Energia

1. Ciências Físico-químicas - 7º ano de escolaridade Energia - Fontes e formas de energia - Transferências de energia

2. Energia Conteúdos • Fontes e formas de energia • Conceito de energia • Manifestações de energia; • Fontes de energia • Formas de energia ( energia cinética e energia potencial) • Transferências e transformação de energia • Transferências de energia • Transferências de energia cinética e potencial • Conservação e dissipação de energia • Potência, rendimento e conservação de energia • A energia transferida como calor • Condução, conveção e radiação. Ano Letivo 2011/2012

3. Energia – Fontes e Formas de energia O conceito de energia A energia está sempre presente na linguagem do nosso dia-a-dia. Energia, calor e temperatura são palavras que muito utilizamos, de forma indiscriminada, mas que têm significados muito diferentes. • Dizemos: • O petróleo é energia… • a energia está a esgotar-se… • nesta sala está muito calor…. … quando deveriamos dizer: … o petróleo é uma fonte de energia; … certas formas de energia estão a esgotar-se; … nesta sala a temperatura está muito elevada. Ano Letivo 2011/2012

4. Energia – Fontes e Formas de energia O conceito de energia (cont.) Outras situações do dia-a-dia em que é utilizada a palavra energia. “Estou muito cansado, estou sem energia!” “Os jogadores estão cheios de energia!” “A Constança está recuperando energias!” Nestas situações associa-se energia a saúde ou actividade. Ano Letivo 2011/2012

5. Energia – Fontes e Formas de energia O conceito de energia (cont.) Diariamente, ouves e lês frases como: O carvão é uma energia poluente. Poupe energia. Faltou a energia eléctrica. A água é uma energia limpa. É necessário resolver o problema energético. Estes cereais dão muita energia. Nestas frases. A palavra energia é utilizada como sinónimo de fonte de energia. Ano Letivo 2011/2012

6. Energia – Fontes e Formas de energia O conceito de energia (cont.) A energia é uma propriedade de todos os corpos, que se manifesta de diferentes formas, sendo detectada pelos efeitos que produz. A energia é uma grandeza escalar que se exprime, no SI, em joule (J) A energia de um sistema pode ser medida ou calculada. Ano Letivo 2011/2012

7. Energia – Fontes e Formas de energia Manifestações de energia A energia manifesta-se de diferentes maneiras, e toma diferentes designações de acordo com os efeitos que produz: Energia eléctrica Energia radiante Ano Letivo 2011/2012

8. Energia – Fontes e Formas de energia Manifestações de energia (cont.) Energia mecânica /motora Energia Química Ano Letivo 2011/2012

9. Energia – Fontes e Formas de energia Manifestações de energia(cont.) Energia Sonora Energia Térmica Ano Letivo 2011/2012

10. Energia – Fontes e Formas de energia Fontes de energia Podemos classificar a energia quanto às suas manifestações, e também como às suas fontes. A fonte de energia é um sistema que fornece energia a outros sistemas com os quais interage. O Sol é a nossa fonte de energia! ENERGIA ENERGIA ENERGIA Ano Letivo 2011/2012

11. Energia – Fontes e Formas de energia Fontes de energia (cont.) As fontes de energia podem classificar-se como: Renováveis Não renováveis • O Sol; • O vento; • As ondas e as marés; • A energia hídrica; • A geotermia; • A biomassa; • O biogás • Combustíveis fósseis: • carvão; • petróleo; • gás natural. • Urânio Ano Letivo 2011/2012

12. Energia – Fontes e Formas de energia Fontes de energia (cont.) Renováveis Ano Letivo 2011/2012

13. Energia – Fontes e Formas de energia Fontes de energia (cont.) Não renováveis Combustíveis Fosseis Ano Letivo 2011/2012

14. Energia – Fontes e Formas de energia Formas de energia A energia é uma só e só assume duas formas fundamentais designadas por: Energia cinética (Ec) Energia potencial (Ep) É a forma de energia associada ao movimento e depende da velocidade (v) a que o corpo se desloca e da sua massa (m). É a energia que se encontra armazenada nos corpos e deve-se à interacção entre as partículas que o constituem. A energia potencial gravítica resulta da interacção dos corpos com a Terra; depende da massa (m) do corpo e da distância (h) a que ele se encontra da terra. Quanto maior for a massa e a velocidade do um corpo, maior é a energia cinética que ele possui Ano Letivo 2011/2012

