8 série - Energia

Em geral, o conceito e uso da palavra energia se refere "ao potencial inato para executar trabalho ou realizar uma ação".
A palavra é usada em vários contextos diferentes. O uso científico tem um significado bem definido e preciso enquanto muitos outros não são tão específicos.
O termo energia também pode designar as reações de uma determinada condição de trabalho, por exemplo o calor, trabalho mecânico (movimento) ou luz. Estes que podem ser realizados por uma fonte inanimada (por exemplo motor, caldeira, refrigerador, alto-falante, lâmpada, vento) ou por um organismo vivo (por exemplo os músculos, energia biológica).
A etimologia da palavra tem origem no idioma grego, onde εργος (ergos) significa "trabalho".
Qualquer coisa que esteja a trabalhar - por exemplo, a mover outro objeto, a aquecê-lo ou a fazê-lo ser atravessado por uma corrente eléctrica - está a "gastar" energia (uma vez que ocorre uma "transferência", pois nenhuma energia é perdida, e sim transformada ou transferida a outro corpo). Portanto, qualquer coisa que esteja pronta a trabalhar possui energia. Enquanto o trabalho é realizado, ocorre uma transferência de energia.
O conceito de Energia é um dos conceitos essenciais da Física. Nascido no século XIX, pode ser encontrado em todas as disciplinas da Física (mecânica, termodinâmica, eletromagnetismo, mecânica quântica, etc.) assim como em outras disciplinas, particularmente na Química.

Formas de produção de energia

Apesar de não se restringir a isso, a energia pode ser entendida como a capacidade de realizar trabalho. As sociedades humanas dependem cada vez mais de um elevado consumo energético para sua subsistência. Para isso, foram sendo desenvolvidos, ao longo da história, diversos processos de transformação, transporte e armazenamento de energia. Na realidade, só existem duas modalidades de energia: a potencial e a cinética. Mas elas se apresentam de várias formas: hidráulica, nuclear, eólica, solar e geotérmica.

Energia potencial

É a energia que um objeto possui pronta a ser convertida em energia cinética. Um martelo levantado, uma mola enroscada e um arco esticado de um atirador, todos possuem energia potencial. Esta energia está pronta para ser modificada em outras formas de energia e, consequentemente, realizar trabalho: quando o martelo cair, pregará um prego; a mola, quando solta, fará andar os ponteiros de um relógio; o arco disparará uma flecha. Assim que ocorrer algum movimento, a energia potencial da fonte diminui, enquanto se modifica em energia do movimento (energia cinética). Levantar o martelo, enrolar a mola e esticar o arco faz o uso da energia cinética produzir um ganho de energia potencial.

Existem diferentes tipos de energia potencial, relacionados às diferentes formas de energia dos quais se destacam: a elástica, a gravitacional e a elétrica.

* A energia potencial gravitacional na superfície da Terra é proporcional à altura (h) do corpo (medido em relação a um determinado nível de referência que pode ser por exemplo o chão nessa localização).

É calculada pela expressão: \Epg = p.h ou Epg = m.g.h

* A energia potencial elástica está associada a uma mola ou a um corpo elástico.

É calculada pela expressão (no caso ideal): Epe = k.x2

K= Constante da mola (varia para cada tipo de mola, por exemplo a constante da mola de um espiral de caderno é bem menor que a constante da mola de um amortecedor de caminhão).

X= Variação no tamanho da mola.

* A energia potencial elétrica está relacionada com uma carga qualquer "q" de uma partícula situada a uma distância "d" de uma carga de prova "Q".

k= constante eletrostática do meio em que as cargas estiverem inseridas. V= potencial elétrico. meu e so pegar os nutrientes nessesarios para uma solidificaçao melhor e para que as energia seja usadas corretamente

q= carga da partícula.

d= distância entre a partícula e o referencial.

Q= carga do referencial.

Energia cinética

Uma velha locomotiva a vapor transforma energia química em energia cinética. A combustão de madeira ou carvão na caldeira é uma reacção química que produz calor, obtendo vapor que dá energia à locomotiva.

m= massa do corpo.

v= velocidade do corpo.

Isto significa que quanto mais rapidamente um objeto se move, maior o nível de energia cinética. Além disso, quanto mais massa tiver um objeto, maior é a quantidade de energia cinética necessária para movê-lo.

