual cosa vol dir que guanya energia cinètica, de manera que la suma d’aquestes dues energies continua sent 100 J.
En el moment què el cos arriba a terra, l’alçada és zero i, en conseqüència, l’energia potencial és nul·la i tota l’energia que té el cos és cinètica què en aquesta posició val 100J.  
Si es té en compte la força de fricció amb l’aire, hi haurà una pèrdua d’energia.
Imagina que en el cas de l’exemple anterior, durant la caiguda, a causa de la fricció amb l’aire es perden 20 J d’energia.  En arribar a terra, el cos tindrà únicament 80 J (100J – 20J) en forma d’energia cinètica.
Energia i treball.   En el quart apartat s’explica el principi de conservació de l’energia i hi ha una activitat per comprovar-lo en un experiment amb un pèndol (en castellà).

Torna a l’índex.

5. Les fonts energètiques.

Les fonts d’energia són els diferents recursos que hi ha a la natura dels quals es pot obtenir energia per obtenir calor, moviment, etc.

A la Terra gairebé tota l’energia que utilitzem té el seu origen en el Sol: subministra llum i calor amb la seva radiació electromagnètica, i se’n deriven altres tipus d’energia com el vent, les onades, etc.

5.1. Tipus de fonts energètiques.

  • Segons la seva naturalesa les fonts d’energia es classifiquen en:

Primàries:  Són les que es troben directament a la natura: Sol, vent, aigua, llenya, carbó, petroli…

Secundàries o finals:  Són les que s’obtenen a partir de fonts primàries: electricitat, gasolina, etc.

  • Segons les reserves disponibles i la seva capacitat de regeneració les fonts d’energia es classifiquen en:

Renovables: Són les que provenen de fonts energètiques que es renoven en un període curt de temps i de les quals hi ha reserves il·limitades, com ara les que provenen del Sol, del vent, de l’aigua del mar, dels rius…  Acostumen a ésser energies netes, que no generen residus contaminants.

La utilització de les energies renovables presenta alguns avantatges respecte a les energies convencionals. Les energies renovables són una aposta estratègica de futur, perquè són netes, es restitueixen gratuïtament i poden ser part de la solució al problema energètic a llarg termini.

Són fonts d’energia renovable: solar, eòlica, hidràulica, mareomotriu, geotèrmica, biomassa i  la de les onades del mar.

No Renovables:  Són les que provenen de fonts d’energia que trobem a la Terra en quantitat limitada i, per tant, són exhauribles, o bé que el seu període de renovació és tan llarg que no es poden aconseguir per ús humà un cop s’hagin exhaurit del tot.

Exemples d’aquestes fonts d’energia són: els combustibles fòssils (carbó, petroli i gas) i el d’origen mineral, l’urani.

5.2. El Sol.

El sol és la principal font d’energia. Produeix el que s’anomena energia solar i a la vegada la major part de les formes d’energia procedeixen indirectament del sol.  Les altes pressions i temperatures que hi ha a l’interior del sol fan que els àtoms d’hidrogen reaccionin entre ells fusionant els seus nuclis i transformant-se en àtoms d’heli (reaccions de fusió nuclear).  En aquesta reacció nuclear s’allibera gran quantitat d’energia que és enviada a l’espai en forma d’energia radiant i tèrmica.

Aquesta energia quan arriba a la terra experimenta diverses transformacions fins a convertir-se pràcticament en tota l’energia de què disposem.

L’energia solar s’aprofita directament per produir electricitat i calor:

    • Escalfament directe: Disseny d’habitatges que restringeixen l’ús de la calefacció i de l’aire condicionat. Escalfament d’hivernacles i assecaments agrícoles.
    • Calefacció i aigua calenta: els panells solars absorbeixen la calor i la transmeten a les canonades connectades a la instal·lació d’aigua de l’edifici. D’aquesta energia en diem solar tèrmica.  Descobreix com funciona un col·lector solar tèrmic.

La seva utilització és una de les grans esperances per solucionar els problemes que planteja el requeriment energètic mundial perquè és econòmica i no deixa residus contaminants.

5.3. El vent.

El sol escalfa l’atmosfera de la Terra i provoca el desplaçament de l’aire, el qual origina els vents.  L’energia del vent s’anomena energia eòlica i la seva importància ha esta treconeguda des de l’antiguitat. Han estat molts els intents de l’home al llarg de la història per aprofitar aquesta energia.

