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06-03-2015
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Sumário
Módulo Inicial – Das Fontes de Energia ao Utilizador
Conservação da energia
• Lei da Conservação da energia.
• Transferências de energia: trabalho, calor e radiação.
• Como se mede a taxa de transferência de energia – a potência.
APSA I.1; APSA I.2 e Aplicações
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Então o que é um sistema físico?
Um sistema físico é uma porção do Universo que
escolhemos para analisar e estudar.
Um sistema físico é limitado por uma fronteira real ou
imaginária que deve ser bem definida. É a fronteira que
identifica o corpo em relação à sua vizinhança.
Sistema, fronteira e vizinhança
A energia pode fluir dum sistema para outro, transferindo-se.
Daí que seja necessário definir o que é um “sistema” em física.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Exemplos de sistemas físicos:
Sistema, fronteira e vizinhança
Fronteira
Exterior ou Vizinhança
Sistema
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Exemplo 1 Exemplo 2
Módulo Inicial
Conservação da energia
Um sistema apresenta sempre uma fronteira
através da qual poderá trocar energia com a
vizinhança.
Consoante a existência ou não de trocas de
energia entre um determinado sistema e as suas
vizinhanças podemos classificá-lo em: isolado,
aberto ou fechado.
Tipos de sistemas
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Sistema Aberto - Ocorre a troca de
matéria e de energia com o meio
envolvente.
Sistema Fechado - Ocorre a troca de
energia mas não ocorre a troca de
matéria entre si e o meio envolvente.
Sistema Isolado - Não ocorre a troca de
energia nem de matéria com o meio
envolvente.
Recapitulando os diversos tipos de sistemas
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Os sistemas isolados
Na prática, é difícil construir um sistema
completamente isolado.
Quando há transferências de energia entre
um sistema e a sua vizinhança, a energia
total do sistema + vizinhança (Universo) é
sempre a mesma.
Lei da Conservação da energia: a energia de um sistema isolado mantém-se constante.
Se um sistema for isolado, a sua energia permanece inalterada. Isto traduz a Lei da
conservação da energia.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
O sistema em estudo é a água a ser aquecida:
- Fonte de energia – álcool em combustão
- Recetor de energia – água
Fonte, recetor e transferência de energia
As fontes de energia fornecem energia aos recetores de energia.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Sempre que a energia passa de um sistema para outro diz-se que ocorre uma
transferência de energia:
Fonte, recetor e transferência de energia
Fonte Receptor
Aqui a energia passou do álcool em combustão para a água.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Fonte, recetor e transferência de energia
- Fonte de energia –
- Recetor de energia –
pilha
lâmpada
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Módulo Inicial
Conservação da energia
As diferentes designações atribuídas à energia correspondem apenas a dois tipos
fundamentais de energia:
Quais são os tipos fundamentais de energia?
Energia cinética, que está associada ao movimento.
São exemplos de energia cinética:
A energia que associamos ao vento, à água em movimento, à corrente elétrica num
circuito, etc..
Energia potencial, que corresponde à energia armazenada em condições de poder ser
utilizada em qualquer momento.
São exemplos de energia potencial:
A energia acumulada numa bateria de um automóvel, nos alimentos e nos combustíveis,
etc..
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Energia cinética
O automóvel em movimento, a criança que corre e a pedra a rolar têm energia cinética.
Qualquer corpo em movimento possui energia cinética!
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Energia potencial
O alpinista possui energia armazenada pelo facto de estar a
ser atraído pela Terra.
Essa energia que não se está a manifestar, pode vir a
manifestar-se se ele cair, designa-se por energia potencial
gravítica.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Energia potencial
O boneco dentro da caixa tem energia armazenada.
Esta energia manifesta-se quando o boneco salta e designa-se
por energia potencial elástica.
Uma mola tem energia potencial elástica quando é deformada
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Módulo Inicial
Conservação da energia
A energia potencial
Uma mistura explosiva possui energia, mesmo antes de explodir.
Esta energia está relacionada com as forças de ligação entre as
partículas que constituem as substâncias e designa-se por
energia potencial química.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
A energia cinética depende de quê?
Se duas pedras, com a mesma massa, forem atiradas contra uma parede com velocidades
diferentes, qual delas provocará maior estrago?
A pedra que provocará maior estrago é a que possui maior velocidade porque tem uma energia cinética maior.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
A energia cinética depende de quê?
Se duas pedras, de massas diferentes, forem atiradas contra uma parede com a mesma
velocidade, qual delas provocará maior estrago?
A pedra que provocará maior estrago é a que possui maior massa porque tem uma energia cinética maior.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
A energia potencial gravítica depende de quê?
Se deixarmos cair uma pedra, em qual dos três níveis vai causar maior estrago?
A pedra que produz maior estrago é a que cai do nível 3, porque como cai de uma altura maior tem uma energia potencial gravítica maior.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
A energia potencial gravítica depende de quê?
Se deixarmos cair duas pedras de massas diferentes mas da mesma altura, qual vai
causar maior estrago?