Para que algo se mova, é necessário transformar qualquer outro tipo de energia neste. As máquinas mecânicas - automóveis, tornos, bate-estacas ou quaisquer outras máquinas motorizadas - transformam algum tipo de energia em energia cinética.

Energia mecânica

Energia mecânica é a energia que pode ser transferida por meio de força. A energia mecânica total de um sistema é a soma da energia potencial com a energia cinética. Se o sistema for conservativo, ou seja, apenas forças conservativas atuam nele, a energia mecânica total conserva-se e é uma constante de movimento. A energia mecânica "E" que um corpo possui é a soma da sua energia cinética "c" mais energia potencial.

Energia hidrelétrica

A energia hidrelétrica é a energia que vem do movimento das águas, usando o potencial hidráulico de um rio de níveis naturais, queda d'água ou artificiais. Essa energia é a segunda maior fonte de eletricidade do mundo. Frequentemente constroem-se represas que reprimem o curso da água, fazendo com que ela se acumule em um reservatório denominado barragem. Toda a energia elétrica gerada dessa maneira é levada por cabos, dos terminais do gerador até o transformado elevado. A energia hidrelétrica apresenta certos problemas, como consequências socioambientais de alagamentos de grandes áreas.

Energia hidrelétrica no Brasil: devido à sua enorme quantidade de rios, a maior parte da energia elétrica disponível é proveniente de grandes usinas hidrelétricas. A energia primária de uma hidrelétrica é a energia potencial gravitacional da água contida numa represa elevada. Antes de se tornar energia elétrica, a energia primária deve ser convertida em energia cinética de rotação. O dispositivo que realiza essa transformação é a turbina. Ela consiste basicamente em uma roda dotada de pás, que é posta em rápida rotação ao receber a massa de água. O último elemento dessa cadeia de transformações é o gerador, que converte o movimento rotatório da turbina em energia elétrica.

As usinas elétricas embora sejam uma fonte de energia limpa, apresentam problemas, pois sua construção impacta o ambiente. A formação do lago artificial alaga vastas áreas, destruindo a vegetação, matando animais e obrigando moradores da área alagada a procurar outro lugar para viver.

Energia química

É a energia que está armazenada num átomo ou numa molécula. Existem várias formas de energia, mas os seres vivos só utilizam a energia química.

A Energia Química está presente nas ligações químicas. Existem ligações pobres e ricas em energia. A água é um exemplo de molécula com ligações pobres em energia. A glicose é uma substância com ligações ricas em energia.

Os seres vivos utilizam a glicose como principal combustível (fonte de energia química); entretanto, esta molécula não pode ser utilizada diretamente, pois sua quebra direta libera muito mais energia que o necessário para o trabalho celular. Por isso, a natureza selecionou mecanismos de transferência da energia química da glicose para moleculas tipo ATP (adenosina trifosfato). Os primeiros seres vivos criaram o primeiro destes mecanismos: a fermentação. A fermentação anaeróbia, além do ATP, gera também etanol e dióxido de carbono (CO2). A presença de CO2 na atmosfera possibilitou o surgimento da fotossíntese. Este processo fez surgir o O2 (oxigênio) na atmosfera. Com o oxigênio, outros seres vivos puderam desenvolver um novo mecanismo de transferência de energia química da glicose para o ATP: a respiração aeróbica.

As reacções químicas geralmente produzem também calor: um fogo a arder é um exemplo. A energia química também pode ser transformada em qualquer forma de energia, por exemplo em electricidade (numa bateria) e em energia cinética (nos músculos ou nos motores a gasolina).

Energia nuclear

É a energia produzida pelas reações nucleares: isso é, pela fissão ou pela fusão de átomos, quais são transformados sobretudo em energia mecânica e calor, quer sob controle num reator nuclear, quer numa explosão de uma arma nuclear. O Sol produz o seu calor e a sua luz por fusão nuclear de átomos de, hidrogênio em hélio.

Descoberta: Em 1939, os cientistas alemães Otto Hahn, Lise Meitner e Fritz Strassmann, bombardeando átomos de urânio com nêutrons, descobriram que eles se dividiam em dois fragmentos. A descoberta, chamada fissão nuclear, não teria saído dos limites estritos do laboratório não fosse pelo fato de que no processo de divisão do núcleo de urânio desprendia-se grande quantidade de calor.

