Energía a l'abast.pdf

ES CARDEDEU SEMiNARI DE TÍSICAI QUÍMICA
m,
Ii.ÉIq -d l,
' rilf
-/-r
I L,
t,Í r r ¡ q
TIIIIV'
Itrrl [,
t'ENEH.GEÁ
t'ABAST

IES CARDEDEU SE¡VfiNARIDE FÍ§ICAI OUÍMCA
OBJECTIUS
Els alumnes haurien de.
- Adquirir comprensió i coneixement dels conceptes, principis i apiicacions de la fisica de
forma que.
. arribin a ser ciutadans conscients en un món tecnologic, capaqos d'interessar-se en matéries
d'importátrcia científi ca.
- reconeguin la utilitat i les limitacions del métode científic i aprecien la seva aplicabilitat a
altres disciplines i a la vida dia¡ia.
. estiguin preparats adequadament per continuar estudis cientifics del nivell més alt.
- Desenvolupar habilitats que:
- siguin relievants per a I'estudi i práctica de la ciéncia.
. siguin útils en la vida diária.
. fomentin l'ús de les mesures de seguretat.
- Estimular:
.la curiositat, interés i gaudi de la cidncia i els seus métodes d'investigació.
" I'interés i cura de I'entorn.
- Conscienciar de qué.
" I'estudi i práctica de la ciéncia són activitats subjectes a influéncies i limitacions socials,
económiques, tecnológiques i culturals.
. les aplicacions de la ciéncia poden beneficiar o perjudicar als indiüdus, a la comunitat i al
medi ambient.
- els conceptes científics estan en evolució i de vegades són de naturalesa transitória-

IES CARDLDEU
! -.-
-.
-¡. ---ri-É ::
SF,¡VITNARI DF, FÍSICA I OI i¡VIfcA
AVALUACIÓ INICIAL
1. Completa el següent diagrama, on surten els diferents canüs d'energia que tenen lloc a
partir de I'energia subministrada pel Sol.
Ene rqÍa
aelogenerac.lor
Fnprryir
combusribles fósiles
/ i
/i/
/
"l
/ /
i I 'l
6 I r===Fl
Y/ fl---;i, il I I
.'F.t,h ti I I
B ¡],i,'r J
4
[o¡osin ces is
I
I
r--
I E:r.rgre .. . . i
t
/
I
/-
,-/ ¿__+r
á<iLÑ
tr
^---i^
Lr¡rr:la
cen tral
térmica
----:-r
.7¡7
i'fr4-2 )
I/ J ^a |
V '. -<t-rr- j
¡) -- ) /
.--Y/
Vi¿n tos
Ener_q1a
l,nergla
r-
.f,1,. )
w
{t
1L
:mbaise

IES CARDEDEU SEMh¡ARI DE FÍSICA I OúJ!IIC.{
2. Exposa les idees qualitatives que tinguis sobre el concepte d'energia.
3. Justifica si els següents sistemes tenen energia o no en tenen.
a) una molla comprimida.
b) un cotxe
"n
,rio,ri*.nt a una determinada velocitat.
c) l'aigua d'un embassament.
d) una mo1la tibada.
e) un recipient amb aigua calenta.
f) una vagoneta en repós sobre una superficie horitzontal.
g) un tros de carbó.
h) un recipient amb aigua a temperatura ambient.
i) un munt de cendres.
j) un professor de Física i Química.
4. Donats els següents processos:
1. Un home aixeca un sac de patates del terra mitjangant una politja.
2. Dos pilars sostenen una teulada.
3. Un pistó es mou comprimint I'aire que conté el seu cilindre"
4. Un vaixell flota al mar.

IES CARDEDEU SEMiNARI DE FÍSICA I OUÍ]VtrCA
Respon a les qüestions:
a) En quins processos hi ha una forga que produeix un desplaqament?
b) En quins es requereix una aportació d'energia perqué es puguin realitzar?
5. Llegeix atentament aquest text i després elabora un esquema indicant quina energia primária
s'ha fet servir en cadascuna de les etapes de la Histdria.
L'ENERGIA A LA HISTÓRLA.
La história demostra que la utilització preferencial de les distintes energies primdries
per la societat no htLsnat al mateix temps qtte el seu descobriment científic. Exceptttant
l'electricilat i l'energia tutclear, la resta d'energies primaries vail ser conegudes des de
sempre per l'honte. El petroli, fal i conz es veu al Génesís i a l'Exode, ja era conegzú
pels bedulhs del Sinaí i fins 2000 anys després no va frobar sinó anecddtiques
utilitzacions com a aplicacions medicittctls o en il'lw¡tinació. Les totxes ardenls dels
pous de gas natttral de les esÍepes de l'Ásia Central figzren entre les curiositats de les
narracions de Marco Polo. L'Ettropa medieval va altentsr la penitria energética amb
el coneixement dels jaciments de carbó, que no varefi comeilcar a explotar-se fins 500
an7,s després. El principi de la mdquina de vüpor vs ser un descobriment realitzat en
Franga, el 1697, per Papín, perd no va tenir transcendéncia econdmicafins mig segle
després, el 1765, a müns de Watt, a l'Anglaterra de la Revolz¿ció Industrial- Al
capda'all, són els condicionaments socials els que amb més claredat determinen les
circttmstitncies que potencien una o un altrs ener§a primdria. La historia de l'energiu
es correspon millor amb les estruchtres socioeconómitptes de la Humanifaf que amb la
histdri a de ls de scobriments cienfífi c s.
El món antic, des d'Egrpte fins el final de l'Imperi Romd, va esÍar susten{a¡ des del
punt de vista energétic, sobre l'energta animal: la de l'ésser lrumá i la de diferents
animals de cdrrega i tir. I aixd malgrat que ja eren coneguts tant la rodn hidrdulica
com els molins de vent. Les obres públiEtes que encara avui en dia són admírades per
la seva envergadura es varen construir per acumulació d'energia humana, smb
tecnologies tan senzilles com la palanca, la politja i el pla inclinat.
Amb l'enfonsament de l'Imperí Romd, que fins llavors garantia la disponibilitat dels
exercits d'esclaus, es vct produir la primera crisi energética que registra la História.
Una estructura socioecondmica que havia tingut una dimensió universal -el món
mediterrani- va esclatar en nombrosos i minúsculs grups locals de població,
condemnsts a sobreviure en una miséria autosuficient i que no arribaven a tenir els
bragos necessaris per a constituir un excedent energétic. I-a fitsta es va coffvertir en el
material fonamenfal per una constntcció que no necessités d'una grcm aportació de
forga de treball.
L'energia primdria que va agafar el relleu va ser la hidroulica, amb la rodo i el molí
d'aigua com a principals convertidors. Al padró de Guillem el Conryteridor, el
Domesday Book de 1085, es comprova la existincia en Anglaterra d'un molí d'aigua

IE§ CARDEDEU __§E¡?trN4gJ !E F]lilqAt OúI,fiCA
per cada 200 - 100 habitants. En I I80, en Normandia, ja existien molins de vent que al
llarg del segle ilI es varen dtfundre per Europa com ufi{r ttova tecnologia energética
portada pels creuats des d'Orient. En 'El Quijole' els únics ingenis energétics que es
citen són els molins drapers (energia hidrfutlica), el "hotrisono fragor" dels qttals va
atemorir a Sancho, i les molins de vent (energia edlica), que varen servir per mesurttr
el coratge del seu senyor-
L'Europa de l'Edat Miüana, i en menor grau la del Renaixement, pregtwa en catedrals
de pedra peró vivia en estructttres de fusta, treballava amb eines de fusta i produi'a
amb energies hidrdulica i eólica.
A finals del segle Á7711, es v(tren produir en Anglateta algunes circztmstdncies
esfiacturals (revolució agrdria, md d'obra barata, extensió de la xatxa vidria,
innovacions tecnoldgiques en la indústria téxtil) tlue varen suposar el naixement del
sislema capitalista. -Només feia falta, donat que l'energta hidrintlica era insuficient,
una energia cdpaq d'alimentar aquest nou sistema productiu.
lh tenir lloc el canvi d'energia primitria -de la hidrirulica a la del carbó- grdcies al
nou coffvertidor d'energia posat en joc: la maquina de vapor. Aquesta mdquina va fer
possible que la indúsf ia téxtil s'insfal'lés al lloc que convingués per raoils de mercat o
de dispanibilitat de forga de treball. Va tenir lloc, així mateix, una revoluciotmria
innovació en els transports: la locomotora de Stephenson el l8l3 i el vaixell de vapor
de Fulton el 1807. L'exit del nou sisfema econdmic, representat pel capiÍalisme liberal,
implicd un fort creixement en la demanda de ferro. a partir de finals del segle Xl,lll,
Europa v-a cotfi€nQal a canvertir-se eil un món de ferra, aribcnt al segle XIX a
introduir les grans bigues en la construcció d'edificis (torre Erlfr| 1889). Entre 1750 i
l85A la producció de lesfoneries angleses es va multiplicm per 100. Aquesta elevada
demanda de ferro va condicionar l'elecció del carbó com a energia primdria de la
industrialització. Com a conseqiiéncia d'aixd, la producció d'hulla en Europa es va
duplicar cada 20 anys aproximadament.
El període entre les guerres mundials, época d'indubtables crisis en totes les
estntctures socials, des de les económiques fins les ideológtques, es correspon amb el
següent canvi observat a Ia histdria de l'energia: el petroli substitueix al carbó cam a
motor energétic d'Europa i, en general, del món. Com a explicació d'aquesta riryida
rbstitució es pot assenyalar, sense cap dubte, la revolució introduida en els transports
pel motor d'explosió de benzina. que va permetre el desenvolupament de l'aufomóbil
des del 1885 i de l'aviació des del 190i"
El petroli ers un instrument extremadament adequat per I'agudització de les
característiques del sistema capitalista. La clara separacíó geogrdfica de les zones de
producció i consum, junlament amb la concentració empresarial en ambdues, oferien
unes condicions de monopoli molt aptes per la mmiminizatció de beneficis.
Conegudes les reserves de petroli i el ritme de consttm assolit, era previsible que a la
segona meitat del segle XX hauria de plantejar-se la seva substitució per altra
alternativa energética, encara que mantenint les estntchtres socioecondmiques i
polítiques per les que el petroli va ser un instrument molt odient. Aquesta alternativa
no podia ser una altra que l'energia nuclear converfible en electrícitat. En aquest cds,
7

IES CARDEDEU SEI,íLI¡ARI pE FiSiCA I OUilvfICA
es contava no només amb el control de les matéries primeres - els jacimenfs d'urani-
sinó tcrmbé amb unfeni monopoli d'Estat -derivat de l'origen i vinculacions militars de
l'energia nuclear- de la tecnologta. Aixd va proporcionar als detentors de la tecnologia
nucleor l'ocasió d'aconseguir grans beneficis mitjcntgant una estratégia de substitució
dels combustibles conyencionals -carbó i, sobre tot, petroli- per l'urcmi.
Perd hi ha indicis que permefen pensar que aquesta pot arribar a ser una substitucio
avortada. Trenta anys d'intensa, costosa i generalitzada campon),d de promoció de
l'ener§a nuclear no han aconseguit més que petits avengos per als seus promotors. En
aquests momefits, només el 25% de l'electricitat consumida en Europa procedeix de
reqctors nuclears. Un cop més en la histdria, els dubtes sobre temes energitics surten
al mateix temps qtte els dubtes sobre l'estructura de la sr¡cietaÍ.
L'ener§a nuclear afavoreix la proliferació d'armament mtclear i de grans accidents
que, després dels de-fhree lv{iles Island, el 1979 en els EE.LlU. i de Chernobil, el l986
en l'antiga L/.R..9..1., han deixat de ser hipotétics. A més, perqué les acfinls reserves
d'urani no siguin eficara més escasses (lt!€ les de petroli, no hi ha més remei que
canviqr de tecnologia mtcleat', passant als reaclors anomenals rápids, amb els que els
riscos de pro$eració i de grat:efat d'accidents arriben G uns límils que poden ser
económicament i socialment inacceptables. Al mateix temps, en Europa s'estd
qiteslionant els srrels de les estructures sacioecondmitptes des de les que es varsn
dissenyar les polítiques energétiques vigents en temes com ortr l'exhauriment dels
recursos naturals, el deteriorament de mLutera irrev,ersible del medi ambient o les
relacions amb el tercer mon.
La histdria de l'energra en Ettropa oconsella no perdre mai de vista que no poden ser
només arguments tecnológics els que presideixirt les decisions, perqtté per ser tan
intenses les intercelaciotts entre energia i model de la societat, és precís que es
produeixi un ampli debat ciutadá.
(Estret de "L'energia en Europa", de C DATLA).

