Què és l'energia?
L'energia es manifesta de diferents maneres i està relacionada amb la capacitat de produir treball
Imatge de Federico Beccari a Unsplash
No hi ha una definició exacta d'energia, però en física és un concepte extremadament important que representa la capacitat de produir treball o realitzar una acció. La paraula també s'utilitza en altres àrees científiques, com ara la biologia i la química.
L'energia té un paper essencial en tots els àmbits de la vida, sent la magnitud més important de la física. Els éssers vius depenen de l'energia per sobreviure i obtenir-la a través dels aliments, en forma d'energia química. A més, els organismes també reben energia del Sol.
Principi general de conservació de l'energia
En física, el terme conservació es refereix a quelcom que no canvia. Això vol dir que la variable d'una equació que representa una magnitud conservadora és constant en el temps. A més, aquest sistema diu que l'energia no es perd, no es forma ni es destrueix: només es transforma.
Unitats d'energia
La unitat d'energia definida pel Sistema Internacional d'Unitats és el joule (J), que es defineix com el treball realitzat per una força d'un Newton amb un desplaçament d'1 metre. Tanmateix, l'energia també es pot descriure en altres unitats:
- Caloria (calç): és la quantitat d'energia necessària per elevar la temperatura d'un gram d'aigua de 14,5 a 15,5 graus centígrads. Un joule equival a 0,24 calories;
- Quilowatt-hora (kWh): s'utilitza habitualment per mesurar el consum elèctric (1 kWh = 3,6 . 106 J);
- BTU (Unitat tèrmica britànica): unitat tèrmica britànica 1 BTU = 252,2 calories;
- Electró-volt (eV): és la quantitat d'energia cinètica que guanya un sol electró (electró) quan és accelerat per una diferència de potencial elèctric d'un volt, en el buit (1 eV = 1,6 . 10–19 J).
Tipus d'Energia
L'energia és una quantitat única, però segons com es manifesti, rep diferents noms. Coneix els principals tipus d'energia en física:
Energia cinètica
L'energia cinètica està relacionada amb l'estat de moviment d'un cos. Aquest tipus d'energia depèn del seu mòdul de massa i velocitat. Com més gran sigui el mòdul de la velocitat del cos, més gran serà l'energia cinètica. Quan el cos està en repòs, és a dir, el mòdul de velocitat és zero, l'energia cinètica és zero.
Energia potencial
L'energia potencial s'associa amb la posició que ocupa un cos o amb la deformació d'un sistema elàstic. En el primer cas, l'energia potencial s'anomena energia potencial gravitatòria, mentre que en el segon, energia potencial elàstica.
L'energia potencial gravitatòria depèn de la massa, la gravetat i l'alçada del punt on s'està analitzant el cos. L'energia potencial elàstica, en canvi, deriva de la constant elàstica i de la deformació de la molla en qüestió.
Energia mecànica
L'energia mecànica és l'energia que es pot transferir mitjançant la força. Bàsicament, es pot entendre com la suma de l'energia cinètica i potencial d'un cos.
L'energia mecànica es manté constant en absència de forces dissipatives, només es produeix la conversió entre les seves formes cinètica i potencial.
Energia tèrmica
L'energia tèrmica o energia interna es defineix com la suma de l'energia cinètica i potencial associada als elements microscòpics que formen la matèria. Els àtoms i les molècules que formen els cossos tenen moviments aleatoris de translació, rotació i vibració. Aquest moviment s'anomena agitació tèrmica. El canvi d'energia tèrmica d'un sistema es produeix mitjançant el treball o la calor.
Teòricament, l'energia tèrmica està relacionada amb el grau de moviment de les partícules subatòmiques. Com més alta és la temperatura d'un cos, més gran és la seva energia interna. Quan un cos de temperatura més alta entra en contacte amb un cos de temperatura més baixa, es produirà una transferència de calor.
Electricitat
L'energia elèctrica és l'energia produïda a partir de les càrregues elèctriques de les partícules subatòmiques. Les càrregues, a mesura que es mouen, generen corrent elèctric, creant el que anomenem electricitat.
Llum o energia solar
L'energia lluminosa està formada per una sèrie d'ones que poden ser captades pels ulls. A més, és percebut per les plantes, que l'utilitzen en el procés de la fotosíntesi. Els raigs de llum, que són una forma de radiació electromagnètica, arriben als nostres ulls, impacten a la retina i generen un senyal elèctric que viatja pels nervis fins al cervell.
Es pot transformar en energia tèrmica o elèctrica i aplicar-se a diversos usos. Les dues principals maneres d'utilitzar l'energia solar són la generació d'electricitat i la calefacció solar d'aigua. Per a la producció d'energia elèctrica s'utilitzen dos sistemes: l'heliotèrmic, en què la irradiació es converteix primer en energia tèrmica i després en energia elèctrica; i la fotovoltaica, en què la radiació solar es converteix directament en energia elèctrica.
Energia sonora
L'energia sonora es transmet a través de l'aire, per moviment molecular entre dos o més objectes, provocant una ona sonora. L'ona sonora consta de regions de compressió de molècules (molècules juntes, pressió més alta) i regions de rarefacció de molècules (molècules allunyades, pressió més baixa). El so es pot produir quan dos objectes estan en direccions oposades o, si estan en la mateixa direcció, tenen velocitats diferents.
Les ones de parla i altres sons comuns són ones complexes, produïdes a moltes freqüències de vibració diferents. En arribar a l'oïda, l'energia sonora es transforma en senyals elèctrics, que viatgen pels nervis fins al cervell i així percebem el so.
Energia nuclear
L'energia nuclear és l'energia produïda a les centrals termonuclears. El principi de funcionament d'una central termonuclear és l'ús de la calor per generar electricitat. La calor prové de dividir els nuclis dels àtoms d'urani en dues parts, un procés anomenat fissió nuclear.
La radiació s'utilitza àmpliament en medicina, raigs X, radioteràpia, però també s'associa amb efectes negatius com bombes atòmiques i residus nuclears.
