Energie

Generalităţi privind energia

Energia, este definită în Dicţionarul Explicativ al Limbii Române, în literatura de

specialitate din ţară şi din străinătate, ca şi pe numeroase site-uri web, în diverse limbi de

circulaţie internaţională, ca fiind capacitatea unui sistem fizic de a produce lucru mecanic.

Uneori se menţionează în definiţia energiei şi capacitatea unui sistem fizic de a produce

căldură. Cu toate acestea, noţiunea de energie este mult mai complexă, fiind evident, asociată

şi cu alte sisteme în afară de cele fizice şi anume sisteme biologice, chimice, etc. Unele

menţiuni din literatura tehnică de specialitate, consideră că energia este implicată în toate

procesele care presupun orice fel de schimbare sau transformare, fiind responsabilă de

producerea asestor schimbări sau modificări. Se poate considera chiar că materia în sine,

reprezintă o formă “condensată” de energie, iar această energie este înmagazinată în atomii

şi moleculele din care este alcătuită materia.

Legătura dintre cele două forme de manifestare, energia şi materia, este reprezentată

de celebra ecuaţie a lui Albert Einstein:

E = m · c2

unde:

- E este energia;

- M este masa;

- c este viteza luminii.

Este demonstrat că prin diverse procedee, cantitatea uriaşă de energie, conţinută în

atomi şi molecule poate fi eliberată şi utilizată în diverse scopuri, iar în urma desfăşurării

acestor procese, materia utilizată ca “sursă de energie”, suferă transformări considerabile.

Două dintre cele mai reprezentative exemple ale acestor genuri de transformări sunt

producerea energiei electrice prin fisiune nucleară, respectiv explozia focoaselor nucleare,

ambele procese reprezentând transformări ale materiei în cantităţi uriaşe de energie.

În sistemele termodinamice, reprezentând tipul de sisteme care vor fi studiate în

continuare, pot fi întâlnite mai multe forme de energie şi numeroase tipuri de transformare a

energiei dintr-o formă în alta.

Cele mai importante surse de energie, utilizabile la ora actuală cu tehnologiile

disponibile sunt reprezentate de combustibilii fosili, cele mai cunoscute tipuri de asemenea

combustibili fiind petrolul şi produsele obţinute din acesta, gazele naturale şi cărbunii.

Disponibilităţile energetice actuale se pot împărţi în două categorii şi anume rezerve

energetice şi resurse energetice.

Rezervele energetice sunt surse de energie cunoscute, care pot fi exploatate în contiţii

de rentabilitate economică, utilizând tehnologiile existente.

Resursele energetice sunt surse de energie cunoscute, care însă nu pot fi exploatate în

contiţii de rentabilitate economică, utilizând tehnologiile existente, dar care ar putea fi

valorificate în viitor, dacă se vor dezvolta tehnologii adecvate, sau dacă vor deveni rentabile

în urma creşterii preţului energiei.

În prezent, cca. 85…90% din energia consumată anual pe Pamânt, este produsă prin

arderea combustibililor fosili.

În anul 2030, se estimează că din punct de vedere al sursei utilizate, structura

producţiei energetice va fi aproximativ următoarea:

- 75…85% din arderea combustibililor convenţionali;

- 10…20% din fisiune nucleară;

- 3…5% din energie hidraulică;

- cca. 3% din energie solară şi eoliană.

În anul 1975, producţia energetică mondială a fost de cca. 8,5 TWan/an, iar în prezent

nivelul producţiei energetice este de cca. 10 TWan/an. Pentru anul 2030, ţinând seama de

ritmul creşterii populaţiei, se estimează că producţia de energie va ajunge la 22 TWan/an şi

ţinând seama de ritmul creşterii economice, se va ajunge la 36 TWan/an. Din aceste valori,

energia electrică reprezintă doar cca. 18…20%, un procent mult mai mare fiind reprezentat de

energia termică.

Din punct de vedere dimensional, 1 TWan = 1·1012 Wan, dar pentru a se înţelege mai

bine semnificaţia acestei unităţi de măsură a cantităţii de energie, se va efectua o scurtă

analiză comparativă a câtorva consumuri energetice care pot fi uşor interpretate.

În urma procesării zilnice a alimentelor, prin arderile produse în corpul uman, se

produce o cantitate de energie:

E = 10000 kJ ≈ 2390 kCal

Puterea medie dezvolată prin utilizarea acestei cantităţi de energie, depinde de timpul

τ în care este consumată aceasta:

P = E / τ [W]

Considerând că perioada medie de activitate zilnică a unei persoane este τ = 16 ore/zi,

deci presupunând că perioada de somn este de 8 ore, valoarea puterii medii dezvoltate de o

persoană este:

0,175 kW 175 W

16 3600

P 10000 ≈ =

⋅

=

Considerând că energia obţinută prin alimentaţie este utilizată exclusiv pentru

deplasare, cu un randament al transferului energetic la organele locomotorii, η=15%=0,15 se

poate calcula valoarea energiei utile şi a puterii utile care pot fi obţinute prin alimentaţia

zilnică:

Eu = η · E = 0,15 · 10000 = 1500 kJ

Pu = η · P = 0,15 · 175 = 26 W

Dacă această energie, respectiv putere, este utilizată exclusiv sub formă de lucru

mecanic, pentru a urca scări, considerând că masa persoanei este de 75 kg, se poate determina

înălţimea totală h, la care se poate ajunge prin urcarea scărilor:

2 km 2000 m

75 10

1500

m g

h Eu = =

⋅

=

⋅

=

Dacă energia este utilizată tot sub formă de lucru mecanic, dar numai pentru deplasare

pe orizontală, se poate considera că lungimea unui pas este de 0,8 m, ceea ce înseamnă că

pentru parcurgerea distanţei de 1 m, este nevoie de 1,25 paşi. La deplasarea pe orizontală,

energia, este consumată sub formă de lucru mecanic, pentru ridicarea la fiecare pas a centrului

de greutate, pe o înălţime hp = 1…10 cm. Se poate considera că hp = 4 cm = 0,04 m.

Pentru parcurgerea distanţei de 1 m, trebuie efectuaţi 1,12 paşi, deci înălţimea totală la

care trebuie ridicat centrul de greutate este h1 = 1,12 · hp = 1,12 · 0,04 = 0,05 m.

Lucrul mecanic L1, necesar pentru parcurgerea distanţei de 1 m, este:

L m g h 75 10 0,05 37,5 J