En petits grups, discutiu aquestes qüestions; després, comenteu-les amb la resta de companys i obteniu-ne una resposta consensuada:

1. L'ús racional de l'energia passa perquè tots els habitants del planeta disposem de la mateixa quantitat d'energia?
    
2. Fixeu-vos en els elements elèctrics de l'aula i dibuixeu l'esquema elèctric de la instal·lació.
3. Si es connecten dues bombetes en sèrie a una pila de petaca, s'esgotarà abans o després que si es connecten en paral·lel? Per què?
    
4. Què significa que un electrodomèstic consumeix energia elèctrica?
    
5. De quin tipus és cada un dels generadors de les fotografies?
    

1. La població del nostre planeta, al ritme de creixement actual es pot duplicar en les pròximes dècades; com creus que afectarà això a la satisfacció de les necessitats bàsiques de tots? Exposa les teves idees respecte aquest tema i debat amb el teu grup.

1. Els Estats Units, tot i que són un productor de petroli important, necessita importar-ne. Per què creus que és així? Fer una recerca a internet sobre el consum energètic per capita d'aquest país pot ajudar-te a respondre.

 

1. Una cinquena part de la humanitat sobreviu amb un dòlar diari i es veu obligada a sobreexplotar el medi on viu; per exemple, a la sobreexplotació pesquera. Elabora un judici crític sobre aquest fet.

4.  Analitza el significat d'aquesta frase: «Els aliments, el nostre combustible, són el millor exemple de la importància de la biomassa com a font d'energia».

1.  Analitza, amb sentit crític i ampliant la informació de la taula, l'impacte mediambiental de les fonts d'energia. Completa l'anàlisi amb informació contrastada sobre els aspectes econòmics de cada una.

 

1.  Entre els inconvenients de l'energia hidràulica de gran potència es troba la construcció d'embassaments que submergeixen terres cultivables i, fins i tot, pobles. Sabries dir algun impacte mediambiental més?

 

1. Consulta la presentació «Fonts renovables i no renovables d'energia elèctrica», i respon les preguntes que s'hi proposen.

Els problemes plantejats exigeixen una resposta de tots els països, i la solució exigeix l'educació per a un futur sostenible i la realització d'accions individuals encaminades a reduir el nostre consum energètic.

Què és el desenvolupament sostenible

Tots els pobles i habitants de la Terra tenen dret a satisfer les seves aspiracions a gaudir d'una vida millor, i això depèn de satisfer les necessitats actuals de tothom, incloent-hi les de les generacions futures:
  El desenvolupament sostenible és el que satisfà les necessitats de les generacions actuals sense comprometre la capacitat de les generacions futures de satisfer les seves pròpies necessitats.

Rendiment d'alguns dispositius (en %)
Dispositius	Rendiment(%)
Màquina de vapor (1880)	17
Cos humà	25
Màquina de combustió interna (benzina)	25
Màquina de combustió interna (dièsel)	35
Turbina de vapor	40
Turbina d'aigua	85
Bicicleta	95

Propostes tecnològiques i augment de l'eficiència

Entre les diferents propostes destaquen:

• La reducció de la contaminació en l'obtenció i el consum de combustibles fòssils: construcció d'ecopetroliers, modificació dels motors per reduir les emissions, desenvolupament de tecnologies com la pila de combustible d'hidrogen, etc.

• La investigació per aconseguir un augment de rendiment dels processos energètics (quocient entre l'energia que se subministra a un motor, per exemple, i la que s'aprofita; la resta es dissipa, mitjançant calor), així com la relacionada amb les energies renovables perquè algun dia puguin substituir els combustibles fòssils.

Les accions individuals i la seva importància: l'educació

Una educació adequada ens permetrà realitzar, a nivell individual, els canvis d'actitud necessaris per poder contribuir a la sostenibilitat. Hem de modificar la idea que el problema de la degradació i la contaminació del planeta és només responsabilitat de les indústries, i que el que podem fer cada un de nosaltres és insignificant. A l'hora de generar solucions, igual que pel que fa als problemes, és molt important la suma de les petites accions individuals. Poden semblar petites, però en multiplicar-les per les de milions de persones, representen quantitats ingents d'energia (pensa, per exemple, que l'emissió de CO2 dels automòbils particulars és superior a la de tota la indústria). Aquestes accions són conegudes de sobres: instal·lar bombetes de baix consum, apagar llums quan no els necessitem, emprar electrodomèstics de classificació energètica A, anar amb transport públic o amb bicicleta, etc.

Mesures polítiques per a un futur sostenible

És necessari tenir una legislació local, nacional i internacional que anteposi l'interès comú a qualsevol altre. El conjunt de mesures ambientals més important es va establir al Protocol de Kyoto, pel qual els països signataris es van comprometre a reduir la seva contribució a la contaminació del planeta per mitjà d'uns sistemes de control. Encara que països com els EUA (molt més contaminant que cap altre) no han assumit encara aquest protocol i no es comprometen a adoptar aquelles mesures, la data de l'entrada en vigor del Protocol el 16 de febrer de 2005, va marcar l'inici d'una nova etapa en la protecció del medi ambient.

8. Descriu altres propostes relacionades amb la reducció de la contaminació i el consum dels combustibles fòssils.

1. Analitza el significat d'aquest paràgraf: «Les solucions al problema energètic depenen de la voluntat política, la participació de tots nosaltres i la comprensió que els problemes que afecten tot el planeta no es poden abordar només des d'una perspectiva local: s'ha de produir un procés de globalització responsable, que no augmenti els desequilibris ni busqui interessos particulars, i que apliqui polítiques que beneficiïn la majoria de la població, ara i en el futur».

Hem vist que l'energia es presenta en diverses formes a la natura i es va transformant d'un tipus a un altre contínuament. Aquestes transformacions successives constitueixen cadenes energètiques i en cada transformació es compleixen dos principis importants: el de conservació i el de degradació de l'energia.

Principi de conservació de l'energia

El primer principi fa referència a la quantitat d'energia que es transforma. El principi de conservació de l'energia ens diu que l'energia no es crea ni es destrueix, solament es transforma d'una forma en una altra. Això significa que la quantitat total d'energia abans i després de qualsevol transformació és la mateixa. Així, quan l'aigua estancada en un embassament a certa altura es fa baixar a través d'un canal fins a la turbina d'una central hidràulica, la seva energia potencial gravitatòria (deguda a l'altura a la qual es troba) es transforma en energia cinètica (deguda al seu moviment). L'aigua desplaçada tindrà la mateixa quantitat d'energia però en una forma diferent.

Principi de degradació de l'energia

El segon principi fa referència a la qualitat de l'energia. Si bé l'energia pot produir un treball, o canvis en els cossos, no totes les formes d'energia tenen la mateixa capacitat de transformació. Diem que unes formes d'energia són de més qualitat que d'altres. El principi de degradació de l'energia ens diu que en qualsevol transformació l'energia es degrada, és a dir, perd capacitat per realitzar noves transformacions. Així, l'energia mecànica (potencial gravitatòria o cinètica), l'energia elèctrica o l'energia química són formes d'energia de qualitat elevada, ja que a partir d'aquestes formes podem obtenir un treball o altres formes d'energia. En canvi, la calor és una forma d'energia de baixa qualitat o degradada. La calor acostuma a ser l'últim producte d'una cadena energètica. En qualsevol transformació energètica es defineix el rendiment com el quocient entre l'energia útil (la que aprofitem al final del procés) i l'energia total (la que necessitem aportar per realitzar la transformació).

10. Pensa en una possible cadena energètica i dibuixa'n l'esquema. Després, explica cada transformació.

1. Descriu les transformacions energètiques que tenen lloc quan en­cenem una làmpada i quan fem anar una batedora.

 

1. El rendiment d'un motor és del 85%. Si se li subministren 5000 J, quants es converteixen en treball i quants es desprenen en forma de calor?

 

Dels gasos que emet la central tèrmica, quins són responsables de l'augment de l'efecte d'hivernacle? I quins ho són de la pluja àcida? Busca informació a internet.

El seu combustible és l'urani. Mitjançant reaccions nuclears de fissió s'aconsegueix una gran quantitat d'energia amb la qual es vaporitza l'aigua que mou les turbines. No emeten gasos contaminants, i l'energia és barata, però generen residus nuclears, letals per als éssers vius, i que tarden fins a milers d'anys a reduir l'activitat radioactiva a límits tolerables. A les centrals tèrmiques i nuclears, quina funció tenen el condensador i la torre de refrigeració?

Aquí les turbines són impulsades per l'aigua que, retinguda per una presa, cau des d'una certa altura. A vegades una bomba retorna l'aigua a l'embassament.

13.  A vegades es diu que les energies renovables són inesgotables. Hi estàs d'acord? Per què?

1. Creus que les energies renovables podran garantir algun dia les nostres necessitats elèctriques?

 

1. Segons la descripció general de les centrals elèctriques, generen corrent continu o altern? Per què?

 

1.  Torna a revisar la presentació «Fonts renovables i no renovables d'energia elèctrica».

L'energia eòlica és l'energia que obtenim del vent, que és el moviment natural de l'aire. A les centrals eòliques, els aerogeneradors tenen unes pales que giren per la força del vent. Aquest gir fa que el generador al qual estan connectades produeixi corrent elèctric. Busca les dimensions de les torres i les pales dels aerogeneradors.

La font primària és l'energia solar. Es pot concentrar en un punt per fer bullir aigua, el vapor de la qual mou les turbines (central solar tèrmica), o per produir directament corrent elèctric (central fotovoltaica). Informa't sobre els materials amb què es fan els panells fotovoltaics. 

La biomassa és matèria orgànica d'origen vegetal o animal (residus ramaders, forestals i agrícoles) que es pot aprofitar per generar energia elèctrica a les centrals tèrmiques de biomassa. L'estructura és semblant a la de les centrals tèrmiques convencionals.   Per què es tritura la biomassa abans de cremar-la?

L'aigua dels mars i oceans es troba en moviment continu. A les centrals mareomotrius s'aprofita el moviment produït per les marees per moure les turbines, i a les centrals d'energia de les ones s'utilitza el de les ones. De les dues centrals marines, quina creus que és més constant?

L'interior de la Terra és un enorme focus de calor que flueix lentament cap a la superfície. Els guèisers i els volcans són manifestacions de l'energia que hi ha a l'interior del planeta. Als països que presenten una activitat geològica adequada, es fan uns pous per on s'injecta aigua fins a les zones profundes de la Terra. L'aigua passa a vapor, que s'extreu per un altre pou i es fa servir per moure les turbines dels generadors de corrent.  En grup, analitzeu les semblances i les diferències entre les centrals geo­tèrmiques i les tèrmiques. Acabeu aquesta activitat fent una posada en comú de les reflexions.

17. Revisa les imatges de les centrals elèctriques i digues els elements que són comuns a totes. De les que hem estudiat, quines no empren alternador?

1.  A les centrals de biomassa es produeixen emissions de CO₂. Per què, no obstant això, s'inclouen entre les energies netes?

 

1.  Elabora un informe sobre l'impacte ambiental de cada tipus de central elèctrica, i respon: les energies renovables són realment netes?

 

1.  Pensa algunes mesures d'estalvi energètic. Després, busca a internet les que es recomanen, completa la teva llista i digues si es porten a terme al teu entorn. En els casos negatius, explica les raons que no es faci.

 

1.  En el web http://www.espaibarcanova.cat trobaràs interactius i informació per ampliar els teus coneixements sobre centrals elèctriques.

 

1.  Les centrals tèrmiques convencionals poden operar en cicle tancat o en cicle obert. Esbrina la diferència entre ambdues maneres d'operar i relaciona-ho amb l'escalfament que poden provocar de l'aigua que empren com a refrigerant i que procedeix dels rius o del mar.

 

1.  Analitza els avantatges i els inconvenients de l'energia nuclear, d'acord amb el que has vist fins ara en la unitat, i debat amb el teu grup de classe sobre la conveniència de continuar emprant aquest tipus de centrals elèctriques.

 

1.  Busca informació i amplia el que s'ha estudiat en aquesta unitat sobre els avantatges i els inconvenients de les centrals hidroelèctriques.

 

1.  A vegades s'han instal·lat aerogeneradors en llocs coincidents amb rutes migratòries d'alguns ocells, alguns dels quals xocaven contra les paletes i morien. Se t'acut alguna manera de mitigar aquest inconvenient?

 

26.  El gràfic mostra la corba de consum diari d'energia elèctrica. Creus que depèn de l'època de l'any? Quines centrals cobreixen la demanda bàsica? Quines s'utilitzen per als pics de demanda?

1. El gràfic anterior mostra unes hores en les quals hi ha un excés d'energia elèctrica. Què creus que se'n fa?

 

1. Si una central elèctrica d'1 MW funciona ininterrompudament durant un any, quina energia elèctrica pro­por­cio­na? Quantes bombetes de 25 W podria alimentar?

1.  Amb la informació disponible en el web http://www.espaibarcanova.cat, elabora una presentació que mostri, en relació amb Catalunya, la potència elèctrica generada, les seves necessitats energètiques i el tipus de centrals que hi predominen.

30. Repassa el text i explica per què és important transportar l'energia elèctrica a tensions elevades.

31. Una forma de disminuir la resistència dels cables de la xarxa elèctrica és augmentar-ne la secció. Quins inconvenients ocasiona això?

 

32. Es diu que l'energia elèctrica no es pot emmagatzemar. No obstant això, és habitual l'ús de piles i bateries per obtenir-ne. Es pot considerar que aquests dispositius l'emmagatzemen? Justifica la resposta.

 

33.  Utilitzant els valors mínims de tensió que es veuen a la imatge de la xarxa elèctrica, determina la relació entre el nombre de voltes del circuit primari (N₁) i secundari (N₂) dels transformadors de la subestació de distribució.

1. En alguns països es compensa econòmicament els ciutadans que viuen prop de línies de transport d'energia elèctrica. Informa't del perquè.

Quants circuits independents pots veure a la imatge? Quants circuits podries governar des del quadre de control? Informa't de quins elements podries connectar a cada circuit en funció de la intensitat que suporta cada PIA. Per fer-ho, pots introduir en un cercador d'internet «grau d'electrificació de l'habitatge».

El circuit d'il·luminació de l'habitatge està constituït pels punts de llum, cada un amb l'interruptor corresponent. A vegades, un punt de llum es pot controlar des de més d'una ubicació, emprant uns interruptors especials: els commutadors. Els endolls es connecten als PIA, agrupats en blocs segons l'ús previst. Cada endoll és una font de tensió alterna a la qual podem connectar els electrodomèstics. La funció dels electrodomèstics depèn de les transformacions energètiques que realitzen. En general, es pot parlar de quatre efectes de l'energia elèctrica: tèrmic, lumínic, químic i mecànic. Alguns electrodomèstics combinen diversos efectes. Per exemple, en un calefactor d'aire podem apreciar efecte tèrmic en la pujada de temperatura de les resistències, i mecànic en el motor que mou les pales per impulsar l'aire.

• Tèrmic. Per l'efecte Joule.

• Lumínic. L'energia elèctrica, per mecanismes diversos, pot produir l'emissió de llum.

• Químic. Un corrent elèctric pot produir una reacció química (electròlisi). És el que passa, per exemple, en carregar una bateria.

• Mecànic. S'hi basa, per exemple, el funcionament del motor elèctric i el de l'altaveu, que transformen energia elèctrica en mecànica.

Un dels efectes de l'energia elèctrica és l'electròlisi, que consisteix a separar els elements que formen un compost fent-hi passar un corrent elèctric. Repassa com s'esdevé l'electròlisi de l'aigua a la pàgina 124 de la unitat 5. El funcionament és invers al de l'alternador. En circular un corrent elèctric per la bobina, aquesta adquireix propietats magnètiques i gira.  Quan circula corrent elèctric per la bobina, comença a moure’s i fa que la membrana vibri, d’aquesta manera produeix ones sonores.

35.  Proposa dues raons per les quals la instal·lació de l'habitatge es munta en paral·lel i no en sèrie.

 

1. En un quadre elèctric, quina diferència hi ha entre l'ICP i l'IGA?

 

1. Explica el funcionament d'un micròfon.

 

1.  Les aplicacions industrials de l'electròlisi van més enllà de la càrrega de bateries. Informa't sobre els usos d'aquest efecte de l'energia elèctrica.

Els electrodomèstics consumeixen energia elèctrica en emprar-los (en realitat la transformen, encara que es parla de consum). L'energia que en consumeix un de potència P que s'empra durant un temps t és: Els fabricants proporcionen informació sobre les característiques elèctriques dels productes. Pel que fa al consum, en casos com els dels aparells de vídeo i àudio o de les eines de bricolatge, se'ns informa de la potència; en altres, com els electrodomèstics, de l'energia que consumeixen en un temps determinat i de l'eficiència energètica. Les companyies elèctriques no mesuren el consum en joules, unitat SI de l'energia, sinó en quilowatts hora, kWh. La relació amb el joule és:   La potència és una de les característiques elèctriques que sempre proporcionen els fabricants.  L'eficiència energètica dels electrodomèstics s'indica mitjançant un codi de lletres, de la A a la G. 

