Energia e Sua ConservaçãoDisciplina: Física

Prof. Igor Chaves

EnergiaO estilo de vida da sociedade atual é cada vez mais dependente dos avanços tecnológicos, do uso da energia elétrica e do petróleo.

Entretanto, para manter esse padrão de conforto existe um customuito alto, tanto do ponto de vista financeiro quanto ambiental.Assim, a busca de fontes energias limpas e renováveis é uma dasgrandes questões que a sociedade tem procurado discutir esolucionar.

Glossário

• Energias Renováveis:

Energia renovável é aquela originária de fontes naturais que possuem a capacidade de regeneração (renovação), ou seja, não se esgotam.

Exemplos :

Energia solar, energia eólica (dos ventos), energia hidráulica (dos rios),biomassa (matéria orgânica), geotérmica (calor interno da Terra) emaremotriz (das ondas de mares e oceanos).

• Energias Limpas:

O nome já traduz o que seria esta forma de energia. Ela não polui omeio ambiente. Como exemplo de energia limpa temos, a energiaeólica (produzida através de correntes de ventos), a energia solar(obtida pelos raios solares), a hidrelétrica (fornecida através damovimentação da água), entre outras.

Esse universo tecnológico que atende as nossas necessidadessó é possível devido à utilização das diversas formas naturaisde energia (Energia Solar, Eólica, Hidráulica, Nuclear, etc) e acapacidade de converter um tipo de energia em outro. Osexemplos dessas transformações são os mais diversos:

• No rádio, a energia química de uma pilha é transformada emenergia sonora;

• Em alguns brinquedos essa mesma energia química éconvertida em energia de movimento;

• Quando ligamos uma lâmpada a energia elétrica é convertidaem energia luminosa;

• Em uma usina hidrelétrica a energia mecânica da água éconvertida em energia elétrica.

Existe algum fenômeno onde não ocorrem transformações de energia?

Não! Quando ocorrem quaisquer fenômenos

no universo, alguma transformação de energia

também acontece.

Mas o que é energia?A compreensão do conceito de energia não vem doconhecimento de sua definição, mas sim da percepção de suapresença em todos os processos de transformação que ocorremem nosso organismo, no ambiente terrestre ou no espaçosideral.

Conservação da energia e as fontes de energia

A principal característica da energia é sua conservação:

A energia não pode ser criada, não pode ser destruída, sópode ser transformada.

A energia pode assumir diferentes formas: elétrica, química,nuclear, térmica, luminosa, cinética, etc...

Para suprir grande parte desse grande consumo são necessáriasusinas geradoras de eletricidade: Usinas Hidrelétricas, UsinasTermelétricas, Usinas Eólicas, Usinas Nucleares, etc..Entretanto, essas usinas geralmente causam impactosambientais.

Seminários sobre matrizes energéticas

• Cada grupo receberá, mediante sorteio, um tema específico (matriz energética) e deverá:

Apresentar um seminário sobre o tema, onde deverão ser abordados osaspectos físicos, sobretudo os processos de transformação de energia,utilização no Brasil e no mundo e os possíveis impactos ambientais dasua matriz. Cada apresentação deverá ter entre 10 e 15 min.

• 1 - Energia Hidrelétrica

• 2 - Energia Eólica

• 3 - Energia Solar

• 4 - Energia Nuclear

• 5 - Termoelétricas

• 6 - Petróleo

• 7 - Biomassa e Biocombustíveis

• Valor: 1,5 pontos (Nota pode variar entre os membros da equipe)

• Data: 2 semanas

Quando analisamos um fenômeno com base nas transformações deenergia nele ocorridas, podemos fazer uso do princípio daconservação, ou seja:

- A soma das quantidades das diferentes formas de energia é constante em todos os momentos em que ocorre

o fenômeno.

Energia Antes = Energia Depois

Por exemplo, em um celular:

100 J(E. química) = 40 J (E. luminosa) + 40 J (E. sonora) + 20 J ( E. térmica)

100 Joules = 100 Joules

Curiosidade! O Caso dos Neutrinos

• Estudando a desintegração do núcleo atômico, verificou-seexperimentalmente que a energia total do sistema antes e depoisdo decaimento não tinham o mesmo valor, o que parecia violaro Princípio da Conservação da Energia.

• Embora tenha sido sugerido teoricamente em 1930, a existênciado neutrino só foi confirmada experimentalmente 26 anos depois,em 1956.

Energia Mecânica e sua Conservação

A energia mecânica é constituída por dois tipos de energia: Energia Cinética e a Energia

Potencial (Gravitacional ou Elástica).

A Energia Cinética (EC) está associada à velocidade do corpo, ou seja,todo corpo em movimento possui este tipo de energia. Essa energiaé diretamente proporcional à massa e ao quadrado da velocidade.Assim:

• EC = Energia cinética (Joule- simbolizado pela letra J)• m = massa (Kg)• v = velocidade (m/s)

A Energia potencial gravitacional (EPg) corresponde a umaenergia que está associada à posição do corpo em relação à superfícieda Terra. Diz-se potencial por que ela está armazenada, podendo serconvertida a qualquer momento em energia cinética. A EPg pode sercalculada facilmente pela expressão:

• EPg = Energia potencial (Joule- simbolizado pela letra J)

• m = massa (kg);

• g = 10 m/s² (aceleração da gravidade);

• h = altura em que o objeto se encontra (m)

Transformações de energia – Cinética em Potencial e vice-versa.

A Energia potencial elástica (Eel) corresponde a uma energiaarmazenada a partir da deformação de um corpo. Novamente, diz-se potencial por que ela está armazenada, podendo ser convertidaa qualquer momento em energia cinética. A Eel pode ser calculadafacilmente pela expressão:

• Eel = Energia potencial elástica (Joule- simbolizado pela letra J)

• K = constante elástica (N/m);

• x = deformação, ou seja, compressão ou distensão do corpo (m);

Em um sistema conservativo ocorre apenas a transformaçãode energia cinética em energia potencial e vice-versa. Assim, aenergia mecânica se conserva (permanece constante) e temosque:

EM = EC + EP

A conservação da energia é um dos pilares da Física clássica e pode ser utilizado para resolver inúmeros problemas.

Considerando que um carrinho com massa 100 Kg partiu do repouso em A , responda:

Considere g = 10 m/s²

a) Em quais pontos existem energia potencial gravitacional?

b) Em quais pontos existem energia cinética?

c) Qual a energia potencial no ponto A

d) Qual a energia cinética em B?

e) Qual a velocidade em B?

f) Quais os valores das energias potencial e cinética em C?

Em uma Usina Hidrelétrica

Gerador Elétrico

Indução Eletromagnética: Um campo magnético variável induz uma corrente elétrica em um condutor