15. Energia – Transferências e transformação de energia Transferência de energia A energia é algo que não se vê nem se toca, manifesta-se sob diferentes aspectos… … A energia transfere-se entre corpos… … as transferências de energia ocorrem sempre que a energia passa de um sistema para outro… … cedência de um sistema (fonte) para outro sistema (receptor)… Fonte Receptor ENERGIA Um receptor de energia recebe a energia cedida por uma fonte. Durante a transferência, a energia da fontediminui e a do receptor aumenta. Ano Letivo 2011/2012

16. Energia – Transferências e transformação de energia Transferência de energia • As transferências de energia entre sistemas são frequentemente acompanhadas de transformações de energia. • Uma forma de energia transforma-se noutra forma de energia; • Uma manifestação de energia converte-se noutra diferente. Um sistema que funcione como receptor numa transferência de energia, pode comporta-se como fonte noutra transferência. As fontes (e os receptores) transformam, normalmente, Uma manifestação de energia noutra diferente. Ano Letivo 2011/2012

17. Energia – Transferências e transformação de energia Transferência de energia Rede Eléctrica Aquecedor Meio ambiente ENERGIA TÉRMICA ENERGIA ELÉCTRICA Alimentos Corpo humano ENERGIA MOTORA Actividades diárias ENERGIA QUÍMICA ENERGIA TÉRMICA Combustível Automóvel ENERGIAQUÍMICA Meio ambiente ENERGIA MOTORA ENERGIA SONORA Ano Letivo 2011/2012

18. Energia – Transferências e transformação de energia Transferência de energia cinética e potencial • As duas formas fundamentais de energia podem converter-se uma na outra: • Num corpo em queda livre, a energia potencial gravítica transforma-se em energia cinética. O corpo perde energia potencial gravítica à medida que ganha energia cinética. • Num corpo lançado para cima, a energia cinética transforma-se em energia potencial gravítica. O corpo ganha energia potencial gravítica enquanto sobe. Ano Letivo 2011/2012

19. Energia – Transferências e transformação de energia Conservação e dissipação de energia Potência de um aparelho (P) É uma grandeza física que relaciona a energia transferida (E) por um sistema com o tempo durante (t) o qual ocorre a transferência. Calcula-se pelo quociente entra a energia ( E) e o tempo (t): A unidade, em SI, de potência chama-se watt (símbolo W). 1 kW = 1 000 W 1 MW = 1 000 kW 1 MW = 1 000 000 W Ano Letivo 2011/2012

20. Energia – Transferências e transformação de energia Conservação e dissipação de energia • Da definição de potência de um aparelho, resulta que: • Ao medirmos a potência em quilowatt e o tempo em horas, a energia pode exprimir-se me quilowatt – hora (simbolokW h), e é mais usada em termos práticos, como nos contadores domésticos. Ano Letivo 2011/2012

21. Energia – Transferências e transformação de energia Conservação e dissipação de energia Energia útil e energia dissipada Todos os aparelhos transformam energia que recebem e transferem-na para outros sistemas Energia fornecida (Ef) Energia útil (Eu) Energia dissipada (Ed) É a fracção de energia fornecida a um aparelho que é utilizado para concretizar o fim a que se destina. É a fracção de energia fornecida que não é utilizada para o fim a que se destina o aparelho, sendo essencialmente transferida para o exterior como calor e ruído. Ano Letivo 2011/2012

22. Energia – Transferências e transformação de energia Conservação e dissipação de energia Energia fornecida (Ef) Energia útil (Eu) Energia dissipada (Ed) = + ENERGIA LUMINOSA ENERGIA SONORA ENERGIA ELÉCTRICA ENERGIA TÉRMICA Ano Letivo 2011/2012

23. Energia – Transferências e transformação de energia Conservação e dissipação de energia ENERGIA ÚTIL ENERGIA FORNECIDA ENERGIA DISSIPADA A eficácia de um aparelho está relacionada com a capacidade de converter a energia que recebe em energia útil  RENDIMENTO DO APARELHO!! Ano Letivo 2011/2012

