Energia i màquines tèrmiques
Les màquines tèrmiques ens són molt familiars perquè formen part del nostre paisatge urbà: cotxes, motos, autobusos, camions i altres. La seva capacitat de generar treball està assegurada per un motor que converteix l’energia de la gasolina o del gasoil en energia motriu.
SABIES QUE...
Denis Papin va inventar una de les primeres màquines de vapor (1690), que James Watt va perfeccionar, aconseguint rendiments molt més elevats (1765). Sadi Carnot va enunciar les lleis de la termodinàmica (1824), que van permetre la seva evolució definitiva. 
Transformació de l’energia tèrmica en energia mecànica
Els motors tèrmics transformen l’energia d’un combustible en energia de moviment, en energia mecànica. Aquesta transformació es produeix en els motors a través d’un conjunt de mecanismes.
L’energia tèrmica subministrada a un motor tèrmic no es transforma totalment en energia mecànica. Una part es dissipa en forma de calor, i si no s’aprofita d’alguna manera es considera que és una energia perduda.
Un motor tèrmic és una màquina motriu que transforma l’energia tèrmica o calor en energia mecánica.
Energia, treball i potencia
El principi de funcionament de les màquines es basa en el concepte físic de treball.
S’anomena treball l’acció d’aplicar una o més forces sobre un cos i provocar o modificar el seu moviment.
L’expressió matemàtica de treball és:
On W és el treball expressat en joules (J), F és la força aplicada, en newtons (N), i s és el desplaçament del cos, en metres (m).
Aquesta persona fa una força de 200 N i desplaça la caixa 10 m. El treball que realitza és de 2 000 J.
La unitat de treball és el joule (J), que equival al treball realitzat per una força d’un newton que, aplicada a un cos, li provoca un desplaçament d’un metre:
1 joule=1 newton⋅1 metre
Quan s’efectua un treball, es consumeix una quantitat equivalent d’energia. Per això, per realitzar un treball cal disposar d’energia.
- L’ energia és la capacitat de realitzar un treball.
- En conseqüència, la unitat de treball és la mateixa que la d’energia: el joule.
- Segur que has sentit a parlar del terme potència en relació amb el motor d’un vehicle o alguna altra màquina. Aquest relaciona el treball físic amb el temps emprat per dur-lo a terme.
- S’anomena potència el treball efectuat per unitat de temps. Dóna idea de la rapidesa amb què es pot realitzar un treball.
- La modelització matemàtica de potència és:
On P es la potència en watts; W, el treball en joules; i
Δ𝑡
1 watt=1 joule1 segon
, l’ interval de temps en segons en el qual es duu a terme el treball.
Fixa’t que la unitat de potència és el watt (W), ja que :
Si un mateix treball es fa amb menys temps, la capacitat de realitzar-lo és més gran; per tant, la potència de la màquina és més elevada
El rendiment energètic
En qualsevol transformació d’energia es vol aconseguir la menor pèrdua d’energia possible, és a dir, que l’energia aportada a una màquina es transformi majoritàriament en energia útil.
El rendiment és una forma d’expressar l’eficiència d’una transformació energètica, que s’obté de relacionar l’energia útil (Eu) amb l’energia d’entrada (Ee).
Es multiplica per 100 per obtenir el resultat en %.
En una transformació ideal, sense pèrdues, el rendiment seria del 100%, però aquesta situació no pot donar-se a la realitat. Totes les transformacions energètiques tenen rendiments inferiors al 100%.
El rendiment dels motors tèrmics pot variar; pot estar entre un 15 % i un 40 %.
Només aquest percentatge de l’energia que proporciona el combustible es transforma en energia mecànica, la major part es perd en forma de calor.
Només aquest percentatge de l’energia que proporciona el combustible es transforma en energia mecànica, la major part es perd en forma de calor.