IES CARDEDEU SEMINART DE FÍSrCA r Orr'flrrcA
OBJECTIUS
En acabar aquesta part del crédit els alumnes haurien de:
- comprendre que la poténcia és la velocitat a qué es transmet I'energia.
- valorar que al fer coses es consumeix energia.
- valorar que 1es máquines són dispositius que faciliten la tra¡sferdncia d'energia, perd que el
consum d'energia per fer un trebail és al menys el mateix (i segurament será més gran) si es
fa amb I'ajut de la máquina que sense ella.
- comprendre que els motors són dispositius per transferir energia dels combustibles per fer
treballs útils.
- valorar que i'ús de máquines i motors sempre suposa una pérdua d'energia.
- valorar que les máquines térmiques no poden funcionar sense transferir energia a l'entom.
10

IES CARDEDEU SE},[¡iARl DE FÍSICA I OÚl,trCA
1. Introducció.
La idea d'energia ens és útil per explicar i entendre moltes coses del món que ens
envolta. Tenim que aprendre a fer un bon ús dels limitats recursos energétics i proporcionar
energia ais llocs on es necessita - a la indústria i al transport; a les cases i als hospitals; de fet, a
quasi tots els llocs -. L'energia és estudiada com una part de la fisica, peró no és malgrat tot
una de les coses en qud la fisica estigui interessada. Quasi segurament haurás utilitzat abans en
ciéncia la idea d'energia. En cada procés vivent I'energia juga un paper important en el
creixement, moviment i alimentació. Juga un paper essencial en cada classe de canü químic.
Está implicant a la Terra en un continu procés de canü. És una idea que és útil en totes parts
en cidncia. Comengar a treballar sobre aquest tema I'ajudará a llegir i a pensar sobre coses que
deus entendre entorn de l'energia.
1.1 Qué hauries de saüer ja de I'energia.
L'energia fa que les coses tinguin lloc. Tenir molta eneryia és com tenir diners. Es
poden fer coses. Peró tenint diners no podem fer que les coses succeissin. És quan els dónes a
una altra persona quan passa alguna cosa útil. S'ha de transferi¡ energia si una massa s'aixeca o
una llum s'encén. Quan les plantes creixen i quan les reaccions químiques tenen lloc hi ha
transferéncia d' energia.
Hi ha moltes formes en qué aquesta energia pot passar d'un cos a un altre. En el
creixement de les plantes el Sol transfereix energia a través de les radiacions lluminoses. A
través d'un eix un motor pot transmetre energia a un volant. Ambdós són dues formes en qué
l'energia pot ser transmesa.
Totes les coses diferents que tenen energia poden donar alguna cosa. Pots normaiment
contar quanta energia ha estat transmesa perqué pots veure que ha passat quelcom. Pots
sovint pensar quina energia pot ser transferida abans que aixd passi. Aixd és perqué tu esperes
el que aprens de l'experidncia.
De vegades, quan I'energia es transmet, actua una forga que mou alguna cosa. Per
aixecar una bossa de la compra sobre una taula necessáriament s'ha de transferir energia durant
el camí. Aixd dóna una forma de mesurar l'energia transferida, Quan una forga móbil treballa
diem que.
energia transferida : forga X distdncia recorreguda en la direcció que actua laforga
A aquesta quantitat se'n diu treball. La paruia treball té un especial significat en
ciéncia. Sempre significa que una forga está movent alguna cosa. Perd no significa sempre aixó
quan usem la paraula treball en el llenguatge corrent. La unitat que mesura el treball i I'energia
és el newton' metre. A aquesta unitat se li dóna el nom de joule (símbol J).
Nosaltres pensem que I'energia mai s'esvaeix. De nou aixd és com els diners. Quan tu
compres alguna cosa, els diners que fu pagues van a la butxaca d'una altra persona. Si tu
proves de seguir el rastre del diner que vas pagar originalment, probablement trobarás aquest
11

IES CARpEDEti _ sE¡,{rN.,{Ri pE FÍSiCAi OüN,frcA
dividit en petites i petites quantitats. L'energia és el mateix. Sempre que es transfereix, una
mica d'elia es transmet als voltants.
Una vegada I'eneryia ha estat difosa d'aquesta manerE no podem fer-ne ús una altra
vegada.
1.2 Qué hauries de saber ja sobre la transferéncia d'energia dels objectes calents als
freds.
Objectes calents, com un radiador de calefacció escalfen ei seu entorn. Poden fer aixó
de tres formes. La primera s'anomena conducció. L'energia fluelx a través d'un atiador calent a
les nostres mans per conducció (figura 1)
El segon métode s'anomena convecció. La convecció pot tenir lloc entre gasos o
líquids. La llet en una cassola sobre la flama del gas s'escalfa. A I'escalfar-se, s'expansiona i es
torna menys densa. Com a resultat puja des del fons de la cassola i el líquid fred pren el seu
lloc (figura 2). En aquest camí I'energia de la llet calenta del fons de la cassola es distribueix a
través de1 líquid.
El tercer mdtode s'anomena radiació. Tots els
objectes calents poden i¡radiar energia en forma
d'ones, perd no és fins que estax molts calents que
transfereixen molta energia al seu entorn d'aquesta
forma (figura 3). Els objectes negres son millors
radiadors que els brillants, és per aixó que els pots
de te que guarden la calor s'acostumen a fer de
metall briilant.
llgura I
Figra I
1'
¡ra
t'§
11
<1-
.--sEi-
Figra 3
72

IES CARDEDEU SF,ÍINARI DE FÍSICA I OIíMICA
1.3 Algunes qüestions per repassar.
Q-l Suposa que una llum es connectada durant una hora i després apagada. Sembla com si
I'energia transferida a la l1um és perdés. Ja que I'energia no ha desaparegut, qué li pot
haver passat?
Pot I'energia emprar-se una altra vegada? Raona la teva resposta.
Q-2 Quan una grua está alxecant una pesada maquinaria i el cable es trenca, el pes cau al
carrer. L'energia donad.a al pes, s'ha perdut? Qud ha passat?
Pot I'energia tornar a ser emprada per reparar el dany? Raona la teva resposta.
Q-3 Aixeques una pesada capsa de 300 N de pes des de terra al teu llit, que té una algada de
60 cm. Quina és la mínima energia que haurás de transmetre a la capsa?
Podries transferir més energia que aquesta?
13

Q-4
ILS.CARDEDELI SEI¡{Iiti,{Ri DE FiSiCA I QLll,lICr
2. Potlncia.
Mira els dibuixos de I'atleta i del cotxe. El cotxe no és un
cotxe ordinari i I'atleta corre més rápidament que molts altres
homes atletes.
Quina classe de paraules usaries per descriure'ls i
comparar-los amb un cotxe normal i amb un home
normal?
Una de les paraules que tu podries usar seria la de "potents".
r Qué significa quan diem que el cotxe té un motor potent o que els atletes tenen
poténcia fisica?
Quan usen la paraula poténcia diferents persones no sempre signiñca el mateix, peró
en ciénciapoténcia té tan sols un significat.
Poténcia significa el rápidament que l'energia pot ser transferida.
Aixó és certament un dels significats que donem ala poténcia quan parlem de la cursa
de cofxes o de I'atieta. Per moure ei cotxe o corre tenim que cremar combustible (petroli o
aliments). Quan el combustible es crema, l'energia es transmesa al moviment del cotxe o del
t4

IES.CARDEDETJ SE§II,NARI DE FÍSICA I OU1]VfICA
corredor. Ambdós, el cotxe i el corredor, poden transmetre energia més rápidament que la
majoria d'altres cotxes i atletes.
Per veure la importáncia d'aquesta idea, aplicarem airo al disseny d'un petit elevador
doméstic.
2.1 Disseny d'un elevador d'escales.
Una cadira elevadora facilita el que les persones velles o
impedicles puguin anar amunt i avall per les escales. És
impulsada per un motor eléctric. El motor eléctric té que
aixecar a l'elevador i a ia persona des d'un pis a I'altre. En
una casa típica hi han 14 escalons des de baix a dait i cada
escaló té 18 cm d'alqada.
Q-5 Calcula la distáncia entre els dos nivells.
Suposem que 1a persona i I'elevador pesen junts 1000 N.
Eltrebali realitzat és i'energia que es necessita per elevar la
persona cap al pis superior. Per trobar-lo cal muitiplicar la
forqa emprada per la distáncia recorreguda en la direcció
de la forga que actua:
Energia transferida:
El motor no sols ha de subministrar com a mínim aquesta quantitat d'energia, sinó que
també ho ha de subministrar en el mateix temps que la majoria de gent empraria en pujar a1 pis
superior.
La majoria de persones tardarien aproximadament 10 s per pujar un tram normal
d'escales. Tenint aixó en compte, calcula la poténcia del motor, és a dir, quant rápidament es
transfereix I'energia.
El resultat que has obtingut és la quantitat d'energia transferida per segon pel motor,
anomenada poténcia de sorcida del motor.
Poténcia : energia transferida
temps necessari per transferir l'energia
A la unitat de poténcia, en el SI, se li dóna el nom de watt (símbol, W).
15

IESC.{RDEDEU SE}VÍT.I.IARI DE FÍSICA I ()UÍNIiCA
Q-6 Suposa que la cadira elevadora pesa 400 N i té que aixecar un home de 800 N de pes a
una altura verticai de 2,5 m en 12 s.
a) Calcula l'energia transferida a l'elevador i a I'home a l'aixecar-los per les esca-les.
b) Quina és la mínima potdncia de sortida del motor?
c) Per qué podria ser una mica més petita aquesta poténcia a la práctica?
Q-7 Una capsa és arrossegada 5 m pel terra en 6 s. Es necessita una forqa de 30 n per
arrossegar la capsa.
a) Quina energia ha de subministrar una persona per affossegar la capsa?
b) Quina poténcia ha desenvolupat ia persona?
c) Qué passa amb I'energia transferida?
Q-8 Un ascensor i un muntacárregues de la mateixa massa (1000 kg) pugen amb velocitat
constant un cos de 600 hg de massa a una algada de 20 m. L'ascensor ffiga 20 s en
pujar-lo i el muntacárregues 10 s. Calcula I'energia transferida i la potdncia
desenvolupada per cadascun.
Q-9 Quant de temps triga una máquina de 10 CV de poténcia en realitzar un treball de
20000J?
16

IE§'C,{RPEDEU SEIVIINARI DE FÍSICA I OUÍIVIICA
A-1 Aquests experiments són una investigació sobre la teva poténcia de sortida. La teva
poténcia depén de ia tasca que estiguis fent. En cada un d'aquests experiments utilitzes
el motor humá de diferents formes.
LWERIMENT 1
En aquest experiment trobarás la teva potdncia aixecant sacs des de terra a la taula en
30 segons. Com que no disposes de tots els sacs que podrás aixecar en 30 s, un dels teus
companys haurá de baixar d'anar baixant els sacs de la taula a mateix temps que tu els pugis
cap a dalt.
Material
- Sacs.
- Cronómetre.
- Regle.
- Balanqa de bany.
Procediment
/fuja en 30 s tots els sacs que puguis des del te.:a a la taula.
/ Anota el nombre de sacs que has pujat en 30 s.
Oüestions
1. Calcula I'energia transferida a cada sac al pujar-lo des de terra a la taula.
2. Calcula l'energia total transferida a tots els sacs en 30 s.
3. Calcula la teva potdncia.
EXPEzuMENT 2
En aquest experiment mesurarás la potdncia que tu pots desenvolupar per aixecar-te tu
mateix mitjangant les teves cames. "Pujar I'escaló" és una de les coses que tu pots haver fet per
entrenar-te.
Material
- Escaló d'uns 30 cm.
- Crondmetre.
- Regla.'
- Balanga de bany.
t7

IESC.{RDEDEi] SF,LÍI¡JAPI DF' FÍSfCA I Óf iÍ,fT'¡
Procediment
/ Comenga amb els dos peus a terra. Posa un peu sobre l'escaló, i després l'altre. Una
elevació és complerta quan ambdós peus estan sobre l'escaló. Aieshores torna els dos
peus al terra i repeteix el procés.
/Fes tants escalons com puguis en 30 s.
/ Anota el nombre d'escalons que has fet en 30 s.
Oüestions
i. Calcula I'energia transferida al pujar-te a tu mateix l'aitura de I'escaló
2. Calcula I'energia total que transfereixes al pujar-te tu mateix durant 30 s.
3. Calcuia la teva pot¿ncia.
EXPER]MENT 3
Aquest experiment és similar a i'experiment 2, únicament que aquesta vegada tu
pujarás un tram d'escales i un dels teus companys mesurará quan trigues en fer-ho. Per calcular
I'energia total transferida necessitarás mesurar I'altura, h, de cada escaló i comptar el nombre
d'escalons, n, en el trarn complert. L'altura verticai total a la que tu t'haurás pujat a tu mateix
ésnxh.
Material
- Un tram d'escales.
- Cronémetre.
- Regle.
- Balanga de bany.
Procediment
/ euja per les escales tan rápidament com puguis. Tingues cura en no relliscar.
J Anota el temps que tardes en pujar les escales.
Oüestions
1. Calcula l'energia transferida per pujar-te tu mateix pel tram d'escales.
2. Calcula la teva poténcia.
18