Energia eletromagnética

Está associada aos fenómenos eletromagnéticos: a eletricidade, o magnetismo e a radiação electromagnética (luz). Exemplo do seu uso: nas nossas casas a energia elétrica é convertida em trabalho pelos eletrodomésticos (normalmente através de motores que usam o princípio da indução electromagnética) ou em luz pelas lâmpadas, entre diversas outras formas de uso em que esta forma de energia é convertida em outra.

A Energia elétrica é medida em Kwh (kilowatts-hora) e equivale ao produto da potência e o tempo em que é utilizada.


Eel = Energia elétrica.

P = Potência.

t = Tempo.

Fórmula esta útil para calcular e/ou prever certos dados sobre a conversão de energia, por exemplo, em um aparelho que use eletricidade para produzir calor poderá ser usada para prever a temperatura máxima alcançada por este aparelho, bastando para isso igualá-la a fórmula da energia calorífica, considerando o rendimento (porcentagem de potência convertida de fato em calor) do aparelho elétrico.

Energia de fácil obtenção, é utilizada como alternativa no desenvolvimento de equipamentos cada vez mais modernos que antes usavam outras formas de energia (em especial a mecânica) devido à crescente modernização da indústria eletrônica. As usinas -em especial as hidrelétricas- nos fornecem essa energia. Visto que existe uma constante preocupação em desenvolver cada vez mais meios de obtenção de energia alternativa que não agridam o meio ambiente e nos proporcionem eletricidade da maneira mais eficiente possível.

Energia radiante

É a energia associada à radiação eletromagnética: luz, as ondas de rádio e os raios de calor (infravermelhos). O calor radiante não é o mesmo que a variante de energia cinética chamada de «energia térmica», mas quando os raios infravermelhos atingem um objecto fazem com que as suas moléculas se movam mais depressa, convertendo-se energia térmica.

A luz também se comporta como uma onda, diferente do som, ela atravessa perfeitamente o vácuo, a luz visível do sol chega até nós em muitas cores (violeta, azul, verde, amarelo, laranja, vermelho), que representam a luz de diferentes comprimentos de onda. O homem não usa mais apenas os olhos para vasculhar o cosmo, rádio telescópios observam o cosmos em comprimentos de onda que não podemos ver.


Energia rotacional

Considerando, "W" o trabalho, "T" o momento (torque) de uma força e "a" um ângulo variável:

dW = -T * da o sinal menos aparece porque o momento (torque) da força tende a diminuir "a".

Considerando um campo constante e igualando o trabalho à diferença de potêncial, temos:

dU = -dW

sendo dU a diferença de potêncial infinitesimal.


Curiosidades


* Os músculos associados aos ossos transformam energia química em energia mecânica.Por exemplo quando corremos, o trabalho realizado pelos ossos transforma a energia mecânica potencial em energia cinética; portanto, a energia potencial diminui aumentando a energia cinética.
* Quando observamos uma panela com água no fogo, percebemos que gradativamente a água começa a se movimentar, sua superfície parecendo tremer, isso deve-se ao aumento da agitação das moléculas, aumentando, assim, a energia térmica da água. Se tirarmos a panela com água do fogo e a deixarmos de lado, há uma diminuição da agitação das moléculas de água cessando o movimento, ou seja, sua energia térmica diminuiu.Podemos observar, ainda, que ocorre uma transferência de energia térmica do fogo para a água e da água para o ar, ou seja, passa de um corpo para outro, sendo denominada calor.
* A transferência de energia de um corpo para outro pela emissão de ondas eletromagnéticas (luz) denomina-se irradiação. Denomina-se emissor o corpo que emite a energia e receptor aquele que recebe. Denomina-se energia radiante a propagada pelo espaço, do emissor para o receptor. Ao incidir sobre um corpo, a energia radiante distribui-se, sendo uma parte refletida, outra transmitida, e uma terceira absorvida, esta é a única transformada em calor.
* Ao aquecermos uma panela com água percebemos, após alguns segundos, que a panela já esquentou, enquanto a água não. Isto se deve ao fato de o alumínio ou o ferro (dependendo da panela) necessitar de uma menor quantidade de calor do que a água para elevar sua temperatura, ou seja, o ferro ou o alumínio tem menor calor específico.



Fonte: wikipedia.com