El vent, amb el seu moviment, té energia cinètica que s’aprofita de diverses maneres:

  • L’energia del vent s’ha utilitzat i s’utilitza per navegar.
  • L’energia del vent s’utilitza per moure els molins de vent.  La utilització dels molins de vent ha variat al llarg del temps. S’han utilitzat per moldre cereals i olives, per extreure minerals com l’or.  
  • Actualment es construeixen aerogeneradors per a l’obtenció de corrent elèctric.  Un conjuntd’aerogeneradors és una central eòlica. Els millors llocs per instal·lar camps d’aerogeneradors són els altiplans i les zones costaneres.

El vent és inesgotable i gratuït, però és una energia intermitent. No contamina, encara que es pot dir que les centrals eòliques produeixen contaminació visual en el medi ambient.

L’aventura del vent. Coneix a fons l’energia eòlica a partir de les explicacions de la Tramuntana i el Xaloc i els seus minijocs.

Sense títol

5.4. L’aigua dels embassaments.

L’energia que pot produir l’aigua dels embassaments s’anomena energia hidràulica i en certa manera és produïda pel sol. L’energia solar evapora l’aigua del mar formant els núvols. L’aigua acumulada en els núvols cau en forma de pluja, la qual origina els rierols i els rius.  L’energia de l’aigua va ésser utilitzada des de molt antic per moure pedres de molí i en la mineria. Els romans van explotar mines d’or amb l’ajuda de salts d’aigua fabricats amb aquesta finalitat.

Actualment l’aigua és recollida en els pantans o embassaments i posteriorment 

les centrals hidroelèctriques aprofiten els salts d’aigua per produir electricitat.

Sense títol
Malgrat ésser una energia renovable, presenta alguns problemes derivats de la construcció de les presses:
      • Inundació de terres fèrtils.
      • Migració de persones i animals.
      • Barrera per als organismes que viuen al riu.

Tanmateix, cal considerar que les preses són útils per controlar les inundacions.

5.5.  L’aigua del mar.

L’aigua del mar conté gran quantitat d’energia anomenada energia mareomotriu.

L’energia mareomotriu és la derivada de l’aprofitament dels moviments d’aigua de les marees, gràcies al fet que en moltes zones del litoral la diferència d’altura entre el nivell de la marea alta i la marea baixa és d’uns quants metres.  És utilitzada a pocs llocs del món ja que calen badies estretes i una diferència entre marea alta i baixa superior als 8 metres.

També es pot aprofitar l’energia de les onades.

Sense títol 2

5.6. La biomassa.

La biomassa és el conjunt de matèria orgànica formada per restes d’origen animal i vegetal.

L’energia de la biomassa és l’energia generada a partir de la matèria orgànica produïda pels organismes.

Podem considerar dos casos especialment remarcables:

    • La neteja dels boscos per tal de reduir el risc d’incendis genera una gran quantitat de biomassa que, per combustió directa, pot transformar-se en energia elèctrica a les centrals tèrmiques.
    • El biogàs obtingut a partir de la fermentació d’excrements permet tenir un combustible econòmic que evita la deforestació per obtenir llenya. Un cop fermentats, els excrements serveixen per adobar les terres de conreu.

Sense títol

 

Unitat didàctica sobre energies alternatives.

Sense títol

5.7. Els combustibles fòssils.

Entenem per combustibles fòssils el carbó, el gas natural i el petroli.

S’anomenen combustibles fòssils perquè fa milions d’anys, quan els boscos van enfonsar-se en les profunditats de la Terra, les restes de vegetals acumulats van transformar-se en substàncies de gran contingut energètic.

    • El carbó és un dels productes d’aquest procés de transformació. S’utilitza com a combustible domèstic, a les indústries metal·lúrgiques i a les centrals tèrmiques.

    • Uns altres residus de plantes es van transformar en petroli. Les gotes de petroli presents a les roques, per la diferència de densitat, es desplacen cap amunt fins arribar a roques impermeables, formant grans dipòsits. El petroli és un líquid viscós, de color negrós, constituït per hidrocarburs.  A més d’ésser una font d’energia s’utilitza per fabricar plàstics.
    • En determinats llocs, junt amb el petroli, apareixen dipòsits que estan formats per una mescla de gasos, principalment per metà.  Aquesta mescla s’anomena gas natural.