II1S C.{RDEDETJ SEÑ{IN.{RI D}., FÍSIC.{ I QUÍ{ICA
3 Com és la teva poténcia en comparació amb el valor obtingut a I'erperiment 2)
4 Si és diferent, pots explicar per que?
2.2 Forga i poténcia.
La paraula poténcia s'utilitza en el llenguatge corrent sense estar del tot clar el que
significa. De vegades sembla que signif,qui "poder" o "forga", abans que la rapidesa en qué es
transfereix l'energra. Vegem perqué és així Penseu una altra vegada amb la cadira elevadora.
Q-10 Suposeu que un nou motor és instal'lat amb una poténcia de sortida de 500 W Quanta
energia transferirá aquest nou motor en 10 s?
Suposeu que l'elevador porta ara un pes diferent, peró encara I'aixeca 2.5 m en el
mateix temps. Calcula la forqa F que exerceix el nou motor,
Així el nou motor, que és dues vegades més potent que el vell, és capag d'exercir una
forga doble o aixecar un pes doble en el mateix temps.
És per aixd que la poténcia de vegades sembla tenir un doble significat. Mecánicament,
una gran poténcia significa normalment una gran forgq perd aixd tan sols quan treballem amb
coses mecániques. No és correcte considerar la poténcia com una forga quan comparenL per
exemple, una bombeta de casa que té una potencia de 100 W amb un projector de TV que pot
tenir una potdncia de 2000 W. El projector de TV és 20 vegades més potent que una bombeta
de casa perqué transfereix energia des de I'endoll 20 vegades més rapidament. Parlar de forqa
en aquest cas no té sentit. Els científics restringeixen la paraula poténcia al significat "quan
rápidament pol ser transferida l'energia" i res més.
Q-lf Un muntacárregues puja un cos de 300 kg de massa a una altura de 40 m en 30 s.
Calcula:
a) el treball realitzat pel muntacárregues sobre el cos.
b) la poténcia desenvolupada pel muntacárregues.
c) si la poténcia nominal del motor del muntacárregues és de 6 CV, quin és el seu
rendiment?
t9

IFS (.RDl- DF( sEll].{Rl DE Fisl( . I ()l ill( .
3. lláquines.
Sempre que té lloc alguna cosa útil, hi ha transferencia d'energia. Cada treball té un
cost d'energia Podem calcular fácilment el cost d'energia d'un treball simple.
Q-12 Suposa que volem aixecar les rodes A" ¿uuunt d'un cotxe 20 cm de terra i per fer-ho
necessitem una forga de 2500 N. Quanta energia deu ser transferida al cotxe?
És a dir, no podem esperar airecar el cotxe sense "pagar" 500 J per fer el treball
Així i tot. és quasi impossible que puguem aixecar la part de davant del cotxe nosaltres
sols.
Un gat de cotxe és una máquina que.ajuda a transferir energia. El gat aixeca la parr
davantera aplicant una petita forga, pero si el cost d'energia segueix sent de 500 J, com ho
aconsegueix? L'únic camí és moure la petita forqa a través d'una gran distáncia, d.
o Suposant que la forga petita aplicada és de 50 N, calcula la distancia que s'ha de
moure aquesta forga per tal d'aconseguir I'energia necessária per pujar la part
davantera del cotxe.
Així que paguem el cost de I'energia aplicant una petita forqa al llarg d'una gran
distáncia. D'una máquina com aquesta se'n diu multiplicadora de Ia forga. La majoria de
mirquines són multiplicadores de la forga, perd unes poques (tal com les máquines que formen
els ossos i els muscles) són multiplicadores de la distáncia.
Els bragos robots que es fan servir actualment en moltes indústries, són multiplicadors
de la distáncia. La forga des del brag que está pivotat s'aplica sols una petita distáncia. Aixó
facilita que la "má" es mogui una distáncia més gran que el que es mou la fofga.
2A

IES CARDEDEU SEMINARI DE FÍSICA I QUÍMCA
3.1 Máquines i motors.
Les máquines que són de forga multiplicadora poden fer-nos la vida més fácil. Totes
les máquines tenen una forga d'entrada i una forga de sortida. Perd les máquines no són tan
sols aixd. Sovint usem dispositius que poden transferir energia des dels combustibles o el
corrent eléctric i així produir una forqa que mou alguna cosa. Un motor de gasolina i un motor
eléctric són exemples d'aquests dispositius. Les coses que transfereixen energia de tal forma
que fan els treballs més beneficiosos s'anomenen motors. El cos humá és un motor que
transfereix energia des dels aliments. El gran avantatge que tenen altres motors sobre el cos
humá és que poden transferir energia molt més rápidament que el que nosaltres podem. En
altres paraules, tenen una poténcia més gran. Aixó és tan important que pels avantatges que
ells ens apoften estem preparats per pagar un alt cost d'energia
Una varlelat de diierents ¡lg¡:nes'
Q-13 Comparala teva pot¿ncia (que has trobat a l'activitat 1) amb la poténcia d'una bombeta.
Com ho has fet? Probablement no molt millor que una llum de 100 W.
4. El cost de I'energia.
A I'apartat 3 hem vist que el cost de I'energia per aixecar les rodes de davant d'un cotxe
0,2 m és de 500 J. Una forga de 50 N necessita moure's 10 m per pagff aquest cost d'energia.
Perd, és aixó tot el que nosaltres hem de pagar en la práctica? En la práctica la forga no és de
50 N, sinó més gran, d'uns 120 N:
Energia subministrada a I'entrada de la máquina = 120 x 10: T2001
Hem gastat més energia en utilitzar el gat que si haguéssim pujat el cotxe directament.
Com més energia donem d'entrada a la máquina més grqn és la quantitat transmesa al cotxe.
Q-fa Qué ha passat amb I'extra de 700 J d'energia que han estat pagats?
L--i-i---
pt cador:
2l

tI]S CARI)I]DtrT] SE,N{IN,{R] DE I]ISIC' I OLTÍ{IC,{
Sempre que I'energia es transfereix, els cossos tendeixen a escalfar-se, tant si tu vols
com si no. Algunes coses com els motors eldctrics, poden escalfar-se degut a que el corrent
eldctric passa a través d'elles. Les máquines sovint s'escalfen degut a la fricció entre les parts
móbils. Es necessita energia per escalfar els cossos. No podem evitar que una mica d'energia
sigui transferida d'aquesta forma En el gat de cotxe,molta de I'energia consumida és utilitzada
via fregament, en un simple escalfament del gat i del seu entorn"
Nosaltres no volem malgastar 1'energia i els enginyers es preocupen de rebaixar aquesta
despesa inútil d'energia en les rnáquines. Per jutjar que una máquina és bona ino gasta energia
inútil, usem el terme renditnent
4.1 Rendiment.
Q-15 Que volenl dir quan descrivim un procés corn eficient?
Tu pots explicar perqué no estás fent un treball d'una forma eficient. Els directius
sovint diuen als treballadors de Ia fábnca que haurien d'intentar ser el més eficient possible. Els
fabricants d'aspiradores poden dir que la máquina és una manera més eficient de netejar una
habitació que fent-ho a má.
Totes aquestes exposicions tenen una cosa en comú. Fer quelcont eficientment és
fbr-ho amb menys dificultats o potser amb menys cost. lJna forma de ser més eficient és fer un
treball amb menys despesa d'energia. Tots els treballs tenen un mínim, o més baix, cost
d'energia. Aquest cost d'energia és la que té que ser transferida per produir la transformació.
Perd en totes les máquines tenim que pagar més que aquest mínim cost a fi d'aconseguir fer el
treball"
En el cas del gat de cotxe, el mínim cost d'energia per aixecar el cotxe fou de 500 J.
Aquesta fou l'energia transferida al cotxe per aixecar-lo. Peró en aquest exemple particular el
cost d'energia actual fou de 1200 J perqud l'energia també es transfereix en I'escalfament del
gat de cotxe i dels seus voltants.
El rendiment del gat de cotxe (i d'altres máquines) es defineix com.
energia útil de sortida
Ren.iirric¡tt:-
total d'ener gia d' entr ada
Aquesta proporció normalment es multiplica per 100 per donar el rendiment en
percentatge.
1)

IES CARDEDEU SEMINARI DE FiSICA I OUÍNÍICA
Q-16 Calcula el rendiment del gat emprat en aixecar e[ cotxe.
4.2 Poténcia i rendiment.
Una altra forma de calcular el rendiment d'una máquina o motor és comparar la seva
poténcia d'entrada amb la seva poténcia de sortida.
Rendiment del motor : poténcia útil de sortida
poténcia total d'entrada
Q-17 Suposa que un determinat motor eléctric té una poténcia de sortida de 1500 W i una
poténcia d'entrada de 2000 W. Calcula'n el rendiment.
Q-18 En la cadira elevadora descrita anteriorment es transfereixen 2500 J a l'elevador i al seu
passatger per aconseguir pujar al pis de dalt. Durant el mateix temps 3L25 J d'energia
foren transferits per la xarxa eléctrica al motor.
a) Calcula el rendiment del motor de la cadira elevadora.
b) Quina és la poténcia d'entrada del motor?
Q-19 Sonia corre 200 m per sobre d'un turó de pendent I per 4 en 40 s. (Un gradient d'l per
4 significa que el turó s'aixeca I m verticalment per cada 4 m de recorregut). El pes de
la Sonia és 400 N.
a) Quina altura vertical puja la Sonia?
b) Quanta energia es transfereix aixecant-se ella mateixa pel turó?
c) "La máquina urbana", quina poténcia té de sortida?
23

IES CARDEDEU SEMINARI DE FÍSICA I OUfMICA
Q-20 El rendiment pot treballar-se de dues formes:
energia útil transferida
total d' energia transferida
.. Doténcia útil transferida
" poténcia total d'entrada
Explica tan acuradament com puguis perqué aquestes dues expressions són equivalents.
A-2 És probable que una de les primeres máquines usades per I'home fos la rampa. És, per
exemple, molt probable que quan es construien les pirámides d'Egipte les rampes fossin
utilitzades per arrossegar pedres fins el lloc on les pirátnides foren construides. Encara
que les rampes poden ser molt útils per multiplicar la forga, són també soünt molt
ineficaces.
Una rampa és una máquina per aixecar pesos. el pes es pot posar sobre una fusta, o
simplement arrossegar-lo cap a dalt per la mateixa ra.mpa.
A I'investigar el millor sistema d'usar la rampa, tingues present que no vols usar més
forga de la necessá¡ia. D'altra banda, tampoc vols gastar més energia de la necessária.
Pots no ser capag d'aconseguir ambdues coses amb la mateixa disposició de la rampa;
així haurás de trobar la millor solució possible.
24

IES CARDEDEU SEMINARI DE FÍSICA I OUÍMICA
Investigació
a) Planifica i porta a terme una investigació sobre la millor manera d'usar una rampa.
Per la planificació fes servir el full següent i per I'experimentació pots usar part o la totalitat
del material que es mostra tot seguit.
rEi a
-'_-=
----.--_=_-_Z
----------t/ /t a
--
-pl
raÍ¡ ..: ]
--rJ
n
politj¡
blocs
/------
,//'---l
éz----r/ñ
crdrrr /6trW
r¡s¡:s oet¡tes i fürs fr:,
gg bb-b
b) Quines conclusions treus sobre la millor manera d'utilitzar una rampa? Haurás de justificar
la teva resposta amb les mesures fetes.
dinrü¡tru
25

IES CARDEDEU SEMIN,{RI DE FÍSICA I OI'ÍMICA
Planificació i realització d'investigacions
FULL DE PI-ANrrrcecró
Nom: Data:
El títol de la meva investigació és:
El problema que intento resoldre és:
Aixó és el que penso fer: Esquema:
Aquestes són les mesures
que penso fer:
Aquest és el material que
necessitaré:
Així és com presentaré els
meus resultats:
26

5. El rendiment d'un motor'
Les máquines ineficients malgasten I'energia, peró mesures acurades mostren que
aquesta energia inutiino desapareix. Ur;;;";'nitt"rA I'entorn' Si aquesta despesa inútil es
redueix, per greixatge de parts de h ma{uina, trobarem que no tan sols la máquina es torna
més eficient sinó quJlet puttt de la máquina ja no s'escalfen tant'
Quelcom d'aquesta energia inútil pot encafa escalfar el pes que s'está intentant moure'
com quan un pes p..-ur..ffi**u f., damrit d'una plataforma *gotu'-És pel que en la definició
de rendiment áiem energia útil transferida'
5.1 lVlotors tirmics.
Elsmotorstransfereixenenergiadelscombustiblesperfertreballsútils,i,igualqueen
les máquines, hi han algunes Pérdues. ;;it; máquines' l'energia és gastada fent treball contra
la fricció. ,tix¿ coidu.I* u rn ...¿fu,tniát tu *eq'ina i dels seus voltants' Les máquines es
construeixen per reduir aquesta pérdua d'energia tant com sigui possible' Amb tot' molts
,*rorc depenén d'un increáent de temperatura per treballar'
Q-21 Mira els dibuixos dels motors de la figura'
Tres cl¡sses de mtorE'
a) Troba perqué alguns d'ells depenen d'alguna manera
temPeratura.
b) Qué fa que una pujada de la temperatura faciliti el treball?
d'un increment de la
27

IES CAITDEDELI SEIVÍINARI DE FÍSICA I OIÍMICA
pot¿ncia de sortida
turbi na
Il]Jl
dipüsit ed
{reda
entrade d'ai
ili
: gu¡
trItr
generador
bo¡ba d'elirentecié
§ecció d'un¿ turbina de vapor. Les
Les turbines de vapor {an aoure
els genradors.
En una turbina de vapor, per exemple, I'energia del combustible s'utilitza en
transformar I'aigua en vapor a alta temperatura. De I'elevació de la temperatura d'un gas pot
resultar una elevació de la seva pressió. És aquesta pressió la que produeix la forga motora.
D'aquesta manera es transfereix energia des del combustible per fer alguna cosa útil,
per exemple, treure aigra d'un pou o girar un generador eléctric.
Apart del treball útil els motors de turbina fan que gran quantitat d'energia sigui
transmesa als voltants en forma de gasos calents. Aixó significa que el rendiment d'aquests
motors és baix. Malauradament, no hi ha cap cosa que pugui fer-se perqué aquests tipus de
motors no perdin energia en el seu entorn.
5.2 Utitització de motors eléctrics.
Els motors eléctrics no depenen de la calor aconseguida per treballar. Com que els
motors eléctrics transfereixen menys energia als seus voltants, tenen més alt rendiment que
altres tipus de motors. Amb tot, l'energia és primer transferida a I'electricitat, a les centrals. A
la majoria de centrals, I'energia es transferida cremant combustibles. L'energia de cremar els
combustibles s'utilitza per elevar la pressió del vapor que mou les turbines. Les turbines en
girar mouen els generadors que transfereixen I'energia a l'electricitat. Així encara quan usem
motors eléctrics, depenem normalment d'alguna forma dela cadena d'ener§a dels motors que
cremen combustibles.
28