5.4 La factura elèctrica

La producció i la distribució d'energia elèctrica té un cost que els usuaris han de pagar. La factura elèctrica inclou el pagament per diversos conceptes:

• Potència contractada. L'usuari, en funció dels aparells elèctrics que tingui, sol·licita (contracta) a la companyia elèctrica una potència determinada. Per aquest concepte es paga una quantitat fixa cada mes, independentment del consum.

• Energia consumida. Aquest concepte representa l'energia que s'ha consumit. Es mesura al comptador de la casa i s'expressa en kWh.

• Lloguer d'equips. El comptador sol ser propietat de la companyia elèctrica i, per això, ens cobra una quantitat fixa mensual.

• Impostos. S'apliquen dos impostos: un sobre els apartats de potència contractada i energia consumida, i un altre, l'IVA, sobre el total dels conceptes.

A la factura de la dreta, quina potència ha contractat l'usuari? A quant cobra la companyia el kWh? Quant cobra pel lloguer del comptador? Quin consum s'hi indica, i en quant de temps? Quin impost s'aplica sobre la potència i el consum? Quin IVA?

3. Un habitatge té contractada una potència de 6,9 kW. Podrien estar connectats de manera simultània sis bombetes de 100 W, dos televisors de 200 W, una rentadora de 2500 W, un rentaplats de 3000 W, una planxa de 1500 W i una torradora de 800 W? Com actuaran els elements de seguretat?

La potència total demandada s'obté sumant la potència de tots els dispositius connectats: P_total =100 W • 6 + 200 W • 2 + 2 500 W + 3 000 W +1500 W + 800 W = 8 800 W = 8,8 kW La potència demandada, 8,8 kW, supera la contractada, de 6,9 kW. Per tant, l'ICP desconnectaria el pas de corrent elèctric per la instal·lació de l'habitatge, i no es podria connectar de nou fins que es desconnectessin alguns aparells per reduir la potència instantània demandada. Si l'ICP no desconnectés el corrent, podria fer-ho l'IGA si per la instal·lació passés més corrent del permès. En cas de no fer-ho, podria produir-se un curtcircuit i, per l'efecte Joule, una elevació de temperatura en els conductors que podria provocar un incendi.  Quin és el valor més convenient de la potència elèctrica que hem de contractar a la nostra companyia elèctrica? Per saber-ho, hem de tenir en compte el consum elèctric dels electrodomèstics i altres aparells elèctrics que tinguem, així com el factor de simultaneïtat, que es refereix a quants aparells podem tenir connectats alhora a la xarxa elèctrica.

Esbrina quina és la potència elèctrica contractada al teu habitatge, i estima si és la que més s'hi adequa. És possible contractar la potència que vulguem? De quins factors depèn? Esbrina-ho.

Els trastorns que produeix el corrent elèctric es deuen a la intensitat que té. A la taula de la dreta es mostren els efectes de la intensitat sobre l'organisme. Segons la llei d'Ohm, si disminueix la resistència, augmenta la intensitat de corrent. Per això no has de tocar ni desconnectar de la xarxa cap aparell elèctric si estàs mullat, perquè l'aigua fa que disminueixi la resistència del nostre cos al pas del corrent, i tampoc no has de manipular mai cap aparell connectat a la xarxa elèctrica.

Intensitat	Efecte sobre l'organisme
Fins a 1 mA	Imperceptible per a l'ésser humà
2 a 3 mA	Sensació de formigueig
3 a 10 mA	La persona es desprèn del contacte
10 a 50 mA	No és mortal si el pas de corrent és fugaç
50 a 500 mA	Cremades internes greus o molt greus
Més de 500 mA	Mort per paràlisi dels centres nerviosos

39.  Amb la supervisió d'un adult, obre el quadre elèctric del teu habitatge i identifica cada un dels elements que el formen. Intenta esbrinar quines parts de la instal·lació protegeix cada un dels PIA.

1.  El kWh és unitat de potència o d'energia? Raona la resposta.

 

1. Si no s'emprés cap aparell elèctric, què es pagaria en el pròxim rebut elèctric?

 

1. Quina intensitat circula pels circuits d'una rentadora de 1500 W i 220 V? Quant consumeix en un cicle de rentatge d'1,5 h?

1.  Per què el corrent elèctric pot produir cremades greus?

 

1.  Consulta la secció «L'energia a la ciutat» al web http://www.espaibarcanova.cat.