Salta al contingut

Exercicis d'energia — Física i Química 3r ESO

L'energia és a tot arreu, i en aquest tema aprens a reconèixer-la i a calcular-la. Els exercicis et fan identificar la forma d'energia que té una pilota que roda, un menjar o una pila, calcular l'energia potencial d'un objecte a una certa altura i raonar en quin sentit es transfereix la calor entre dos cossos a diferent temperatura. També classifiques les fonts d'energia en renovables i no renovables i en valores els avantatges per al medi ambient. Les solucions expliquen cada concepte amb exemples. Errors freqüents: pensar que el fred passa d'un cos fred a un de calent i creure que l'energia es gasta i desapareix.

Nivell bàsic

1

Exercici 1

Quina forma d'energia té: (a) una pilota que roda; (b) el menjar; (c) una roca dalt d'un cingle?

Mostra la solució

(a) Cinètica (es mou). (b) Química (guardada als aliments). (c) Potencial (per la seva altura).

2

Exercici 2

Anomena les dues maneres de transferir energia d'un cos a un altre.

Mostra la solució

Per calor (energia que passa d'un cos calent a un de fred) i per treball (una força que desplaça un cos). Són les dues formes de transferència d'energia.

3

Exercici 3

Classifica en renovable o no renovable: el sol, el petroli, el vent, el carbó.

Mostra la solució

Renovables: el sol (solar) i el vent (eòlica). No renovables: el petroli i el carbó (combustibles fòssils, que s'esgoten i contaminen).

4

Exercici 4

Converteix a joules: (a) 2 kJ; (b) 3 kcal sabent que 1 cal = 4,18 J.

Mostra la solució

(a) 1 kJ = 1000 J, per tant 2 kJ = 2000 J.
(b) 3 kcal = 3000 cal, per tant 3000 · 4,18 = 12540 J.

5

Exercici 5

Explica la diferència entre calor i temperatura.

Mostra la solució

La temperatura mesura el grau d'agitació de les partícules d'un cos (com de calent o fred està) i es mesura en °C o K.
La calor és l'energia que es transfereix d'un cos a un altre a causa d'una diferència de temperatura i es mesura en joules.

6

Exercici 6

Nomena les tres maneres de propagar-se la calor i posa'n un exemple de cada una.

Mostra la solució

Conducció: la calor passa per contacte (una cullera de metall dins d'una sopa calenta).
Convecció: la calor es transporta amb el moviment d'un fluid (l'aire calent que puja d'un radiador).
Radiació: la calor arriba en forma d'ones sense necessitar cap medi (la calor del Sol).

7

Exercici 7

Enuncia el principi de conservació de l'energia.

Mostra la solució

L'energia no es crea ni es destrueix, només es transforma d'una forma en una altra o es transfereix d'un cos a un altre; la quantitat total d'energia es manté constant.

8

Exercici 8

Indica quina forma d'energia emmagatzema: (a) un ressort comprimit; (b) una pila; (c) la llum del Sol; (d) un nucli d'urani.

Mostra la solució

(a) Energia elàstica (potencial elàstica).
(b) Energia química.
(c) Energia radiant o lluminosa.
(d) Energia nuclear.

9

Exercici 9

Calcula l'energia cinètica d'una pilota de 2 kg que es mou a 5 m/s.

Mostra la solució

Ec = 1/2 · m · v2 = 0,5 · 2 · 52 = 25 J.

10

Exercici 10

Calcula l'energia potencial gravitatòria d'un maó de 2 kg situat a 10 m d'alçada (g = 9,8 m/s2\text{m/s}^{2}).

Mostra la solució

Ep = m · g · h = 2 · 9,8 · 10 = 196 J.

Nivell intermedi

11

Exercici 11

Calcula l'energia cinètica d'un cos de 4 kg que es mou a 3 m/s.

Mostra la solució

Apliquem Ec = (12\tfrac{1}{2})·m·v2v^{2}.
Ec = 0,5·4·323^{2} = 0,5·4·9 = 18 J.
Té 18 joules d'energia cinètica.

12

Exercici 12

Calcula l'energia potencial d'una pedra de 3 kg dalt d'una paret de 4 m. Dada: g ≈ 9,8 m/s2\text{m/s}^{2}.

Mostra la solució

Apliquem Ep = m·g·h = 3·9,8·4 = 117,6 J.
La pedra té 117,6 joules d'energia potencial.

13

Exercici 13

Quan una pedra cau des d'una certa altura, quina transformació d'energia hi ha?

Mostra la solució

L'energia potencial (que tenia per l'altura) es va convertint en energia cinètica (de moviment) a mesura que cau i va més de pressa. A dalt tenia molta potencial i poca cinètica; a baix, al revés.

