1 FORME DE ENERGIE
„ Dacă un fizician ar vrea să
descrie un măr cuiva care nu a văzut în viaţa lui vreunul, ar lua pur şi simplu
o felie de măr şi ar pune-o pe masă în faţa persoanei respective, lăsând-o s-o
guste, s-o miroasă, s-o pipăie. Dar energia nu poate fi pusă, pur şi simplu, pe
masă. Ea se poate manifesta, de exemplu, ca energie de mişcare, aşa cum legenda
ne spune că s-a întâmplat în cazul lui Isaac Newton, care a descoperit
gravitaţia atunci când a fost lovit de un măr care a căzut din copac. Mărul
aflat în cădere elibera energie potenţială."
Glenn T. Seaborg
Termenul de energie reprezintă o
noţiune complexă, cu multiple valenţe economice, sociale, tehnice. De exemplu,
energia noastră provenită din hrană, reprezintă energia chimică stocată în alimente.
Lumina, sunetul, căldura, electricitatea, gravitaţia, toate acestea sunt forme
de manifestare a energiei (figura 1).
Dar, ce este energia?
Universul care ne înconjoară -
materia în mişcare există sub două forme: de substanţă şi de câmp de forţe. Cea
mai generală definiţie prezintă energia ca măsură a mişcării materiei.
Conform DEX, în accepţiunea
fizicii, energia exprimă capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru
mecanic atunci când suferă o transformare dintr-o stare în altă stare.
Termenul energie, de origine
greacă, a fost folosit prima data de Kepler în sensul de "putere emanată
de corpuri". In sensul actual energia este o mărime care depinde de starea
fizică instantanee a sistemului şi care, dacă sistemul nu interacţionează cu
mediul exterior, rămâne constantă.
O definiţie mai puţin ştiinţifică
a energiei, dar pe înţelesul tuturor, ar fi: ceea ce trebuie furnizat sau luat
unui sistem material pentru a-l transforma.
Energia în Univers nu poate fi
niciodată creată sau distrusă, ci doar transformată dintr-o formă în alta. Ori
de câte ori are loc o acţiune, energia se
transformă. Toate formele de manifestare ale energiei sunt echivalente. De
aceea, indiferent de tipul ei, mecanică, chimică, termică, electrică etc. se
măsoară în aceeaşi unitate de măsură, Joule cu simbolul J. In schema alăturată
sunt date câteva exemple de ordine de mărime. Pentru a aprecia valorile date,
amintim că 1J reprezintă energia ccesară unei cantităţi de apă pură cu masa de
0,24 g pentru a-i ridica temperatura cu 1°C la presiunea atmosferică constantă
sau cantitatea necesară unui gram de apă pură să-şi ridice temperatura cu 0,24°
C.
Energia mecanică reprezintă capacitatea unui corp
de a efectua un lucru mecanic, datorită unor factori mecanici: acţiunea unor
forţe exterioare, ciocnire etc.
Formele energiei mecanice sunt:
• energia cinetică este egală cu lucrul mecanic
necesar pentru a scoate un corp din repaus şi a-l aduce în stare de mişcare
• energie potenţială este egală cu lucrul mecanic
necesar pentru schimbarea poziţiei corpului într-un câmp de forţe. Exemplu -
energia potenţială gravitaţională (figura 3): Ep=mgh
Energia termică este energia corespunzătoare
mişcării atomilor şi moleculelor din care sunt alcătuite corpurile.
Corpurile aflate în contact
termic pot schimba energie prin căldură, ceea ce are drept rezultat
schimbarea temperaturii corpului, modificarea stării de agregare a acestuia sau
efectuarea de lucru mecanic de către corp. Folosim noţiunea de căldură când
vorbim despre procese în care corpurile schimbă între ele sau cu mediul
exterior energie şi folosim strict noţiunea de energie atunci când vorbim
despre starea unui corp la un moment dat.
Ca unitate de măsură pentru
căldură se foloseşte şi caloria (1cal = 4,18 J).
Energia chimică este energia datorată asocierii
atomilor în molecule, ca urmare a existenţei legăturilor chimice. Ea se poate
defini pe baza lucrului mecanic al forţelor electrice şi nucleare ca urmare a
rearanjarii sarcinilor electrice, a electronilor
şi protonilor (figura 2).
Energia electrică este energia corespunzătoare
mişcării ordonate a electronilor în conductori.
Energia radiantă este energia care se propagă în
spaţiu sub formă de radiaţii, transportată pe Pământ prin lumină sau prin alte
unde electromagnetice (raze y, raze X, ultraviolete, microunde, unde radio). Pe
Pământ, aceasta se transformă în mod direct, sau indirect, în celelalte forme
de energie.
Energia solară provine din
reacţii de fuziune nucleară, ea este deci de origine nucleară.
Energia nucleară reprezintă energia degajată
într-o reacţie nucleară de fisiune, fuziune sau dezintegrare radioactivă:
·
fisiune - scindarea nucleului atomic al elementelor grele în două nuclee mai mici
producându-se sub acţiunea (ciocnirea) unor particule incidente (exemplu
neutroni);
·
fuziune - unirea a două nuclee uşoare pentru a forma un nucleu mai greu şi eliberarea
unei mari cantităţi de energie.
Forme de energie utilizate de om:
1.
Energia înmagazinată în combustibil: energia chimică, energia nucleară.
2. Forme direct utilizabile:
•
energia mecanică: energia cinetică a vântului (eoliană), a valurilor şi
mareelor (mareomotrică); energia cursurilor de apă (hidraulică);
•
energia geotermică: utilizarea căldurii interne a Pământului în centrale
geotermice;
•
energia solară
în figura 5 se arată modul în
care se distribuie către Pământ energia provenită de la Soare.
Care sunt posibilităţile de
conversie a energiei?
Unele forme de energie pot fi
utilizate aşa cum se găsesc în natură {exemplu: energia chimică, nucleară,
luminoasă). Alte forme necesită conversie {exemplu: obţinerea energiei
termice din energie chimică).
Posibilităţile de conversie între
formele de energie sunt ilustrate în figura 6.
Uzual, nu toată energia
disponibilă poate fi transformată intr-o altă formă de energie utilă. Trecerea
energiei dintr-o formă în alta se face cu un randament subunitar. Randamentul
reprezintă raportul dintre energia utilă şi cea consumată.
Exemplu: Un bec de 100W care consumă 100
J/s energie electrică, furnizează doar 5 J/s energie luminoasă şi cedează 95
J/s încăperii sub formă de căldură. Randamentul becului este 5%.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu