DO SOL AO
AQUECIMENTO
A ENERGIA NO AQUECIMENTO/
ARREFECIMENTO DE SISTEMAS
ENERGIA
O que é de facto ENERGIA?
Ainda não sabemos o que é energia
" Ainda não sabemos o que é energia. Não sabemos ainda
por ser a energia uma coisa estranha '. A única coisa de
que temos certeza e que a Natureza nos permite observar é
uma realidade, ou se prefere, uma lei chamada "Conservação
da Energia“ Richard Feynman
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"Esta lei diz que existe 'algo', uma quantidade
que chamamos energia, que se modifica em
forma, mas que a cada momento que a medimos
ela apresenta sempre o mesmo resultado
numérico.
É incrível que algo assim aconteça.
Na verdade é muito abstracto, matemático até.
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Física Baseia-se nas observações e nas experiências
que permitem formular leis habitualmente
expressas por equações matemáticas
TERMODINÂNICA
GREGO
Therme (calor) e dynams (potência)
Áre
a
Sendo uma descrição dos primeiros esforços para
converter “calor em potência” Çengel et al, 2001
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TERMODINÂNICA
Estuda:
• os fenómenos e as leis que governam as diversas formas de
energia
• os processos de conversão da energia (E) nas suas diversas
formas (semanticamente quer dizer “movimento da energia
térmica” e como a energia induz movimento).”
A conversão de uma forma de energia noutra é designada por
“transformação de energia”, enquanto o processo de passagem
de energia de um sistema para outro é designado “transferência de
energia”
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TERMODINÂNICA
• Baseia-se em leis empíricas (os Princípios da Termodinâmica),
• Os fenómenos são interpretados a partir de uma abordagem
macroscópica da estrutura da matéria, por análise dos efeitos
da alteração da temperatura, pressão e volume dos sistemas
físicos (propriedades que podemos medir no laboratório).
• Estas propriedades fundamentais estão relacionadas entre si
por relações matemáticas designadas “equações de estado”
É o estudo das propriedades macroscópicas dos
sistemas, não assumindo um modelo para a
constituição da matéria.
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Os dois pontos de vista, macroscópicos e
microscópicos, são incompatíveis?
Não, porque as poucas propriedades mensuráveis, cuja
especificação constitui o ponto de vista macroscópico, são
médias, durante um dado período de tempo, de um grande
número de propriedades microscópicas.
TERMODINÂNICA
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TERMODINÂNICA
A soma de todas as formas microscópicas de
energia de um sistema é designada por Energia
Interna - U. Esta está relacionada com a estrutura
molecular e com a actividade molecular
A energia interna pode ser vista como a soma das
energias cinética e potencial das partículas
constituintes da matéria (moléculas e respectivos
constituintes)
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TERMODINÂNICA
Energia Interna - U
Energia Sensível
Energia latente
Energia química
Energia Nuclear
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Energia Sensível
Associada à energia cinética dos átomos, das moléculas e dos
seus componentes traduzida pelo nível de translações, rotações
e vibrações
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Energia Sensível
Quanto maior for a temperatura, maior será o
número destes movimentos, maior será a energia
sensível e consequentemente a energia interna.
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Energia latente
Associada ao estado físico do sistema, ou seja, às forças de
ligação intermoleculares e elas serão maiores nos sólidos do que
nos líquidos e maior nestes do que nos gases
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Energia química
Energia Nuclear
Associada às ligações entre átomos numa molécula.
Durante uma reacção química, a energia de um sistema
pode aumentar ou diminuir (geralmente “transferindo ou
recebendo calor” para as ou das vizinhanças).
Associada às interacções no interior do núcleo dos
átomos, constituído por protões e neutrões, os quais,
por sua vez, são compostos por partículas ainda mais
elementares: os quarks.
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Energia Interna de um Sistema - U
∆ 𝑼 = ∆𝑬𝒔𝒆𝒏 + ∆𝑬𝒍𝒂𝒕 + ∆𝑬𝒒𝒖𝒊 + ∆𝑬𝒏𝒖𝒄
Energia Térmica – Vulgo “Calor”
Sendo assim designada por
corresponder à fracção da energia
interna de um corpo que pode ser
transferida devido a uma diferença
de temperatura
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O que distingue a Termodinâmica da
outras áreas?
• A variável tempo não é considerada explicitamente;
• As coordenadas espaciais não são relevantes;
• A variável temperatura é essencial para descrever
os sistemas e suas propriedades.
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É o estudo das alterações dos estados de
um sistema, entre um estado de equilíbrio
final (f) e outro inicial (i), sem, no entanto,
dar informação quanto à velocidade com que
se alcançam os referidos estados.