14

Exercici 14

En quin sentit es transfereix la calor entre dos cossos a temperatures diferents?

Mostra la solució

Del cos més calent al més fred, sempre en aquest sentit, fins que tots dos arriben a la mateixa temperatura (equilibri tèrmic). Mai va del fred al calent tota sola.

15

Exercici 15

Digues un avantatge i un inconvenient de les fonts no renovables.

Mostra la solució

Avantatge: han estat abundants i barates, i donen molta energia de manera contínua. Inconvenients: s'esgoten (n'hi ha una quantitat limitada) i contaminen (els fòssils alliberen CO2 i escalfen el clima; la nuclear genera residus radioactius).

16

Exercici 16

Per què es diu que les energies renovables són millors per al medi ambient?

Mostra la solució

Perquè no s'esgoten (es regeneren o són inesgotables, com el sol i el vent) i contaminen molt poc: no alliberen CO2 ni generen residus perillosos com les no renovables. Per això ajuden a frenar el canvi climàtic.

17

Exercici 17

Un ciclista i la seva bicicleta tenen una massa total de 80 kg i circulen a 36 km/h. Calcula'n l'energia cinètica.

Mostra la solució

Primer passem la velocitat al SI: 36 km/h = 36/3,6 = 10 m/s.
Ec = 1/2 · 80 · 102 = 4000 J.
Error típic: oblidar passar els km/h a m/s.

18

Exercici 18

Es deixa caure una pedra de 0,5 kg des de 10 m d'alçada. Menyspreant el fregament amb l'aire, calcula'n la velocitat en arribar a terra (g = 9,8 m/s2\text{m/s}^{2}).

Mostra la solució

Tota l'energia potencial inicial es converteix en cinètica: Ep = 0,5 · 9,8 · 10 = 49 J.
Ec = 1/2 · m · v2 = 49 J, per tant v2 = 2 · 49 / 0,5 = 196.
v = √196 = 14 m/s.

19

Exercici 19

Quina quantitat de calor cal subministrar a 2 kg d'aigua per escalfar-la de 20 °C a 70 °C? Calor específica de l'aigua: 4180 J/(kg·°C).

Mostra la solució

Q = m · c · ΔT = 2 · 4180 · (70 - 20) = 2 · 4180 · 50 = 418000 J = 418 kJ.

20

Exercici 20

Un motor eleva una càrrega de 200 kg fins a 10 m d'alçada en 20 s a velocitat constant. Calcula'n el treball realitzat i la potència (g = 9,8 m/s2\text{m/s}^{2}).

Mostra la solució

El treball és igual a l'energia potencial guanyada: W = m · g · h = 200 · 9,8 · 10 = 19600 J.
Potència: P = W/t = 19600 / 20 = 980 W.

21

Exercici 21

Una estufa elèctrica de 2000 W funciona 3 h cada dia durant 30 dies. Calcula'n el consum en kWh i el cost si el preu de l'energia és de 0,15 € per kWh.

Mostra la solució

Potència = 2000 W = 2 kW.
Temps total = 3 · 30 = 90 h.
Energia = 2 kW · 90 h = 180 kWh.
Cost = 180 · 0,15 = 27 €.

Nivell avançat

22

Exercici 22

Què vol dir que l'energia 'es degrada' encara que es conservi?

Mostra la solució

Vol dir que la quantitat total d'energia no canvia (es conserva), però en cada transformació una part es converteix en calor poc aprofitable que s'escampa i ja no es pot fer servir. No se'n perd la quantitat, sinó la utilitat (la 'qualitat').

23

Exercici 23

Barregem 200 g d'aigua a 80 °C amb 300 g d'aigua a 20 °C en un recipient aïllat. Calcula la temperatura final d'equilibri.

Mostra la solució

La calor que cedeix l'aigua calenta és igual a la que guanya la freda: m1m_{1}·c·(80 - T) = m2m_{2}·c·(T - 20).
La c és la mateixa i se simplifica: 0,2 · (80 - T) = 0,3 · (T - 20), és a dir, 16 - 0,2T = 0,3T - 6.
22 = 0,5T, per tant T = 44 °C.
Comprovació: està entre 20 °C i 80 °C i més a prop de la massa més gran (la freda).

24

Exercici 24

Una vagoneta de muntanya russa surt del repòs al punt més alt, a 25 m d'alçada. Menyspreant el fregament, calcula'n la velocitat quan passa per un punt situat a 5 m d'alçada (g = 9,8 m/s2\text{m/s}^{2}).