IES CARDEDEU SEMINARI DE FÍ§ICA I OUÍMICA
Els motors que cremen combustibles a fi de fer ús de la seva energia tenen poc
rendiment. Pero hi han una limitada quantitat de combustibles disponibles en el món. És per
aixd que molta investigació va dirigida a millorar el rendiment amb qué s'utilitzen els
combustibles.
Q-22 Fes un esquema de totes les transferéncies d'energia que tenen lloc en un motor eléctric,
tot indicant a on es produeixen.
5.3 Motors térmics una altra vegada.
Els motors que treballen produint gasos
són normalment anomenats motors térmics.
Mira a la figura el diagrama d'un motor
de combustió interna. Els gasos en el cilindre
són capaqos d'empentar el pistó avall perqué
estan a més alta pressió que I'aire exterior. Els
gasos guanyen aquesta alta pressió perqué al
cremar-se el petroli, s'escalfen. Aií que la
diferéncia de pressió entre la part superior i la
part inferior del pistó depén de la diferéncia de
temperatures. Si no hi ha diferéncia de
temperatures significa que no hi ha diferéncia
de pressió i, per tant, no hi ha energia pel
motor. Perd una diferéncia de temperatures
significará que alguna energia dels gasos
calents será transferida pel motor al món
exterior. Aquesta energia és simplement una
pérdua en escalfament dels voltants del motor.
Cilindre d'un rotor de coúustió
interna. Aqrest és el mtor qre ee {a
servir ¿ls cotxes i ¿ les 'lotos'
entre d'eltres ráqrines.
válvul¡ d'entreda
vál vul a
bugia de sortid¿
El diagrama següent il'lustra el procés d'aconseguir energia útil en tots els motors
térmics.

IES CARDEDEU SEIVfINARI DE FiSICAI OT,iÍN{ICA
Encara que en aquests motors sempre es perd energia pels voltants, el rendiment del
motor depén de si la diferéncia de temperatures és gran o no ho és. Quant més gran és la
diferéncia de temperatures, més alt és el rendiment. Els enginyers utilitzen aquest fet per
provar de millorar el rendiment de coses tan diverses com un motor de cotxe i una central
eléctrica.
Q-23 Esbrina com funciona un gat hidráulic de cotxe.
Q-24 El polipast de la figura pot usar-se per aixecar
un pes. Suposem que un contenidor pesa 500
N i és aixecat una altura de 2 m. La forga
utilitzada per aixecar el contenidor és de 125 N
i han de ser tibats 10 m de corda.
a) Quanta energia es transfereix al pes?
b) Quant treball es fa al
aixecar el pes?
tibar la corda per
c) Quin és el rendiment del sistema de politges?
d) És aquesta máquina multiplicadora de forga o de distáncia? Raona la teva resposta.
]"0*
30

IES CARDEDET.I SEÍINARI DE T'ÍSICA I QliIVflCA
e) Qué passa amb I'energia no transferida al pes? (Prova de pensar dues coses diferents
que hagin passat).
Q-25 En Josep está utilitzant una corda per arrossegar un sac de ciment per una rampa. El sac
pesa 500 N i rellisca 5 m per damunt de la rampa essent elevat 2 m per sobre del terra
cap a la plataforma.
krastrant ur! sac de cerent sobre una ranpa.
a) Quin és el mínim cost d'energia per portar el sac de ciment sobre la plataforma?
b) Si I'energia no és transferida als voltants, quanta energia hauri de ser utilitzada per
en Josep per arrossegar la corda?
c) Amb quanta forga en Josep ha d'arrossegar la corda?
3l

IES CARDEDELI SE¡VtrN.{RI DE FÍSICA I OÚIVÍICA
Malauradament la corda es trenca quan el sac de ciment és arrossegat per la rampa i
rellisca avall altra vegada cap al fons. En Pere suggereix que si fessin servir una planxa
rugosa podrien aturar-lo si tornés a passar el mateix una altra vegada. En Josep es
lamenta de qud aixó significa que li será més costós arrossegar el sac per la rampa. En
Pere assenteix i suggereix utilitzar una rampa més llarga.
d) Explica per qué el Josep tindrá que estirar més si utilitza una planxa rugosa. Qué
passa amb I'energia extra que ell transfereix?
e) Explica com la idea d'en Pere d'usar una planxa més llarga ajudaria a reduir I'esforg
necessari per aixecar el sac.
Q-26 El motor d'un cotxe sovint s'anomena motor de combustió interna i motor de quatre
temps. La seva poténcia de sortida és soünt donada en cavalls de vapor. Troba i
explica el significat de cadascun dels grups de paraules subratllats.
).¿.

IES C,ARDEDEU SENII¡IARI DE FÍSICA I OÚNÍICA
6. Per qué els cofxes tenen un máxim de velocitat?
Pots fer molt mal al motor d'un cotxe si el "revoluciones" de sobte. No obstant, és poc
freqúent que els motors dels cotxes es facin malbé d'aquesta forma ja que la velocitat máxima
del cotxe és més baixa que la que causaria danys al motor.
6.1 Poténcia i fricció.
Qué són aleshores les limitacions de velocitat d'un cotxe? Per contestar aquesta
pregunta hem de mirar primer a on va I'energia de sortida del motor d'un cotxe. Una part
d'aquesta energia pot servir per augmentar la velocitat del cotxe, peró una gran quantitat en
servirá per elevar la temperatura de I'entorn via fricció: fricció contra l'aire i les parts móbils
del cotxe.
Si el cotxe está üatjant a velocitat constant, gens de l'energia de sortida del cotxe va a
I'energia cinética (o de moüment) del cotxe. Tota s'utilitzaen escalfar-se els voltants degut a
la fricció del cotxe. La forga de fricció porta al cotxe a parar-se i l'energia cinética del cotxe es
transfereix escalfant I'aire dels voltants.
Quanta poténcia s'utilitza al treballar contra la fricció? Per contestar aquesta pregunta
suposem que un cotxe que viatja a la velocitat constant de 20 m/s ha de véncer una forga de
fricció de 300 N.
tha {orga de friccié de 3O(l-netrtons ooos¿nt-se al
mvient del cstxe.
En un segon el cotxe podrá moure's 20 m contra aquesta forga. Així que el motor del
cotxe realitza un treball igual a
Fa aquesta quantitat de treball contra la fricció cada segon. Per tant, la despesa de
poténcia del motor contra la fricció será:
33

Si en lloc de parlar de nombres particulars, la forga exercida és F i la velocitat amb qué
es mou és v, és possible trobar una formula per poder calcular la potdncia.
treball fet contra la fricció cada segon : F x v
Poténcia : F t,
6.2 Fricció i velocitat.
La forga de fricció que un cotxe ha de véncer no és constant, augmenta quan la
velocitat del cotxe augmenta. EIs experiments mostres que, aproximadameit, la fricció és
proporcional al quadrat de la velocitat, conduint a una velocitat normal.
Q-27 a) Completa la columna que falta de la taula següent. Aquesta columna dóna la poténcia
que té que desenvolupar un motor per véncer la fricció i mantenir el cotxe en
moviment a cadavelocitat constant.
Forga de fricció §) Velocitat (m/s) Poténcia (W)
0 0
l9 5
74 10
T67 15
296 20
463 25
666 30
947 35
1 184 40
b) Dibuixa el gráfic de la poténcia requerida per un motor per véncer la fricció en
funció de la velocitat.
34

c) Suposa que el motor d'un petit cotxe té una poténcia de sortida de 37 kW. Aquesta
poténcia s'ha d'utilit zar a la vegada per accelerar el cotxe i per treballar contra la
fricció' Quina és la poténcia més gran que aquest cotxe pot utilitzar contra la fricció?
d) Si aquest cotxe está utilitzant tota la seva poténcia per treballar contra la fricció
estará viatjant a velocitat constant o no? Raona la teva resposta.
e) Quant rápidament estará viatjant el cotxe si está utilitzant tots els seus 37
treballar contra la fricció? (Utilitza el teu grafic).
kW per
f) Explica per qué aquesta ha de ser la més alta velocitat a la que un cotxe pot viatjar.
6.3 Motors reals.
Els motors reals no donen de fet una poténcia constant de sortida.
sortida varia amb la velocitat de motor. La tauü següent mostra la forma en
d'un petit motor de cotxe varia amb la velocitat per cárretera del cotxe.
La poténcia de
qué la poténcia
Celeritat (m/s) Poténcia (kW)
7.0 6.9
10.5 t0.2
14.0 14.3
17.5 18.6
21.0 23.0
24.5 27.5
28.0 32.1
31.5 3s.2
350 36.7
385 36.7
35

IES CARDEDET-i SEIfñ;ARI DE FÍSIC,A. I QLIÍ]VÍICA
Q-2S a) Troba la velocitat máxima del cotxe. Per fer-ho marca aquests valors de la potdncia
del motor sobre el gráiic que has fet a la qüestió 27 . El punt on els dos gráfics es
creuin donará la velocitat máxima del cotxe.
b) Explica per qué aixó dóna el valor de la velocitat máxima del cotxe
Si has dibuixat el segon gráfic com una corba suau, haurás trobat que el motor té una
máxima poténcia de sortida d'aproximadament 37 kW i que la linia creua el gráfic de la
poténcia de fricció molt a prop del máúm. Aixd significaria que aquest cotxe real té el mateix
máxim de velocitat com un que tu vas treballar abans. La majoria de cotxes tenen "corbes de
poténcia" (així són anomenades) com aquesta. Tots ells aconsegueixen la poténcia máxima
més o menys quan tota la seva poténcia está treballant contra la fricció.
6.4 Ciclomotors.
"La capacitat" d'un motor de cotxe és aproximadament proporcional a la seva máxima
poténcia. La capacitat d'un motor és el volum total dels seus cilindres. Així, per exemple, un
motor 4-cilindres de 1000 cm3 vol dir que té quatre cilindres cadascun de 250 cmt. El petit
motor de cotxe descrit abans, amb un máxim de poténcia de 37 kW, podria tenir una capacitat
de motor de 1000 cm3.
Q-29 Suposem que tenim que dissenyar un motor per un ciclomotor. Un ciclomotor, per llei,
no pot tenir una velocitat máxima més gran de 40 km/h.
a) Usant el gráfic de poténcia de fricció, troba la capacitat necessária pel motor del
ciclomotor.
b) Informa't sobre la capacitat d'un motor de ciclomotor i comprova si s'ajusta a la
capacitat que tu haües calculat.
36

IE,S C.{RDF.DE[I SE[[ARI DE FISICA I QtrlllcA
QUE HAS APRES?
1. El següent passatge resum les principals idees d'aquesta part del crédit. Omple els espais en
blanc amb paraules o frases de ia ilista del comenqament del parágraf. (Hi ha sols una
paraula o frase per cada espai en blanc; les paraules no estan anotades en I'ordre en qué
necessitarás utilitzar-les i pots fer servir una paraula més d'una vegada).
aixecant un pes combustible
escalfar els voltants forga
més petit que
rendiment
wat
mesurant
temps
zero
distáncia
joule
newton
transferir
energia
més gran que
poténcia
treball
El treball, el mesurem multiplicant la que actua per la distáncia que es mou, és
una forma de mesurar la transferéncia de La unitat en qué es mesura és el
és una mesura del rápid que es pot transferir I'energia. Es calcula dividint
I'energia transferida entre el
.La
emprat en fer-ho. La unitat en qué es mesura és el
No obstant, les dos magnituds no són el mateix.
La
2.
sovint es confon amb la
per
que es mesura en
energia. Es diferencia d'un motor el qual és
Tots els processos que
En totes les
el valor de I'energia de sortida
sortida pel total d'energia d'entrada
és sempre
Durant 5,0 s actua sobre el cos una
mateix sentit que la velocitat inicial
Una máquina és un mecanisme
un dispositiu per
La fracció obtinguda per
s'anomena el
energia a partir d'un
inclouen transferéncia de tenen un cost de
máquines, el cost de és sempre
divisió de I'energia útil de
de la máquina o motor. El
del 100 per cent perqué quelcom d'energia s'utilitza sempre en
La velocitat inicial d'un cos de 4'0 kg és de 7,5 m/s.
forga neta constant de 20 N en la mateixa direcció i el
Calcula:
a) el treball net fet sobre el cos.
b) la poténcia desenvolupada.