L’energia química que desprenen aquests combustibles en les reaccions de combustió s’aprofita en les centrals tèrmiques per produir electricitat. A més d’energia es produeixen uns gasos que contenen diòxid de carboni, substància que és molt contaminant i és una de les responsables de l’efecte hivernacle.

Gas i petroli.  Enllaç a la pàgina del Museu de la Ciència i la Tècnica de Catalunya que explica àmpliament què són, com s’obtenen i quins usos tenen aquestes dues fonts d’energia fòssil.

5.8. Els materials fissionables i fusionables.

Existeixen uns materials els quals mitjançant reaccions nuclears desprenen energia nuclear.  L’energia nuclear és la que manté unides les partícules del nucli de l’àtom.  Per obtenir aquesta energia es poden utilitzar dos tipus de reaccions: la fissió nuclear i la fusió nuclear.

Fissió nuclear: consisteix en el trencament del nucli d’un àtom quan es bombardeja amb neutrons i dóna lloc a dos nuclis d’elements diferents del que s’ha partit.  L’urani és la substància que s’utilitza per fer aquest tipus de reacció. S’hi produeixen elements nous i es desprenen neutrons que tornen a provocar noves fissions de nuclis d’urani establint-se, així, una reacció en cadena. En cada reacció es desprèn gran quantitat d’energia en forma de calor.

La fissió nuclear es realitza a les centrals nuclears. Allà es controla la reacció en cadena absorbint part dels neutrons i d’aquesta manera es produeix més o menys energia. Aquesta energia nuclear, posteriorment, es transforma en energia elèctrica.  

Imatge de previsualització de YouTube

L’energia nuclear és perillosa com han demostrat els accidents que han tingut lloc a les centrals nuclears. També és una de les energies més brutes, perquè els residus radioactius que genera són de llarga durada i altament regressius per a la vida. Per aquestes raons, i per l’elevat cost del desmantellament de les centrals, avui dia es pot considerar una font d’energia que s’hauria d’anar abandonant gradualment.

L’energia nuclear també s’utilitza per a la propulsió de vaixells i submarins.

Fusió nuclear: dos àtoms d’hidrogen reaccionen donant lloc a un àtom d’heli. En el procés s’allibera molta energia.  Aquesta reacció imita la manera que té el Sol de produir energia. Encara que l’energia alliberada és més gran que la despresa en la fissió nuclear, és necessari escalfar molt els àtoms d’hidrogen per aconseguir dur a terme aquesta reacció. No és fàcil fer sols artificials i a més, de moment, no s’ha pogut controlar bé aquest procés.

Imatge de previsualització de YouTube

En aquest capítol del programa “Redes” Stephen Cowley li explica a Eduard Punset de quina manera tenen previst els científics fer realitat la fusió nuclear per aconseguir energia a través del projecte ITER.

Imatge de previsualització de YouTube

Per resoldre la necessitat constant d’energia que demana el progrés de la societat actual, la ciència i la tecnologia han de treballar per descobrir fonts d’obtenció i desenvolupar procediments pràctics per utilitzar-la profitosamet.  

Edu3.cat

És molt important que la utilització de les fonts d’energia no generi contaminació ni deixalles tòxiques per poder aconseguir un desenvolupament que sigui sostenible. El desenvolupament sostenible ha de donar més qualitat de vida a tots els habitants de la terra i, alhora, ho ha de fer utilitzant recursos que no causin degradació ambiental.

Torna a l’índex.

 

6. Convertir l’energia primària en energia útil. Les centrals elèctriques.  

L’energia elèctrica té molta importància dins de la creixent demanda energètica que reclama la nostra societat, perquè pot ser fàcilment distribuïda i quan arriba al destí té la capacitat de transformar-se en altres formes d’energia com: energia lluminosa (la llum que il·lumina les cases o els carrers), energia cinètica (mou una batedora), energia calòrica (els focs d’una cuina),etc.  A les instal·lacions de les centrals elèctriques es produeix energia elèctrica a partir de l’energia cinètica obtinguda d’una font energètica i després es dis-tribueix per al consum. Una central elèctrica té la turbina connectada al generador. Una font energètica mou les paletes de la turbina i aquest moviment fa que es generi electricitat en el generador.

L’energia elèctrica és sempre la mateixa, però té origens molt diversos.  La font energètica que produeix l’energia per fer anar la turbina determina el tipus de central elèctrica.  Clica en la imatge per desplegar el mapa interactiu.

6.1. Central tèrmica.

El vapor d’aigua produït quan s’escalfa una caldera mou les paletes de la turbina.  El combustible utilitzat per escalfar la caldera pot ser carbó, però l’esgotament d’aquesta font d’energia fa que s’utilitzi el gas natural i també es pot emprar l’energia de la biomassa.

Descobreix com funciona una central tèrmica de fuel.

Descobreix com funciona una central tèrmica de gas de cicle combinat.

Descobreix com funciona una central tèrmica de carbó.

Descobreix com funciona una central tèrmica de biomassa.

Sense títol

6.2. Central nuclear.

S’utilitza la calor alliberada en la fissió nuclear per escalfar la caldera i produir el vapor d’aigua que mou la turbina.

Descobreix com funciona una central nuclear.
Sense títol

6.3. Central hidroelèctrica.

Actualment l’aigua és recollida en els pantans o embassaments i posteriorment les centrals hidroelèctriques aprofiten els salts d’aigua per produir electricitat.

El procés és el següent: l’aigua acumulada en un pantà és conduïda mitjançant canonades cap a la turbina. L’energia potencial que porta la massa d’aigua es converteix en l’energia cinètica de les paletes de les turbines, les quals mouen un alternador que transforma el moviment en energia elèctrica.

 Descobreix com funciona una central hidroelèctrica.

6.4. Central eòlica.

L’energia cinètica del vent mou les aspes del molí que estan connectades a la turbina.

Descobreix com funciona un aerogenerador.

Sense títol
6.5. Central mareomotriu.

Per construir una central mareomotriu es fan dics que aïllen grans recintes tancats. La pujada i baixada del nivell de l’aigua, quan es produeixen els canvis de marea, acciona una turbina connectada a un generador que dóna corrent elèctric.

Més enllà dels problemes estètics, aquesta font energètica planteja un problema ecològic: l’aïllament dels organismes marins.  Avui dia s’estan duen a terme nombroses experiències per millorar l’aprofitament d’aquesta energia.

Sense títol 2

 Cap a on hem d’anar?  En aquest vídeo ens ho expliquen…

Imatge de previsualització de YouTube

 Torna a l’índex.

 

7. Xarxes de distribució d’energia final.

 

Torna a l’índex.

8. Usos de l’energia.

 

L’energia es pot definir com la capacitat de dur a terme un treball, des moure un tren a refredar aliments en un frigorífic.

En realitat, no necessitem “energia”, sinó la feina que podem fer amb ella. I podem obtenir majors prestacions amb un consum molt més reduït d’energia.

Els usos de l’energia comercial són tan variats com les activitats humanes. Resulta difícil imaginar la nostra vida quotidiana sense disposar d’energia comercial. Però ara cal fer caminar la nostra pauta de consum d’energia cap a la sostenibilitat.

Els àmbits on emprem energia es poden resumir en:

… quins més se t’acudeixen?

Torna a l’índex.

9. Impacte sobre el medi i estalvi energètic.

L’energia afecta el medi ambient en tots els àmbits, des de l’emissió de compostos tòxics a l’atmosfera fins al soroll que generen les pales dels aerogeneradors.

El medi ambient es veu alterat per:

…. val la pena?

És necessari un món brut i contaminat per culpa de l’energia? L’opinió pública exigeix ​​amb cada vegada més força un model energètic net i sostenible.

Tu i el medi ambient.  Entra a l’apartat “Tu i l’estalvi energètic”.

Sense títol

 

Clica en la imatge per jugar i aprendre com estalviar energia a casa.

 

 

 

 Torna a l’índex.

10. Enllaços interessants.

QUÈQUICOM.  L’energia.

 

BASE D’ORIENTACIÓ PER AVALUAR EL TREBALL SOBRE ENERGIA

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà Els camps necessaris estan marcats amb *