A pedra de maior massa produz mais estragos porque tem uma energia potencial gravítica maior.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Energia mecânica
A energia mecânica (Em) de um sistema num dado referencial é a soma da energia
cinética (Ec) macroscópica do sistema nesse referencial e da sua energia potencial (Ep).
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Energia interna
A energia interna de um sistema é a soma
das energias cinética e potencial dos seus
corpúsculos.
A energia interna representa-se,
simbolicamente, por Ei ou por U. Tem
componentes:
• Do tipo cinético, que se associa aos
movimentos desordenados dos
corpúsculos;
• Do tipo potencial, que se relaciona
com as posições relativas dos
corpúsculos.
Dois corpos com energia interna diferente
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Energia interna e massa
Para um mesmo sistema quanto maior for a sua massa, maior será a sua energia interna.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Energia interna e temperatura
A temperatura mede a agitação das partículas, logo, está relacionada com a energia
cinética média dos corpúsculos que constituem a matéria.
Quanto maior for a temperatura, maior será a energia interna do sistema, uma vez que
a sua energia cinética interna (a nível microscópico) será maior.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Transferências de energia: calor, trabalho e radiação
Se um sistema estiver isolado, a sua energia interna mantém-se
constante.
Se um sistema não tiver isolado, pode haver transferências de
energia entre o sistema e a vizinhança.
Consoante o modo como ocorre essa transferência, assim
podemos identificar três processos de transferir energia:
• Calor;
• Trabalho;
• Radiação.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Calor
Quando dois sistemas são postos em contacto e se
estiverem a diferentes temperaturas, a energia pode
ser transferida entre eles.
Dizemos que ocorre uma transferência de energia
por calor de um bloco para outro. O calor,
simbolizado por Q, é uma energia em «trânsito» e
a sua unidade SI é o joule (J).
Quando termina a transferência de energia os
blocos ficam à mesma temperatura dizem-se em
equilíbrio térmico. No entanto, não têm de ficar
com a mesma energia interna!
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Trabalho
Sempre que existe uma força que atua sobre um corpo que se desloca, pode haver
uma transferência de energia como trabalho.
Se puxarmos ou empurrarmos um corpo, deslocando-o, estamos a fornecer-lhe
energia como trabalho. (Nota: Mais à frente estudaremos esta grandeza).
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Radiação
A radiação está associada à natureza eletromagnética dos
sistemas e da matéria e propaga-se sob a forma de ondas que
são caracterizadas pela sua frequência e pelo seu comprimento
de onda.
Assim, a energia da radiação é:
– diretamente proporcional à sua frequência;
– e inversamente proporcional ao seu comprimento de onda.
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Como se mede a taxa de transferência de energia - a potência
A potência é a grandeza física que mede a quantidade de energia transferida por unidade
de tempo:
A unidade SI de potência é o watt (W).
É a quantidade de energia fornecida durante um segundo.
Quando há um circuito elétrico, a potência dissipada por efeito de Joule num condutor
com uma certa resistência obtém-se multiplicando a intensidade de corrente, I, que o
atravessa, pela tensão, U, (ou diferença de potencial) entre as suas extremidades:
P = UI
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Unidade SI de energia
A unidade SI de energia chama-se Joule, símbolo J, em homenagem
ao físico inglês James Prescott Joule.
1 1 1J W s
J W s
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Outras unidades de energia
Quando queremos falar de energia elétrica utilizamos a unidade quilowatt-hora, kWh.
kWh kW h
A quantos joules corresponde 1 quilowatt-hora?
1 kWh = 1 kW x 1 h
1 kWh = 1000 W x 3600 s
1 kWh = 3 600 000 J = 3,6 x 106 J
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Outras unidades de energia
Quando queremos falar em valores energéticos de alimentos utilizamos a caloria.
Sobremesa Quantidade Caloria
Gelado 2 bolas 199 cal
Gelatina dose individual 97 cal
Leite Creme dose individual 140 cal
Mousse Chocolate dose individual 193 cal
Pudim Flan dose individual 142 cal
Salada de Frutas dose individual 98 cal
Tarte de Maçã fatia média 112 cal
A caloria relaciona-se com o Joule da seguinte forma:
1 cal = 4,186 J
1 kcal = 4 186 J
1 kcal = 4,186 kJ
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Módulo Inicial
Conservação da energia
Exercício:
1. Um secador de cabelo de potência 1200 W funciona durante
20 s. Calcule a energia recebida pelo secador.
Resposta: 24000 J = 2,4 x 104 J = 24 kJ
2. Se a energia recebida pelo secador anterior for de 30 kJ,
durante quanto tempo esteve a funcionar?
Resposta: 25 s
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TPC
• Exercícios que ficarem por fazer da APSA I.2
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![aulas-cap7-Cantor.ppt [Modo de Compatibilidade] · Saturação, Relaxação, Transições não-radioativas Quanto maior o gap de energia, maior a diferença de população kA Taxa](https://img.pdfslide.tips/doc/110x75/5be7de3409d3f2d66c8cb8b3/aulas-cap7-modo-de-compatibilidade-saturacao-relaxacao-transicoes.jpg)