3a)
b)
ns c,rRDEor,tr sElux.rR¡ »r'. rÍstc.r i OtrÍrncr
Descriu el que sápigues dels motors eléctrics. Compara'ls amb altres tipus de motors.
Explica en qué es diferencien les máquines multiplicadores de la forga de les máquines
multiplicadores de la distáncia i posa'n al menys un exemple de cadascuna.
Un avió de 4000 kg necessita una poténcia de 600 kW quan vola horitzontalment a
300km/h. Quina será la poténcia requerida quan puja a 100 kmlh en una direcció que forma
un angle de 60" amb l'horitzontal.
5. a) El treball que fem quan pugem una escala depén:
i) de la rapidesa
ii) de I'altura
iii) del nostre pes?
Raona les teves respostes.
b) La poténcia desenvolupada quan pugem una escala depén
i) de la rapidesa
ii) de I'altura
iii) del nostre pes?
Raona 1es teves respostes.
Discuteix en quin cas es fa més treball: quan s'aguanta un cos d'l kg durant 10 s o quan
es fa el mateix amb un cos de i0 kg durant 1s.
El kW i el kWh, de qué són unitats? Dóna'n els valors equivalents en el SI.
Siguin A i B dos plans inclinats d'igual altura H. Si s'hi vol por pujar un cos, amb
velocitat constant i sense tenir en compte la fricció:
i) en quin s'haurá de fer més forqa?
ii) en quin cas es fará més treball?
Raona les teves respostes.
c)
d)
e)

IFS CARDF'DFI
' SEf IA1?I DE FiSIC I OI'ÍIIC,
2" r,art
MAI{TE,I§II{T-TE,
CALE,NT
(La calor: una forma de transferir energia)

IES C,RDEDEI' SEITi{ARI DE FÍSIC.{ I OTiifIC.
OBJECTIUS
En acabar aquesta part del crédit els alumnes haurien de.
- comprendre que escalfar és una forma de transmetre energia.
- conéixer el significat dels mots conducció i convecció.
- apreciar que, a diferéncia del treball, la calor és una forma de transferéncia d'energia que no
es mesura directament, sinó en funció de I'elevació de temperatura que produeix.
- ser capaqos de relacionar les formes en qué es transmet l'energia com a calor amb una
investigació sobre el rendiment energétic en escalfar una casa.
38

IES CARDEDETI SEÍINAITI DE FISICA I OLIIÍICA
1. Com em vestiré avui?
Mai t'has fet la pregunta anterior? Potser has tingut en compte la moda al contestar-la.
O de vegades has pensat en el confort. En alguns llocs, la vida de la gent depén de com van
vestits. Suposa que tu tens que portar un nen al camp a l'hivern o que vas a pujar a una
muntanya dels Pirineus en temps sec, fred o ventós. Quins materials serien els millors pels
vestits que escolliries? Alguns fabricants afirmarien que el material que ells usen és el millor
pel cas. Com podries provar la seva afirmació? Doncs comprovant-ho experimentalment.
Vas a dur a terme una investigació sobre quin material és més adient per mantenir-nos
calents un dia fred, sec i ventós.
Recorda que en una investigació cal tenir presents tot un seguit de coses:
/ Abans de comengar cal planificar la investigació de forma adient, tot comentant les
diferents propostes entre els membres del grup i pensant quines mesures s'han de
realitzar. El full de planificació t'ajudará a fer-ho.
/ Porta a terme les teves proves tan acuradament com puguis.
/ Comprova les teves mesures amb tanta precisió com et sigui possible.
/ Redacta un informe del que has fet.
A continuació tens una proposta de materials i métode de treball, peró recorda que no
hi ha un sol métode correcte. Les teves idees són tan bones com les de qualsevol.
39

IES C,{RDEDETi SEti,C.RI DE FISICA I OI'IIIC.
FULL DE Pt-ANrprcacró
Nom:
El títol de la meva investigació és:
Aixó és el que penso fer: Esquema.
que penso fer:
necessitaré:
meus resultats:
40
Data:

IES CARDEDF],I' SEII.RI DI] FISIC, I QTIIIC.
Material
- cronómetre
- termómetre
- vasos de precipitats
- al menys 4 tipus de diferents materials per recobrir, per exemple, cotó, llana, plástic,
mescla nylón/llana
- tisores
- cinta adhesiva
- bandes de goma
- agulles de cap
-/--,
ñ)-r'
)?»
'a/

Procediment
- Recull tres o quatre mostres de diferents materials. (Pots fer
servir camusses, llengols i mitjons vells, bosses de polietilé o
coses per I'estil).
- Fes servir un vas de precipitats buit o una llauna per
representar el cos d'una persona. Posant-hi aigua calenta
dins el vas pots mantenir-lo calent com si fos una persona.
- Fes diferents jaquetes pel teu vas amb els teus materials.
Prova amb una capa o amb dues. També pots fer un sanwich
de diferents materials. Tisores, agulles de cap, cinta adhesiva
i bandes de goma et poden fer servei.
Fes servir un eixugacabells (amb aire fred) per representar el
vent.
- Utilitza un termdmetre per mesurar la temperatura de I'aigua.
També et fará falta el cronómetre si vols fer mesures de
temps.
ffigt

IES CARDEDEI,i SE]'{IN,{RI DE FISIC, I OL.IIIC.
2. Mantenint la teva casa calenta.
Els nostres vestits i les nostres cases haurien de mantenir l'escalfor a I'hivern'
probablement haurás esbrinat en la investigació anterior de quina manera diferents materials
ens mantenen calents (apartat i). Ara comenqarás a investigar casa teva.
En qualsevol cas, per mantenir la casa calenta, necessites energia. Pot ser transferida
des dels combustibles com gas, carbó, petroli, fusta o parafina. Moltes cases s'escalfen usant
electricitat. L'energia transferida a casa teva per I'electricitat ve d'una central llunyana.
Totes les cases tenen "fuites" d'energia. Així que
per mantenir una temperatura confortable s'ha de donar
contínuament energia per anar reposant la que es va
perdent cap a fora. Les idees que trobarás en aquesta part
del crédit t'ajudaran a reduir la transferéncia d'energia de la
teva casa. Si s'escapa menys energia de la teva casa,
aleshores menys se n'haurá de reposar- En un interval de
temps poden estalviar-se molts diners.
Ara vas a iniciar el projecte d'estudi de
I'escalfament de la teva casa. Després d'estudiar com reduir
I'energia que es transfereix a I'exterior, I'acabarás.
}ibuixos cor rqurt s«t dissenyats 0r
aíl1ri¡r ¡ Ia gent a 'estalYt¡r enrgia'
e ]es cases r ¡ les qfictneÉ.
2.1 Investigació sobre I'escalfament de la casa. Part 1.
Abans de provar algunes de les recomanacions que farás, necessitarás trobar quan
rirpidament s'está restituint I'energia a casa teva.
per fer-ho necessites comprovar els comptadors d'electricitat i de gas i mesurar quant
carbó, fusta, o qualsevol altre combustible, uses. A la página següents trobarás un ajut per
llegir els comptadors.
Durant un període d'una setmana segueix aquestes tres instruccions:
1. Llegeix els teus comptadors de gas i d'electricit at, a la mateixa hora cada dia.
Escriu les lectures.
Anota quantes galledes de carbó o quants troncs de llenya cremes. Investiga quant
oli o parafina estás utilitzant cada dia.
42

IES C.{RDEDELI SEIT-J,{III DE FJSIC,{ I OI ifIC.{
Comptador de eas tipus digital
Com llegir els comptadors de gas i d'electricitat.
¡etres cübics digits vroeils
Ignora els digitals vermells.
Aquesta lectura es 4732 metres cúbics
Comptador de gas tipus de dial
agul I es
vernel I es
*
,¡
1 000
^
,.t', o
"
/t
t'' z -./ g1
ia/l
',
-'3 7-J
"'. 1-a /
5 'r,/
-r-i____/
100
Observa com estan numerats els dials. Les agulles giren en diferents sentits. Unes com
les agulles d'un rellotge. D'altres en sentit contrari.
* Ignora els dials amb agulles vermelles.
x Comenga amb el dial que té el número més gran. En el diagrama de dalt és el dial de
100000.
t Si I'agulla está entre dos números, elegeix el més petit dels números, excepte si
I'agulla está entre 0 i 9; aleshores elegeix el 9.
* Llegeix els dials per torn i escriu els números a sota.
* En aquest cas la lectura és 6688 cents de metres cúbics.
Cada vegada que aquest número augmenta en una unitat significa que 100 metres
cúbics de gas han passat a través del comptador. Així que.leg^unitats que vas amb aquests
números són "cents de metres cúbics".
setres cúbics
r 00 000
43
c,
7

IES CARDEDET] SENÍINARI DE FÍSIC.{ I Q(JfICA
Comptador eldctric tipus diqital
Els comptadors económics tenen dues
files de números. Una fila és per la
tarifa nocturna, més barata
(assenyalada com BAIXA) L'altra fila
és per la tarifa diürna (assenyalada com
NORMAL)
Ignora els números vermells.
Les lectures, en aquest cas, són:
BNXA: 32076 kWh;
NORMAL 62749 kwh.
Comptador eléctric tipus de dial
10000 1000 100
/rh
^.-T=.^
/í-ó
l; q :l t: p ;l t; *:l
¿Ly .i-ti/ ¿jjl
* Ignora el dial vermell.
Comenqa amb el dial que conté els nombres més grans.
La lectura en aquest cas és 44248 kwh
2. Al mateix temps, anota en un diari sobre els canvis quotidians que creus poden
haver originat el que es gasti més o menys energia. Per exemple, tots poden decidir
prendre dos banys en un dia determinat; o pot fer més fred de I'habitual; o el temps
pot ser molt ventós; o pots tenir convidats; o qualsevol altra cosa que hagi pogut
alterar el vostre consum de combustible.
3. Dibuixa gráfics de barres que mostrin el teu consum de combustible durant cada dia
que duri la investigació. Per exemple, si la lectura del teu comptador és de partida
66125 i a la mateixa hora el próxim dia és 66137, el teu consum aquest dia és 66137
- 66125: 12 unitats.
Dibuixa un gráñc de barres per cada combustible que usis.
Un cop tens fets els gráfics de barres per cada combustible, compara'ls amb les notes
del teu diari. Pots suggerir raons pels canvis en el consum? Guarda aquests resultats que
necessitarás per la segona part d'aquesta investigació.
r10
digrt=
kWh per div
di¿i veroeil
44
>f
,<

sFf I. Rl DE-E§l-c.l-llJ!l-fl§-.
IES C.RDEDEI'
2.2 Reduir I'energia transferida a I'exterior.
2.2.1 El dipósit de l'aigtru calenta.
Esbrina on i com s'emmagatzema I'aigua calenta a casa teva. Normalment está
guardada en dipósits fins que la vulguis fer servir. El dipósit está folrat amb un recobriment
especial que té al menys 5 cm de gruix. Si no hi fos, I'aigua calenta rápidament perdria
I'energia cap els voltants. Aleshores tindries d'utilitzar més energia per reposar la que es va
perdent.
2.2.2 Golfa ai'llada.
Si vius en un pis, no podrás aplicar aquesta part. Peró si la teva casa té una teulada, és
possible que I'energia estigui sent utilitzada per escalfar l'aire fred d'una golfa mal aillada. Quan
I'aire de casa teva s'escalfa, I'aire calent puja. Aixd té lloc perqué s'expansiona i es torna menys
dens que I'aire fred. L'aire fred baixa i empeny I'aire calent que flota cap a dalt al sostre. Aixd
es coneix com a convecció.
arre celent
atre fred
Crrents de cmvecctó en r¡n¡ h¿b¡tectó.
Si I'aire de I'altra banda del sostre és més fred, aleshores I'energia será transferida de
I'aire calent al fred. Aixd passa a través del sostre. L'energia es transfereix a través del sostre
per conducció. Com I'aire calent transfereix energia al sostre, es refreda i aleshores lentament
baixa. Alguna energia será transferida del sostre a I'aire fred de la golfa. Finalment aquesta
deixa la nostra casa a través de la teulada.
No podem evitar la transferéncia d'energia d'una cosa
calenta a una altra de freda. Perd alguns materials,
anomenats a'illants, transfereixen I'energia lentament. Per
retardar la transferéncia tant com sigui possible, es
col'loquen materials aillants al terra de la golfa'
Els material usats a les golfes són mal conductors. aixó
no significa que no puguin transferir energia. Significa que
faran aixó més lentament. Actuen d'aquesta forma perqué
atrapen mils de petites bossosd'aire entre les seves fibres.
r-nrgta q.¡e es perd per Ir tallada
d'un¡ c¿s¿.
45

IES CARDEDELI SE{IN,RI DE FISICA I QIIÍiCA
f ¡bres
aire retlngut entre Ier {ibre:
ure retingut efltre les prrticuler .§rtruls (orticule: oetites)
EIE dos difurxo5 rcstr¡n cr le: ectructseÉ de
Ies dur: frs d'¡il,l¡srt de gol{es ¡ls crrents
ooden retenir l'¡irr.
Q-l La Sara diu que molts materials aillants
bosses. Aixo demostra que I'aire és un
provar el suggeriment de la Sara?
atrapen aire entre les seves capes en
mal conductor. Estás d'acord? Com
petites
podries
L'aire entre les fibres de la golfa aillada s'escalfa peró no pot pujar perqué está atrapat.
així que la proporció d'energia que passa a través del sostre es rebaixa. Si la teva golla está
ben aillada, només una petita quantitat d'energia de I'interior de la teva casa será usada per
escalfar I'aire fred de la golfa.
2.2.3 A prova de corrents.
Posa les mans a la vora d'una porta o a prop del bastidor
d'una finestra. Podrás sentir una corrent d'aire bufant cap a
casa teva. El que no ha de passar és que una vegada calent,
I'aire de casa teva sigui arrossegat fora per I'aire fred que
va entrant. Aixo significaria que la teva calefacció hauria
de treballar més per mantenir calentes les habitacions de la
teva casa.
Q-2 Qué significa que "la teva calefacció haurá de
treballar més"?
Errents ¡l volt¿nt d'r¡t¡ Prt¡. th¡
grrn qrantitrt d'energir Pst rlt¡Pr
de l'h¡litrió d'¡q¡est¡ fm¿.
46

SEIIN¡&I DE FISIC,{ I OIIIIC.
IES C.RDEDFI:
Evitar els corrents no és car,i a més pot estalviar molts diners. Peró s'ha de tenir cura
amb els aillaments. Necessites alguna ventilació a casa teva, especialment si tens combustibles
sólids, petroli, gas parafina o bombones de gas per a la calefacció.
Q-3 Per qué és essencial tenir alguna ventilació quan cremes combustibles a casa teva?
2. 2. 1 Aillament de parets
Aixd funciona d'una forma similar al aillament d'una golfa. No obstant, no és una cosa
que puguis fer tu mateix.
Cambres a les parets
Algunes cases s'han construit fent cambres a les parets. Aixó significa que els edificis
tenen dues parets amb un buit entre elles. Fins fa poc I'espai buit era deixat ple d'aire. Si I'espai
buit s'omple amb un.material aillant, ajudará a reduir la proporció d'energia que es transfereix a
través de les parets.
En la figura del mig es veu com són introduits materials aillants en una cambra de la
paret.
o¿ret
de totxos ¡¡re
C¡ir¡ en ur pret ¡illat. L'ürr
entre Ies dua prrtt :c rÉstituit
pfr elicltt¡.
r- r-
ovet
de totxos
Cmstrucnó d'una doüle pret.
47
Aillmt urr prrrt s0lrd¡.