Uma das vertentes mais importantes da
Termodinâmica
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O que significa equilíbrio termodinâmico?
A existência de um estado de equilíbrio num
sistema depende da sua proximidade de outros
sistemas, e da natureza da fronteira que o separa
dos outros sistemas.
Um sistema está em equilíbrio termodinâmico
se as variáveis que o caracterizam estão
definidas e permanecem constantes.
Por questões conceptuais e de análise o
equilíbrio termodinâmico divide-se em
equilíbrio térmico, mecânico e químico.
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SOL
Fonte Energia
Renovável
Sistemas que contêm energia armazenada e a
podem transferir para outros sistemas
Vento Mar
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Dependendo da Fonte • Energia Solar - ou Radiante, energia proveniente do sol que
se propaga através das ondas electromagnéticas
• Energia Sonora - movimento ondulatório das
partículas/corpúsculos constituintes da matéria
• Energia Eólica - movimento do ar
• Energia Hídrica - movimento da água de superfície ou
subterrânea
• Energia das marés e das ondas
• Energia da Biomassa - produzida a partir de produtos
florestais, agrícolas ou de resíduos urbanos
• Energia Geotérmica - calor proveniente do interior da Terra
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• Energia Eléctrica - movimento de electrões
• Energia Elástica - associada a um corpo elástico, como uma
mola
• Energia Magnética - energia armazenada num material que
produz um campo magnético
• Energia Química - armazenada nas ligações químicas
• Energia térmica - que se transmite por diferença de
temperaturas, conhecida popularmente por “calor”
• Energia Nuclear - armazenada nas ligações nucleares
Dependendo da Fonte
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Duas Formas Energia Básicas de uma fonte de energia
Energia Cinética
Interna associada ao movimento
vibracional, rotacional,
translacional, electrónico, etc
das partículas que constituem o
sistema (moléculas e
respectivos constituintes)
Energia Potencial
Interna armazenada no sistema e que
resulta das interacções entre
essas partículas
Esta pode ser libertada
ou convertida noutras
formas de energia,
incluindo a cinética.
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Energia Cinética
Interna
Energia Potencial
Interna
Energia Interna
Sistema +
Quando se adiciona energia ao sistema sob a forma de
calor, esta fica armazenada como energia cinética e
potencial internas
TRANFERÊNCIAS E
TRANSFORMAÇÕES DE
ENERGIA
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Tudo o que existe no Universo possui energia e
tem a faculdade de, em dado momento e sob
certas circunstâncias, a manifestar,
transformar e/ou transferir.
Todas as manifestações de energia
correspondem apenas a duas formas
fundamentais de energia:
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Energia
Cinética
Ec
Ec Macroscópica
Um automóvel que se desloca
numa estrada, uma bola que é
lançada
ao ar, os planetas que orbitam
em torno do Sol
Ec Microscópica
A nível atómico ou molecular
manifesta na translação, rotação ou
vibração das partículas
constituintes de cada material,
independentemente do estado
físico em que ele se encontre
Energia
Potencial
Ep
Ep Macroscópica
e uma <energia em potência>, que
depende da posição relativa das
partículas que constituem o
sistema. Corresponde à energia
armazenada em condições
de vir a ser utilizada, transformada
ou transferida
Ep Microscópica
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Todas as manifestações de energia
envolvem transformações e/ou
transferências de energia
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Exercícios
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1
2
DEGRADAÇÃO DE
ENERGIA. RENDIMENTO
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Um processo é tanto mais eficiente quanto
menor for a parcela de energia dissipada, ou
seja, quanto maior for a parcela correspondente
à energia que é aproveitada de uma forma útil.
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Somente 5 % do total de energia fornecida à Lâmpada é aproveitado de
uma forma útil. A restante parte (95 %) corresponde à parcela de energia
dissipada. Ou seja, o seu rendimento é de 5%
Balanço energético ou diagrama de Sankey.
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Exercícios
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Exercícios
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Uso racional das fontes de energia
Em Física, diz-se que a energia total do Universo se
conserva, isto é, a sua quantidade total mantém-se
constante.
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A energia, embora se conserve, degrada-se.
É possível poupar energia tornando os processos mais
eficientes (com maior rendimento), ou seja, reduzindo as
perdas inerentes à utilização de máquinas e equipamentos, nos
transportes, na indústria e na agricultura.
Problemas ambientais decorrentes da produção e
do consumo excessivo de combustíveis fósseis.
O recurso a fontes de energia renováveis para a produção
de energia elétrica permitirá menores emissões poluentes,
ou seja, o impacto sobre o delicado equilíbrio ambiental da
Terra será muito menor.
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