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.
Em física, energia é a capacidade de realizar trabalho e pode ser expresso de muitas formas diferentes (potencial, cinética, eletromagnétismo e etc.) Não importa de qual forma, a energia física tem a mesma unidade para realizar um trabalho; na força exercida para percorrer uma distância. No SI, o valor da unidade de energia para um Joule (J) é equivalente ao trabalho necessário para exercer a força de um Newton (N) pela distância de um metro, por exemplo.
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 forma de energia para realizarem o trabalho, como por exemplo o uso do petróleo que é um recurso natural não renovável e também atualmente a principal fonte de energia utilizada no planeta. A etimologia da palavra tem origem no idioma grego, onde εργοs (ergos) significa "trabalho". A rigor é um conceito primordial, aceito pela Física sem definição.
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 objecto, 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.
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Formas de energia
As civilizações 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:
Energia potencial
Ver artigo principal: É a energia que um objecto possui devido à sua posição. 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, uso da energia cinética e produz um ganho de energia potencial. Generalizando, quanto mais alto e mais pesado um objecto está, mais energia potencial terá.
Existem dois tipos de energia potencial: a elástica e a gravitacional.
- A energia potencial gravitacional está relacionada com uma altura (h) de um corpo em relação a um determinado nível de referência.
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: Epe = k.x2/2
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
Energia cinética
É possuída por qualquer coisa em movimento; quanto mais rapidamente um objecto se move, maior a sua energia cinética. Além disso, quanto mais massa tiver um objecto, maior é a sua energia cinética (apenas quando está em movimento). As máquinas mecânicas - automóveis, tornos, bate-estacas ou quaisquer outras máquinas motorizadas - produzem energia cinética, e esta espécie de energia é muitas vezes chamada de energia mecânica - Fórmula: Ec=1/2mV² .
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 (para trabalho biológico).
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 (igual a 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 aeróbia.
As reacções químicas geralmente produzem também calor; um fogo a arder é um exemplo. A energia química também pode ser transformada em electricidade numa bateria e em energia cinética nos músculos, por exemplo.
Energia radiante
É a energia que pode atravessar o espaço. Inclui a luz, as ondas de rádio e os raios de calor. O calor radiante não é o mesmo que a variante de energia cinética chamada de «energia térmica», mas quando os raios de calor atingem um objecto fazem com que as suas moléculas se movam mais depressa, ganhando então energia térmica. Os raios de luz e de calor são produzidos tornando os objectos tão quentes que brilham, como no caso do filamento de uma lâmpada eléctrica.
Energia nuclear
É a energia produzida pela fissão e pela fusão de átomos; aparece sobretudo como calor, quer sob controlo num reactor nuclear quer numa explosão de uma arma nuclear. O Sol produz o seu calor e a sua luz por uma reacção nuclear de fusão de átomos de hidrogênio em hélio. Curiosamente, toda a vida na Terra depende desta energia e, no entanto, perante a existência das armas nucleares, está também ameaçada por esta forma de energia.
Energia, Trabalho e Potência
A energia e o trabalho são basicamente semelhantes, visto que o trabalho é o gasto de energia. São, portanto, ambos medidos pelas mesmas unidades, a unidade SI, sendo o Joule, assim chamado em homenagem a James Prescott Joule, que demonstrou que é possível a conversão entre diferentes tipos de energia. A potência é a taxa a que se produz trabalho ou a que é dispensada energia.
Uma fonte de energia que pode produzir mais trabalho em dado tempo - fazer qualquer coisa mover-se mais depressa ou aquecê-la mais rapidamente, por exemplo - será mais poderosa que outra. A unidade SI de força motriz é o Watt, assim chamada em homenagem a James Watt, o inventor da primeira máquina a vapor.
Assim, a relação pode exprimir-se como: um Watt de energia (E) é produzido enquanto um Joule de trabalho (W) é efectuado em um segundo (δt).
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 Kioto 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.
Especificação de nomes com energia:
- Energia elétrica
- Energia eólica
- Energia térmica
- Energia solar
- Energia interna
- Lei da Conservação de Energia
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