IES CARDEDEU SEIüIN,{RI DE FiSICA I QI'ÍÍIC.
Parets sólides
Si la teva casa no té cavitat per reomplir, pots encara aillar les teves parets. En aquest
cas necessites folrar les parets amb un material aillant i aleshores fixar guix o taules de fusta
damunt del revestiment.
Q-4 Per qué necessites fixar taules sobre el revestiment aillant d'una paret sólida?
Doble vidre
Ara hauries de ser capag d'explicar com el doble vidre pot ajudar-te a guardar la calor
de la teva cas. Fa aixd reduint la velocitat de transferéncia d'energia des de I'aire calent interior
a I'aire fred exterior a la finestra.
Eis dos vrdru rtrpcn l'rire enrig
i frsr un¡ c¡p¡ ¡ill¡nt.
Ihble vrdre.
Reduint les pérdues d'energia a les cases s'estalvien diners. Peró instal'lar doble vidre
pot ser costós. Han de passar alguns anys abans que els diners estalviats per la instal'lació del
doble vidre equilibri el cost de fer la instal'lació. Podries reduir I'energia transferida a través
dels vidres, a la nit, mitjangant pesades cortines.
2.3 Investigació sobre I'escalfament de Ia casa. Part 2.
Ara que has trobat alguna forma de mantenir la casa calenta, estás preparat o
preparada per la segona part d'aquesta investigació. Investiga a casa teva el següent:
/ De quin gruix és el recobriment del dipdsit de I'escalfador d'aigua? (hauria de ser al
menys de 5 cm).
/ Quin gruix té el teu aillament de la golfa? (Hauria de ser al menys de 5 cm).
I Tens corents d'aire al voltant de les portes, als marcs de les finestres o sócols?
48

IES CARDRDETT SEÍiN,.RI DE FISICA I OL;IÍIC.{
J Tens les parets aillades?
/ Tens les finestres amb doble vidre?
Prepara un informe sobre quanta energia estás perdent a la teva casa. Recomana
diferents formes de reduir aquesta pérdua. Prova de fer al menys una recomanació que no
costi molt de posar-la en práctica.
Pot ser la teva casa estigui ben aillada i a prova de corrents Si és així, pots estudiar
acuradament quanta electricitat, gas, petroli, etc. s'utilitzen i suggereix formes d'usar-los més
efectivament. Aixó és dificil i I'energia que tu estalvies pot ser petita, peró mereix la pena
intentar-ho.
3. Mesura de I'energia transferida.
A I'apartat anterior hem vist les formes de reduir la transferéncia innecessária d'energia
de la nostra casa. En el cas del doble vidre ja has vist que va unit a un cost. Per a jutjar el valor
de la millora en I'aillament de la casa has de ser capag de comparar el cost de l'energia
estalviada amb el cost de la millora. Per fer aixo, necessitarás poder trobar quanta energia es
transfereix quan una'cosa s'escalfa o es refreda.
Quanta energia hauria de ser transferida a un tanc d'aigua calenta per a qué es refredés
10"C? Quanta energia hauria de ser transferida a la llet d'un biberó per aconseguir la
temperatura adient? En acabar aquesta part del crédit hauries de tenir algunes idees sobre les
respostes a aquestes qüestions.
A la primera part del crédit, quan es transmetia energia hi havia sempre una forga (que
podies mesurar) movent alguna cosa. Calculaves I'energia transferida multiplicant la forqa per
la distáncia recorreguda. La forga per la distáncia recorreguda s'anomena treball. L'energia
transferida és igual al treball realitzat.
En aquesta part del crédit estem interessats en l'energia transferida per causa dels
canvis de temperatura. Tal com vam veure, quan I'energia es transfereix quasi sempre es
produeixen canüs en la temperatura. Normalment, aixó és una pérdua. Peró quan estem
interessats en escalfar I'aigua per un bany o bullir aigua per fer el te, I'energia utilitzada per
produir un canü en la temperatura és útil.
A la tercerapart del crédit veurá com I'energia transferida com treball pot, a vegades,
utilitzar-se simplement per canüar la temperatura d'un objecte. Peró quan fem pujar la
temperatura de les nostres cases fem primer augmentar la temperatura d'alguna cosa (un foc,
un radiador, etc.). Aleshores deixem transferir energia cap als voltants. Quan aixd passa, no hi
ha cap forga que puguem mesurar. Aixó sembla que és una manera diferent de transferir
energia que el treball. Anomenem aixd calor.
49

iES C.RDEDEIT SEIiIIN¡RI DE FISIC.{ I QtriflC.A.
A diferéncia del treball, no tenim lorma de mesurar directament I'energia transferida
per escalfament. Pero el que podem fer és mesurar el seu efecte sobre I'objecte al que es
transmet I'energia.
Quin és l'efecte d'escalfar I'aigua? Estará certament més calenta. Pot canviar a vapor.
El vapor a pressió pot usar-se per fer treball i fer funcionar una máquina de vapor.
I'enrqra es translrerx '
a i'arqua pr escaifasrt...
el vapr r prersró
pot fr treb¿1I...
... o pot fer d'¡Ltres
Alguner cmsequéncres de I'esc¡ile*nt
trrt¡lls ütils'
de I'aigtr.
Pero qué fer. si resulta que I'aigua no passa a vapor i no fa cap treball? L'únic resultat
d'escalfar I'aigua será I'augment de la seva temperatura. Podem usar aquest canvi en la
temperatura per mesurar I'energia transferida.
Ja hem dit que tenir energia és com tenir diners. És útil tan sols quan es transfereix.
Les següents qüestions són sobre el pagament de la transferéncia. Hauran d'ajudar-te a
entendre com I'energia es transfereix a diferents materials.
Simó treballa en una parada de verdures d'un gran mercat. Cada vegetal té el seu preu
en pessetes per kg. Per comprar verdura, un client ha de donar diners a Simó. Simó pot
calcular quants diners ha de cobrar (l'import) si té una taula com aquesta.
Verdura Preu (pesseteslkg)
albergínia
brdquil
col
pastanagues
col-i-flor
porTo
rovellons
SCVES
patates
moniatos
335
440
t32
187
250
179
950
228
58
3i6 '' "
por- fr otrar
,¡ vol rrt. . .
50

II s C.RDI Dt-'r' sFll RI Dt FiSI( IOI Íll(
Q-5 Dibuixa un diagrama de barres per comparar els preus de les diferents verdures.
Q-6 Imagina que fas la feina d'en Simó. Quants diners seran transferits al comprar el que
segueix? (Calcula cada cosa per separat i després I'import total).
a) 5 kg de patates b) 2 kg de pastanagues
c) 1 kg de seves d) 500 g de bolets
Pot treballar-se d'una forma similar la transferéncia d'energia que origina canvis de
temperatura. Núria és una científica que necessita calcular quanta energia transferida causa
certs canvis de temperatura. Usa una taula de valors d'energia. Aquesta taula mostra quanta
energia ha de ser transferida per a que la temperatura d'un kg de cada substáncia canvii en loC.
Substáncia I Energia (J/kg ' "C)
aire I qgO
alumini I 900
formigó | 3.400
coure I 390
cotó | l +oo
vidre I 0lO
ferro I 450
poliestiré I 1 300
aigua I 4 200
51

rFq ..Rr)r..r)ljr sEul.RI I)E FISIC t Ot'ilIC.
Q-7 Fes un diagrama de barres comparant I'energia que es transfereix en cada material de la
taula anterior.
Q-8 Quines substáncies necessiten més energia per escalfar-se?
Q-9 A quines substáncies els hi és més fácil escalfar-se?
Q-10 Una tetera conté 7 kg d'aigua. Quan la tetera, que és feta d'alumini, está buida té una
massa de 2 kg
a) Quanta energia es necessitaria per canviar la temperatura de la tetera buida en loC?
b) Quanta energia es necessitaria per canviar la temperatura de la tetera en loC si está
plena d'aigua?
Q-l1 Quanta energia es necessitaria per canviar la temperatura d'un recipient de vidre en 5oC?
52

IEq C üDFDEI' SEII RI DF, FISIC I OI'iII('.
Q-12 Quanta energia es necessitaria per augmentar la temperatura d'un bloc de 3 kg de
formigó en 20oC?
Q-13 L'aigua ha estat sempre utilitzada per omplir ampolles per escalfar llits. Una rajola
calenta embolicada en un drap pot també servir. Per qué són aquests dos materials els
millors per escalfar les coses?
Q-14 En termes de transferéncia d'energia, de quina manera l'elevació de temperatura difereix
de la baixada de temperatura?
3.1 Capacitat calorífica específica.
Una taula de valors d'energia com la que fa servir la Núria és útil si vols calcular les
translerénciés d'energia a casa teva. Per exemple, podries usar-la per calcular quanta energia
es necessita per escalfar I'aigua del dipdsit d'aigua calenta.
Cada valor d'aquesta taula és anomenat capacitat calorífica específica del material.
Alguns li diuen capacitat térmica específica. Altres termes usats són capacitat de calor
específica o calor específica. De vegades es abreujat com c.c.e. Tots aquests noms signifiquen
el mateix.
3.2 Transferéncia d'energia per escalfament.
Com vas obtenir la resposta a la qüestió 10? Sabies tan sols l'energia necessária per
elevar la temperatura d'un kg d'alumini en 1oC. Vas suposar que I'energia necessária per
augmentar la temperatura de 2 kg és el doble?
Com vas contestar a la pregunta 11? Una altra vegada sabies tan sols I'energia per
elevar la temperatura d'un kg de gel 1"C. Vas suposar que I'energia necessária per elevar la
temperatura d'un kg de gal en 5oC era cinc vegades aquesta?
Ambdues d'aquestes suposicions han estat raonables. Podem combinar-les juntes per
donar una {órmula per trobar I'energia transferida quan la'mássa m de capacitat calorífica
específica c canvia la seva temperatura en una quantitat T . La relació és:
53

iES C.{RDE,DE[, SEIIN.{RI DE FISIC.{ I OtiIfICA
energia transferida : m
d'enrgta es transf rr¡x¡n
qJan la terer¡trr¡ de
d' enrgra eÉ tr¡ns{erelxen
q.ran lr trger¡tu¡ de
d'enrgtr es truEferetxen
qran lr te4er¡trr de
d'enrgir et tr¡n:freixgr
prn lr t¡+er¡trr¡ dr
T
/-------::-.-
I lrq l
f-t-.r-)
f-- '
tr-)
r-' rq >
f-tq )
r-üq-)
f-"r-)
f- ¡;t-¡
f¡---nq )
r-tt, )
r--rü--)
/, lg
L'efectr dr tr¡srtre diferent¡ q¡¡tit¡t¡
d'enrgra a dilrrnts s¡a dt cqn.
3.3 Escalfant aigua.
La figura anterior et resumeix aquesta equació en una seqüéncia d'esquemes. No
obstant, pensem que no hauries de confiar en les suposicions fetes per raonables que semblin.
Caldria que fessis una investigació, utilitzant aigua, per provar la veritat d'aquesta formula. Per
provar-ho, necessitaries tenir algunes maneres de transferir quantitats iguals d'energia a I'aigua.
Hi ha varies maneres de fer-ho, peró la més senzilla és utilitzant un escalfador eléctric
d'immersió. Connectat a una font de 12 volts, pots suposar que sempre es transferirá en un
minut la mateixa quantitat d'energia.
E)(PERIMENT
La capacitat calorífica específica de I'aigua és I'energia que s'ha de transferir a 1 kg
d'aigua per elevar la seva temperatura loC. A partir d'aixd, pronostiquem que I'energia que s'ha
de transferir a una massa per elevar la seva temperatura un cert nombre de graus es pot trobar
a partir de I'equació.
energia transferida : massa ' capacitat específica ' elevació de temperatura
(J) (ke) (J/kg'"C) ("C)
Vas a comprovar experimentalment que aquesta equació descriu correctament la
relació entre I'energia transferida, la massa i I'elevació de temperatura.
mxIDx fJ
54
de coure /
csnvre efl //
,7
/
/)
//
d€ cqJre 'Y
cann¿ en ./ ,/
l/ ,.)
//t
,ar/
de cq¡re ///
cmnz, *, ///
(/)
,/
de cqre / /
Tf/,/
c¡ny¡¡ en
//
t/
5x39xIJ