Mostra la solució

L'energia mecànica es conserva: Ep inicial = Ep final + Ec final.
m · g · (25 - 5) = 1/2 · m · v2; la massa se simplifica.
v2 = 2 · 9,8 · 20 = 392, per tant v = √392 = 19,8 m/s.
Observa que no cal conèixer la massa de la vagoneta.

25

Exercici 25

Una bombeta consumeix 60 W d'energia elèctrica i emet 6 W en forma de llum; la resta es perd com a calor. Calcula'n el rendiment i la potència que es dissipa en calor. Per què es parla de «degradació» de l'energia?

Mostra la solució

Rendiment = potència útil / potència consumida = 6/60 = 0,10 = 10 %.
Potència dissipada en calor = 60 - 6 = 54 W.
L'energia es conserva, però la calor que es dissipa a l'ambient ja no es pot aprofitar fàcilment: l'energia s'ha degradat.

26

Exercici 26

Un cotxe de 1000 kg passa de 36 km/h a 72 km/h. Calcula'n l'energia cinètica inicial i final i l'increment d'energia. Què passa amb l'energia cinètica quan la velocitat es duplica?

Mostra la solució

v1 = 36 km/h = 10 m/s i v2 = 72 km/h = 20 m/s.
Ec1 = 0,5 · 1000 · 10210^{2} = 50000 J; Ec2 = 0,5 · 1000 · 20220^{2} = 200000 J.
Increment: 200000 - 50000 = 150000 J.
Quan la velocitat es duplica, l'energia cinètica es multiplica per 4, perquè depèn de v2v^{2}.

27

Exercici 27

Descriu les transformacions d'energia que tenen lloc en una central hidroelèctrica des de l'aigua de l'embassament fins a l'electricitat que arriba a casa. Digues un avantatge i un inconvenient d'aquest tipus de central.

Mostra la solució

L'aigua de l'embassament té energia potencial; en caure per la conducció es converteix en energia cinètica.
L'aigua en moviment fa girar una turbina (energia cinètica de rotació) i la turbina fa girar un alternador, que la transforma en energia elèctrica.
Avantatge: renovable i sense emissions de CO2 durant el funcionament. Inconvenient: l'impacte ambiental i paisatgístic de l'embassament.

28

Exercici 28

Corregeix l'error de l'afirmació següent: «El gel és fred perquè conté fred, i la calor passa del gel a la nostra mà.»

Mostra la solució

No existeix cap «fred» que es transfereixi: el fred és una sensació.
La calor passa sempre del cos de temperatura més alta al de temperatura més baixa. Per tant, passa de la nostra mà al gel; per això el gel es fon i la mà sent fred, perquè perd calor.

29

Exercici 29

Subministrem 100 kJ de calor a 1 kg d'aigua (c = 4180 J/(kg·°C)) i a 1 kg de ferro (c = 450 J/(kg·°C)). Calcula l'increment de temperatura de cada un i explica per què la sorra de la platja s'escalfa més de pressa que l'aigua del mar.

Mostra la solució

ΔT = Q/(m·c).
Aigua: ΔT = 100000 / (1 · 4180) = 23,9 °C.
Ferro: ΔT = 100000 / (1 · 450) = 222 °C.
Una substància amb calor específica més baixa s'escalfa més amb la mateixa calor. La sorra té una calor específica molt més baixa que l'aigua, per això s'escalfa més de pressa.

30

Exercici 30

Llancem una pilota de 2 kg verticalment cap amunt a 14 m/s. Menyspreant el fregament amb l'aire, calcula'n l'energia cinètica inicial, l'alçada màxima que assolirà i la seva energia potencial en aquest punt (g = 9,8 m/s2\text{m/s}^{2}).

Mostra la solució

Ec inicial = 1/2 · 2 · 142 = 196 J.
A l'alçada màxima la velocitat és zero i tota l'energia cinètica s'ha convertit en potencial: Ep = 196 J.
m · g · h = 196, per tant h = 196/(2 · 9,8) = 10 m.

T'encalles amb aquest tema?

A L'Acadèmia de Vic t'ajudem amb classes individuals. Escriu-nos per WhatsApp.

Escriu-nos per WhatsApp (604 95 79 95)

Més informació: Reforç d'ESO a Vic · Classes particulars

Preguntes freqüents

Com es calcula l'energia potencial gravitatòria?

Ep = m · g · h. Una pedra de 3 kg a 10 m d'altura té 3 · 9,8 · 10 = 294 J.

El fred passa d'un cos a un altre?

No. El que passa és calor, i sempre va del cos més calent al més fred fins que tots dos tenen la mateixa temperatura.

Altres temes de Física i Química 3r ESO

Utilitzem cookies d'analítica per millorar el web. Política

base44
Edit with Base44