Energia

Um foguete espacial possui uma grande quantidade de energia química (no combustível) pronta a ser utilizada enquanto espera na rampa. Quando o combustível é queimado, esta energia é transformada em calor, uma forma de energia cinética. Os gases de escape produzidos impelem o foguetão para cima.

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, como, por exemplo, o calor, trabalho mecânico (movimento) ou luz graças ao trabalho realizado por uma máquina (por exemplo motor, caldeira, refrigerador, alto-falante, lâmpada, vento), um organismo vivo (por exemplo os músculos, energia biológica) que também utilizam outras formas de energia para realizarem o trabalho, como o uso do petróleo que é um recurso natural não renovável e também a principal fonte de energia utilizada no planeta atualmente. A etimologia da palavra tem origem no idioma grego, onde εργοs (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 (na verdade, 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, parecendo que o sujeito energizado está a perder energia. Na verdade, a energia está a ser transferida para outro objeto, sobre o qual o trabalho é realizado. 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

As sociedades humanas dependem cada vez mais de um elevado consumo energético a sua subsistência. Para isso, foram sendo desenvolvidos, ao longo da história, diversos processos de produção, transporte e armazenamento de energia. As principais formas de produção de energia são: hidráulica, nuclear, eólica, solar e geotérmica.

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 "p".

Energia potencial

Ver artigo principal: Energia potencial

É a energia que um objeto possui relacionada 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 a ser modificada noutras formas de energia e, consequentemente, a produzir trabalho: quando o martelo cair, pregará um prego; a mola, quando solta, fará andar os ponteiros de um relógio; o arco disparará um seta. 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, por sua vez, o uso da energia cinética produz um ganho de energia potencial.

Existem diferentes tipos de energia potencial, relacionados com as diferentes formas de energia (ver abaixo) 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: $\!Ep_{g}=p.h$ ou $\!Ep_{g}=m.g.h$

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

É calculada pela expressão (no caso ideal): $\!Ep_{e}={\frac {k.x^{2}}{2}}$

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".

É calculada pela expressão: Falhou a verificação gramatical (erro de sintaxe): {\displaystyle \!Ep_el = \frac{k.q.Q}{d²}} , sendo $\!V={\frac {k.Q}{d}}$, podemos substituir: $\!Ep_{e}l=q.V$

k= constante eletrostática do meio em que as cargas estiverem inseridas.

V= potencial elétrico.

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.

Ver artigo principal: Energia cinética

É a energia que um corpo em movimento possui devido à sua velocidade. É calculada por: $\!E_{c}={\frac {1}{2}}.mv^{2}$ onde $m$ é a massa do corpo e $v$ a sua velocidade. 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 química

Ver artigo principal: 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). O primeiro destes mecanismos surgiu com os primeiros seres vivos: 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 ou outro tipo de combustível, por exemplo).

Energia nuclear

Ver artigo principal: Energia nuclear

É a energia produzida pelas reações nucleares: isto é pela fissão ou pela fusão de átomos; é transformada sobretudo em energia mecânica e calor, quer sob controle num reactor 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.

Energia eletromagnética

Está associada aos fenómenos eletromagnéticos: a electricidade, 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 $\!E=P.t$, 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, $\!Q=m.c.(t_{f}-t_{i})$, 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 nos fornecem essa energia, em especial as hidrelétricas, embora haja 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

Ver artigo principal: 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.

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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.

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Consumo de energia

Ver artigo principal: Consumo de energia

O consumo de energia no mundo está resumido, em sua grande maioria, pelas fontes de energias tradicionais como petróleo, carvão mineral e gás natural, essas fontes são poluentes e não-renováveis, o que no futuro, serão substituídas inevitavelmente. Há controversias sobre o tempo da duração dos combustíveis fósseis mas devido a energias limpas e renováveis como biomassa, energia eólica e energia maremotriz e sansões como o Protocolo de Quioto que cobra de países industriais um nível menor de poluentes (CO₂) expelidos para a atmosfera, as energias alternativas são um novo modelo de produção de energias econômicas e saudáveis para o meio ambiente.

Ver também

• Engenharia de Energia
• Energia elétrica
• Energia eólica
• Energia maremotriz
• Energia térmica
• Energia solar
• Energia interna
• Lei da Conservação de Energia

Veja também

• Teorema do trabalho-energia