ES C RDFDET' SEflN,U1I DE FiSIC I QI-iIICA
FULL DE PlANrrucncró
Nom: Data
Eltítol de la meva investigació és:
Airo és el que penso fer: Esquema.
que penso fer:
55
necessitaré:
meus resultats.

bal angr ¡utillti ce
IES C.RDEDEI' SE{IN-{RI DE FiSlC. I Oi'ÍfIC,
Material
Pots utilitzar tot o part del material mostrat en aquest dibuix:
prorrtr
vrs dr polistrrl
e*¡]f¡da d'rssil
Proced iment (suggeriments)
/ Comprova I'equació per parts.
- Si s'utilitza una massa constant d'aigua, I'elevació de la seva temperatura
hauria de ser proporcional a la quantitat d'energia transferida.
- Per una elevació constant de la temperatura, l'energia transferida hauria de ser
proporcional a la massa d'aigua.
Haurás de comprovar cadascuna d'aquestes coses per separat.
/ Mesura de la massa d'aigua.
No necessitarás mesurar la massa d'aigua amb una balanga. En canvi podrás mesurar
el volum d'aigua utilitzat, amb una proveta. I cm3 d'aigua té una massa d'un g. Aixi,
si coneixes el volum d'aigua és fácil de calcular la seva massa.
J Mesura de I'energia transferida a I'aigua.
L'escalfador per immersió transfereix la mateixa quantitat d'energia cada segon que
está connectat. Així que l'energia transferida per I'escalfador és proporcional al temps
que estir connectat. Per comprovar-ho.
- Posa I'escalfador d'immersió en una certa quantitat d'aigua, diguem 150 g
- Agita I'aigua. Recorda't d'anar-ho fent durant I'experiment.
- Connecta I'escalfador i posa en marxa el cronómetre al mateix temps.
- Anota la temperatura de I'aigua cada 15 s.
- Desconnecta I'escalfador d'immersió quan la temperatura s'augmenti 20'C.
- Dibuixa el gráfic de I'elevació de temperatura de I'aigua en funció del temps
en qué I'escalfador ha estat connectat.
Per trobar si I'energia transferida és proporcional a la massa d'aigua, haurás de
mesurar quant tarda I'escalfador en elevar la temperatura de masses d'aigua
mesurades, diguem lOoC.
/ Un cop feta la part experimental, escriu un informe.
El teu informe haurá de descriure el que has fet, i presentar els teus resultats. AI
menys un conjunt de resultats s'ha de presentar en forma de gráfic.
crmü¡tre
@
56

IES C.RDEDEI' SI]ÍI,RI DE FISIC, I QT Í,flCI
En el teu informe, digues si creus o no que els teus resultats recolzen l'equació
energia transferida : massa capacitat calorífica específica ' elevació de temperatura
Recorda't d'escriure quelcom sobre els effors que pensis que poden haver en els teus
resultats.
3.4 Mesura de la capacitat calorífica específica.
El preu de les verdures canvia. Quan les pastanagues són abundants van barates. Any
rera any els preus continuen pujant perqud costa més produir aliments i transportar-los a les
botigues. (Aixó es diu inflació tle preus). Així que la quantitat de diners transferits per la
mateixa quantitat de verdures va canviant.
L'energia transferida no és com aixó. L'energia transferida per originar una certa
elevació o descens de temperatura a una quantitat determinada de cert material no canviará.
No hi ha inflació pels canvis d'energia! Aixó significa que la capacitat calorífica específica
d'una substáncia és fixa.
Pots trobar la quantitat d'energia transferida quan la temperatura d'un kg d'una
substáncia canvia en 1oC a partir de les taules de dades dels llibres. No obstant, alguna persona
ha tingut que mesurar la capacitat calorífica específica alguna vegada. Trobarás com es pot fer
aixó a la següent part d'aquest crédit.
Q-15 Planeja una petita investigació per calcular si és més barat un bany o una dutxa. Digues
quines mesures faries i com les combinaries per arribar a una resposta.
57

SI:,11.RI f )I: iSIC. I QI
.if
IC,
3u part
I[)E,E, S
E,N
FISICA
(Energia i canvis de temperatura)

IF.S C Rl)EDI-il' SLfl.RI DF. I'ISIC I QI'ltlC.
OBJECTIUS
En acabar aquesta part del crédit e1s aiumnes haurien de
- r,alorar que la ciéncia depén tant de les idees conr dels tbts
- comprendre que una teoria científica és quelcom que pot ser comprovat erperimentalment i a
partir del qual es poden fer prediccions
- valorar que les teories, no obstant, no són lets i que podrien ser canviades si nous fets no
estiguessin d'acord amb la teoria.
- ser capagos de recordar la teoria cinética de la matéria i la teoria del calóric, i indicar proves
per distingir una de I'altra.
- comprendre el sigiúficat de la frase "l'energia es conserva" i ser capagos d'aplicar-la a casos
amb diferent complexitat.
- comprendre que l'energia pot ser transferida a un material i canviar-lo de sólid a líquid, o de
líquid a gas, sense que augmenti la seva temperatura.
59

Ii.tS C.RDt]i)Ft' SIrfl.RI Dt.. l-ll( l (.)l 'ill(.
l. Les teories científiques.
Moltes persones pensen que la ciéncia treballa només amb flets. Els propis científics són
representats sovint com a persones extremadament intel'ligents i que coneiren tantes coses
que desconcerten qualsevol profa
Poques r,'egades es descriu a1s científics com a persones creatil'es amb una viva
imaginació. A¡rem a pensar una mica de deteniment com treballa un científic perqué ens
ajudará a entendre la ciéncia en sí mateixa I et facilitará a tu entendre algunes idees sobre
1'energia.
Quan un cientific investiga un problema, rares vegades ho la només per curiositat
Normalment hi ha algú que paga al científic perqué tiri endavant la investigació. Per exemple,
una casa que manufactura olis de motor empra científics que investiguin la manera com I'oli es
comporta sota les condicions en qué s'ha d'emprar. l-laturalment, el científic está interessat en
el problema i en aprofundir en I'estudi de la ciénciaala qual el problema pertany peró sempre
hi ha un problema per a ser resolt o un suggeriment que ha de comprovar-se.
Q-l Qui creus que decideix quins problemes han de resoldre els científics?
Quan els científics han de resoldre un problema solen comengar tenint alguna idea
sobre la possible solució. Probablement pel teu cap passen moltes idees durant el dia. Si
orientessis les teves idees en una certa direcció, et podries anomenar científic. Els científics
posen a prova les seves idees fent prediccions i explorant diferents camins per a veure quins
són correctes i quins no ho
'són.
Si les proves mostren que les prediccions són correctes,
llavors el científic continua endavant fent noves prediccions. Quan Dimitri Mendeléiev va
publicar la seva idea sobre la Taula Periddica dels elements va mostrar com podia usar-se per
fer noves prediccions. La seva idea va ésser acceptada rápidament per altres científics perqué
les seves prediccions estaven fonamentades per I'experimentació per a ser comprovades.
Si una prova dóna com a resultat que una predicció está equivocada, el científic pot
modificar la idea o pensar-ne una de completament nova.
Els cientifics més famosos són recordats soünt perqué vas ésser els primers que varen
pensar en certes idees molt comunes, les varen provar i varen demostrar que funcionaven bé.
Per fer aixó havien de tenir una gran imaginació. Mchael Faraday i les seves idees sobre
I'electricitat són un bon exemple. Els científics més famosos del món han estat tan creatius com
els més grans artistes o músics.
No tots els descobriments científics han estat el resultat directe de I'intent de resoldre
un problema. Molts importants descobriments s'han fet per accident, quan els científics estaven
estudiant altres coses, com és el cas del colorant anomenat malveína per Perkin, de la
radioactivitat per Henri Becquerel i inclds de la penicil'lina per Fleming. De totes maneres,
varen ser molt afortunats els científics que, mentre buscaven un pla d'investigació van trobar
nous resultats.
60

IES C.RDEDE{' SEÍN,RI DE FÍSICA t OI'ÍÍ]C,
Les idees creades pels científics poden ser canviades més endavant per altres cientifics,
i aquestes canviades per altres i així més vegades. Un bon exemple és com han anat canviant
les idees sobre els átoms des dels dies de John Dalton. Dalton pensava que els átoms eren
esferes sólides. Més endavant J.J. Thompson va promoure la idea de qué eren com un "plum
cake" amb els electrons incrustats com si fossin fruita confitada. Avui en dia representem els
átoms com un petit nucli envoltat per un núvol d'electrons. Malgrat aixó, la imatge de l'átom
proposada per Dalton ens ajuda encara a entendre les formules i les equacions químiques. Peró
si volem entendre la radioactivitat, necessitem una imatge més actual dels átoms.
eleflrons
Dalton.
llodels atóa:,cs. El.s drbulxos e4rats per
. Thomson Huherford
a represenlar ela lto!'s han so+erl oran§ EaIlYls efi els ü1tlcs ceflt ¿nyg'
Per tant, ja'veus que la Ciéncia treballa amb les idees a I'igual que amb els fets.
Qualsevol científic, ádhuc persones no científiques, poden suggerir idees per a resoldre
problemes o donar explicacions de les coses que veuen. Si una idea demostra ser correcta per
a resoldre un problema i pot fer-se servir posteriorment per fer altres prediccions, llavors la
idea se I'anomena teoria. Cal que entenguis que les teories científiques estan elaborades per
persones: no són fets reals. Una teoria científica és virlida fins que falla quan vol explicar algun
fet observat, o quan preveu algu, fet que més tard resulta ser incorrecte. Fins i tot en aquests
casos la teoria pot usar-se de manera limitada, encara que, normalment, els científics intenten
elaborar-ne una de millor.
Q-2 Explica en qué es diferencien una teoria d'un experiment.
En aquesta part del crédit veurem com els científics varen intentar fer una teoria per
explicar que li passa a un cos quan s'escalfa.
61

IES C,{RDEDEI SEfI-RI DIl iIiSIC, I OT-Í,fic,
2.La teoria del "calóric" contra la teoria "cinética".
Hi ha més d'una manera d'escalfar una cosa!
Q-3 Suposa que tens un clau de ferro. Escriu totes les maneres que sápigues per escalfar-lo
Probablement alguns dels métodes que has escrit impliquen posar el clau en contacte
amb algun objecte que ja estava calent. Aquest és el métode més usual per escalfar una cosa.
Si volem bullir la llet dins un pot, col'loquem el pot en contacte amb la flama del gas o del
cremador eléctric, o també damunt d'un foc de llenya. Aquest métode tan normal d'escalfar les
coses ens porta a la primera de les teories anomenada la teoria del calóric.
2.lLa teoria del calóric.
Quan el pot de llet es calenta al col'locarJo damunt del foc sembla com si alguna cosa
anés des de les flaines cap el pot per a escalfar-lo. Podem imaginar que totes les coses
contenen alguna mena de "fluid" el qual flueix des de les coses calentes cap a les coses fredes.
La temperatura de les coses pot dependre de la quantitat de "fluid calorífic" que continguin.
("fluid" és el nom que donem a qualsevol substáncia que raja ñcilment - com els líquids o els
gasos -) Quan aquesta explicació de la calor fou suggerida per primera vegada el "fluid
calorific" fou anomenat calóric.
Cos calent amb un alt Cos fred amb baix "contingut"
"contingut" de caldric de calóric
D'acord amb la teoria del caldric, el
calóric fluirá des del cos calent al cos
fred si tots dos són en contacte. ALxó
s'assembla al flux daigua d'un recipient
a un altre si hi ha diferéncia de nivell
entre tots dos.
El flur de calóric des d'un cos calent a un de fred.
Quan una cosa es calenta, li va entrant calóric. Quan es refreda el calóric surt. El
caldric flueix d'una cosa a una altra sempre que hi ha una diferéncia de temperatura entre elles
(d'igual manera que I'aigua flueix des d'un dipósit a un altre sempre que hi ha una diferéncia de
nivells). Així, dos objectes idéntics a igual temperatura contenen igual quantitat de calóric.
62

ItrS C.Ri)trl)l:1' Sl:.fl.RI l)E FÍSIC. I()1
.Illc.
Aquesta és la primera erplicació (o teoria) sobre la calor. ,Ara en veurem una altra.
2.2 Energia i augment de temperatura.
Quan vares su-egerir maneres d'escalfar el clau de ferro, segurament vas incloure
mdtodes tals com colpejar-lo amb un marteli o flregar-lo contra una superficie rugosa. Ambdós
métodes impliquen moure una lorqa una certa distáncia. Quan fem aixo, l'energia es
transfereix. Sabrás també que totes les coses estan fetes de petites partícules que anomenem
átoms, molécules i ions.
La diferéncia entre átoms, molécules
cal destacar és que són partícules dificils de
provoquin canvis químics.
i ions no té importáncia en aquesta part. el que
trencar en altres més petites a menys que no es
Aquestes dues idees - la de que totes les coses estan formades per partícules i la de que
sovint I'energia es transfereix quan hi ha un canü de temperatura - ens porta a la segona teoria
sobre la calor. Aquesta teoria s'anomena la teoria cinética.
2.3 La teoria cinética.
Aquesta teoria diu que totes les coses estan formades per partícules (átoms i
molécules) que estan en constant moviment. La teoria cinética de la calor diu que quan un
objecte és escalfat, I'energia es transfereix a les seves partícules.
D'acord aÉ Ia teoria cinéttca.
l'energia es trans{erirá des de les
particules rlpides a les rás lentes
qran els dos cossos entrin en
cmtacte. Aixü dmarl co¡ a result¿t
que el cos calent es refredi i el cos
rés fred s'escalfi
a!'
a,
a
a),.
-(a
aI
¡ .».
.V
.tra
^
-r(o t .4
á ,,.
a
,o'J,
¡
'')s- 'f '
t§' tr. ('
'
.o
a_
al
'a
rO
a/
(a
.
ta!
Ot
a
,.
a), .a
a
.o o'
.?
aa
o'
a
¡ a),
a
Figura 10.ó
llenera coo la teorie cinftica exolica la terprature dels cossos.
La temperatura d'un cos dep¿n de quan rápid es moguin les seves partícules. Les
partícules d'un objecte calent es mouen més de pressa que les partícules del mateix objecte
quan est¿ fred. Quan les partícules dels cossos a diferents temperatures es posen en contacte
tendeixen a repartir-se la seva energia cinética.
63

lIrS C.Ri)F.l)F,l' SEÍI.RI DI: FISIC. I Ql ]fIC.
2.,1 Comprovant les dues teories.
Ara pots comprovar aquestes teories fent alguns experiments que impliquen augmentar
la temperatura d'un objecte.
El que has de fer és usar ambdues teories per preveure el que succeirá
temperatura en cada cas. Probablement endevinaris el que passará. Peró aixd
importáncia. El que has de fer és pensar el que les teories dirien que passará. Aixó és
diferent del que tu penses que passará.
Després pots considerar aquests experiments bé com a demostracions, o bé pots
provar-los de fer. En qualsevol cas, escriu el que realment ha passat. Quan ho hagis fet, aplica
a cada experiment la teoria que sigui la més útil per a preveure el resultat.
EXPERIMENT 1
IJn bec Bunsen col'locat sota un vas de precipitats amb 250 cmt d'aigua freda i un
termómetre.
E)GERIMENT 2
250 cm3 d'aigua bullent s'aboquen dins un vas de precipitats amb 250 cm3 d'aigua freda
i un termómetre.
.ala
no té
forga
64
jitt
):' (1

IL S C'. .R DI:l)lil '
SI:ll.RI DF. FISIC. I ()l ÍllC.
Yes de plAstlc
Q-4 Quina penses que és la millor teoria? Com has arribat a aquesta conclusió?
500 g de
tub de cartró
66
)

11 S t t:¡l¡i lll I l 11 l(l j): r il( l {Jr fil(
2.5 Les dues teories a l:r histdria.
Pot ser t'ha sorprés el f'et de qué s'hagin escollit aquestes dues teories per a comprovar.
La raó és que ambdues aren ser inrportants en una o altra época de la história de la ciéncia
N.'fentre que actualment estem a f'avor de la teoria cinética. la teoria del calóric ha demostrat
ser molt útil
La teoria de1 calóric va ésser popularitzada pel treball de Joseph Black a mitjans del
segle XVIII. encara que molts altres científics, tals com Lavoisier i Laplace- també hi varen
contribuir. Era moit cómode pels científics quan volien entendre les máquines termiques que
has vist a la primera part del crddit.
fl$r¡ 10.8
tr¡ clentiiics Sle Yarefl ccntribuir a
I drsenvolupar Ia teorta de1 caldrtc.
I Joseon Elac« (1728-1799).
I Prerre Laplace (1749-1827).
( htorne Lavoister' (174i-1794).
Malgrat aixó, durant milers d'anys la gent de tot el món podia comprovar que la forga i
el moviment podien produir un augment de temperatura. En tenim una bona prova quan veiem
que en la prehistória encenien el foc per cuinar amb métodes tals com colpejar pedres de foc o
raspar pals de fusta.
Q-5 De quines maneres fem foc ara? Hi ha alguna similitud entre els métodes antics i els
moderns?
67

IF.S C.Rf)i:.I)E{' SEfIN,RI DE F'ÍSIC- I OI'ÍfIC.
Els grecs com ara Plató i Aristótil podien explicar la relació entre foc i moviment en
funció de les seves própies teories sobre els quatre "elements" - terra, aigua, aire i foc -. A
principis del segle XIX, van comengar a aparéixer les idees sobre I'energia. El Comte Rumford
realitzá uns famosos experiments trepanant l'ánima d'un canó el qual es escalfava més i més a
mida que avangava el trepant.
c¡v¡lls
Figura 10. l0
Drbuix de l'exoerreent del coote de Ruaford. Ejs resultats d,aquest
exprraent v¿ren deeostrar Ia necessitat d'una nova tecrj.a de la calor.
Q-6 Per qué se t'escalfen les mans quan les fregues una contra l'altra?
Cap a mitjans del segle )OX, científics com John Dalton van aportar proves
convincents de qué tota la matéria está formada per átoms i molécules. Molts altres científics
van ajuntar les idees de qué I'energia transferida pot ser una part de "l'augment de calor" i de la
idea de qué tota la matéria está formada per partícules. Les dues idees juntes donaren origen a
la segona de les nostres teories: la teoria cinética.
L¡ teori¡ ¡tü¡ica de D¡ltm i els
exprients de fr¡¡frd qre lligaven
enrgia a* teroratura es yen
co¡binr per a poduir la teoria
ci nlti ca.
a John Dalton (17óó-1844).
b EI corote tunford (17fJ-1814).
68

IES C,ARDEDET] SEN{INARI DE FÍSICA I oÚIufICA
3. Energia i temperatura.
Has vist com la teoria cinética de la calor és útil per qué ens ajuda en les nostres
prediccions. Tenim una gran confianga en aquestes idees malgrat que no podem veure les
"partícules" en les quals es basa la teoria.
La raó per la qual la teoria cinética fou acceptada en lloc de la teoria del calóric fou per
qué podia explicar la relació entre augment de temperatura i energia transferida. Malgrat que
awi en dia tothom comprén que un augment de temperatura depén d'una transferéncia
d'energia, era molt dificil al segle XIX comprovar aquesta teoria mitjangant I'experimentació.
Un científic anomenat Edward Mayer estava convengut que hi haüa una connexió entre
temperatura i energia, peró era incapag de convéncer els científics del seu temps únicament
amb raonaments.
Per la mateixa época, a Manchester (Anglaterra) un fabricant de cerveses i científic
aficionat, James Joule, també estava convengut de la relació entre energia i temperatura. Joule
va invertir 40 anys dissenyant i construint peces d'aparells per ha demostrar-ho. A la següent
figura es veu I'esquema de dos dels seus experiments:
electroi¡ant
bobrna rotatória
voltada d'aigua
Figura 10. 15
Dos dels eés la¡osos experirents de Joule.
En I'experiment a agitava aigua amb unes paletes. Com a resultat I'aigua s'escalfava. Va
mesurar amb molta cura I'energia transferida a I'aigua quan era agitada. També va mesurar
roda de palets
69

IIIS C.RDI.t)t,.{' SIIÍI.RI 1)l
l'augment de la temperatura de l'aigua El seu experiment va demostrar que hi havia de
transferir-se 4200 Joule d'energia per augmentar 1a temperatura d'un quilogram d'aigua en 1oC
Peró ia importáncia del treball de Joule roman en que va ler mesures similars en molts
experiments diferents, trobant sempre que 4200 Joule d'energia havien de ser transferits per
aconseguir que 1 kg d'aigua augmentes la seva temperatura en loC. Es diu que estava tan
entusiasmat en aquests experiments que ádhuc en el seu viatge de noces a Suissa f'eia mesures
de la temperatura de I'aigua a dalt i en el fons d'una cascada.
Q-7 Explica per qué James Joule esperava trobar temperatures de l'aigua diferents en el cim i
en el fons de la caiguda d'aigua.
Com que Joule era un científic "aficionat" els seus experiments no van ser considerats
seriosament pels altres científics professionals. De totes maneres malgrat que la Royal Society
va rebutjar la publicació dels seus papers, Joule va continuar amb la seva afecció. Per fi, 30
anys més tard de la publicació per primera vegada dels seus experiments, la Royal Society el
va homenatjar amb "la medalla Colpey, el premi més important de tots. Un any més tard, en
1871, Mayer va rebre el mateix honor. Potser si Mayer hagués descobert un métode per a
comprovar la seva teoria, ara mesuraríem I'energia en "Mayer" en lloc de en "Joule".
4. Comparant energies transferides.
A I'experiment 3 de I'apartat 2.4 es transferia energia a un bloc metá,I'lic usant la
fricció. Com a conseqüéncia, la temperatura del bloc va augmentar. D'acord amb la teoria del
calóric, el fluid caloific dins el bloc va augmentar. Perd no hi haüa cap font d'on pogués
procedir.
En canvi, diem que I'energia interna d'un objecte creix que augmentala temperatura.
En un sólid I'augment d'energia interna significa que les partícules übren més. En un líquid o
en un gas, I'augment en energia interna significa que les partícules es mouen més de pressa. En
els dos casos, I'energia cinética de les partícules s'incrementa.
A la segona part d'aquest crédit vas trobar per primera vegada el terme capacitat
calorífica específica. La capacitat calorífica especíñca d'una substürcia és I'energia que cal
transferir a 1 kg de la substáncia per qué augmenti la seva temperatura en 1oC.
L'experiment 3 serveix per trobar les capacitats calorífiques específiques de les
substáncies.
7A

IFS ( T I)}JI)I- I SFf I,RI DF F¡SIT', I QI iII(.
Q-8 Suposa que en un experiment molt acurat es va trobar que un cilindre d'alumini de massa
i kg augmentá en 2,0 oC la seva temperatura al girar-lo 360 vegades contra una lorqa de
fregament de 20 i.,r. La longitud del cilindre era de 0,25 m.
a) Calcula la distáncia recorreguda contra la forga de friccio
b) Calcula el treball fet contra la forga de fricció.
c) Calcula I'energia necessária per augmentar I oC la temperatura d'un quilogram
d'alumini.
L'energia pot ser transformada en energia interna d'un cos mitjangant un treball o per la
calor. La transferéncia d'una quantitat fixa d'energia per qualsevol métode incrementará
I'energia interna en la mateixa quantitat. És per aixó que podem mesurar les capacitats
calorífiques especíñques d'una manera directa aportant una quantitat de treball per augmentar
l'energia interna d'un cos i mesurant el posterior increment de la temperatura del cos.
Naturalment, hem d'estar segurs de qué tota I'energia transferida fent un treball serveix
per augmentar la temperatura del cos i no se'n perd gens. Per tal de comprovar-ho fes
I'experiment 4 de l'apartat2.4.
Mesura de la capacitat calorífica específica del plom
Es tracta de mesurar la capacitat calorífica específica del plom. Pots fer-ho transferint
energia a una perdigons o ploms de pescar i mesurant I'augment de temperatura del plom.
vas de pl
tub de c¿rtró
71

I]IS C.RDEDI]I
. SI1ÍI.RI DT:, FISI(. I QI IIIC
En aquest experiment una quantitat mesurada de plom és giravoltada 50 vegades dins
d'un tub de cartró Cada vegada el plom cau dins del tub i guanya energia cinética. Quan el
plom colpeja el fons del tub. la seva energia cinética es converteir en energia interna del plom i
de tot alló que I'envolta.
Una forga accelera el plom en 1a seva caiguda dins del tub Aquesta fbrqa és el seu pes.
Pots calcular I'energia transferida al pot de la mateixa manera que ho has fet a la qüestió 8.
Nlaterial
- un tub de cartró.
- taps per cada extrem del tub
- perdigons de plom.
- un vas de poliestiré.
- un regle.
- una balanqa.
Procediment
- Posa el plom en el vas de poliestiré, mesura i anota la seva temperatura.
- Posa el plom en el tub de cartró itapa els extrems.
- Rápidament giravolta el tub, de manera que el plom s'estavelli contra els extrems del
tub. Fes-ho 49 vegades.
- Manté el tub vertical. Treu el tap de l'extrem on no hi és el plom i giravolta e1 tub per
última vegada, de manera que els ploms caiguin dins del vas. En total haurás
giravoltat 50 vegades el tub. Mesura i anota la temperatura del plom.
- Repeteix el procés al menys dos cops més.
Dades experimentals i cirlculs
- Recull els teus resultats en una taula.
- Calcula quanta energia s'ha transformat en energia interna del plom i del seu entorn,
cada vegada que el plom ha caigut dins del tub.
- Calcula la capacitat calorífica específica del plom.
Qüestions
1. Dóna una raó per a suposar que quasi tota I'energia transferida s'ha transformat en energia
interna del plom.
2. Tenint en compte que el valor que surt als llibres per a la capacitat calorífica específica del
plom és de 130 Jlkg oC, dóna una raó per a explicar la diferéncia entre el teu valor calculat i
aquest valor.
72

Energía a l'abast.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Energía a l'abast.pdf

Similar to Energía a l'abast.pdf (20)

More from jolopezpla

More from jolopezpla (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (8)

Energía a l'abast.pdf