24. Energia – Transferências e transformação de energia Conservação e dissipação de energia Rendimento de um aparelho () Mede a capacidade de um aparelho transformar a energia que lhe é fornecida em energia útil, e calcula-se pelo quociente entre esta e a energia fornecida. • É uma grandeza física sem unidades; • representa-se pela letra grega eta (); • exprime-se, normalmente em percentagem. • 0%    100 % • 0    1 Ano Letivo 2011/2012

25. Energia – Transferências e transformação de energia Lei da conservação da energia A energia total do universo permanece constante!!! Pelo cálculo do rendimento de um aparelho podemos comprovar que este valor é sempre inferior a 100% por haver energia dissipada. Mas esta energia não desaparece, pois corresponde apenas à energia que não pode ser aproveitada de forma útil, mas a quantidade total de energia existente antes do aparelho funcionar é igual à quantidade total de energia que existe depois do seu funcionamento. O que diminui é a quantidade de energia útil. Ano Letivo 2011/2012

26. Energia – Transferências e transformação de energia Lei da conservação da energia Se a energia se conserva, porque dizemos que estamos a gastar energia, ou que temos de poupar energia? • Quando o dizemos estamo-nos referindo à energia dissipada, que se degrada nos aparelhos e não pode ser aproveitada de forma útil. • Essa energia não se perde, mas transforma-se e transfere-se de tal modo que não pode ser novamente utilizada. Degradação de energia – parte que é desperdiçada mas que não deixa, contudo de ser energia. Ano Letivo 2011/2012

27. Energia – Transferências e transformação de energia Lei da conservação da energia Atualmente, a utilização racional da energia… … menos energia dissipada … mais energia bem utilizada Poupança de energia! deve usar-se só a energia necessária para uma certa tarefa. Ano Letivo 2011/2012

28. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Temperatura – é uma propriedade dos corpos que se mede com termómetros. A sua unidade SI é o kelvin(K), mas é frequentemente medida em graus Célsius (ºC). Relação entre a escala de temperatura Célsius e a de Kelvin Ano Letivo 2011/2012

29. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Quando se põem em contato térmico dois corpos a temperaturas diferentes, há transferência de energia. O corpo a temperatura mais elevada transfere energia para o corpo a temperatura mais baixa. Esta transferência designa-se por calor. Um gelado deixado ao ar por algum tempo derrete-se, isto porque o gelado aqueceu! Chá quente, algum tempo depois o chá arrefece. Ano Letivo 2011/2012

30. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Como se explicam estas situações? Estas situações acontecem porque houve uma transferência de energia FONTE (Chávena de chá) RECETOR (meio ambiente) ENERGIA RECETOR (cone de gelado) FONTE (meio ambiente) ENERGIA Ano Letivo 2011/2012

31. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Quando termina a transferência de energia? O equilíbrio térmicoé atingido quando os dois sistemas em contato, inicialmente a temperaturas diferentes, trocam energia de forma de calor até alcançarem a mesma temperatura. O calor só existe quando há transferência entre sistemas a temperaturas diferentes; O calor é energia em trânsito entre sistemas a diferentes temperaturas, não é uma propriedade dos sistemas. A temperatura é uma propriedade de um sistema; aumenta se este recebe calor e diminui se este cede calor. Ano Letivo 2011/2012

32. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Corpo a temperatura mais alta CALOR (energia a transferir-se) Corpo a temperatura mais baixa Há três processos através dos quais se processa a transferência de energia como calor: a condução, a convecção e a radiação. Ano Letivo 2011/2012

33. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Condução É o principal processo de transferência de energia como calor nos sólidos, e consiste na propagação da agitação das partículas que constituem o material Existem materiais bons condutores de calor, em que o processo de transferência descrito é muito rápido. Pelo contrário, nos maus condutores de calor, o mecanismo de condução é muito lento. Os maus condutores são também chamados isoladores ou isolantes. Ano Letivo 2011/2012

34. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Condução Os diferentes materiais são caracterizados por uma grandeza relacionada com a facilidade que têm para conduzir o calor. Chama-se condutividade térmica e pode ser procurada em tabelas. Quanto maior for a condutividade térmica de um material, maior conduz o calor. Bons condutores de calor Condutividade térmica elevada Condutividade térmica baixa Maus condutores de calor Ano Letivo 2011/2012

35. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Convecção É o principal processo de transferência de calor nos líquidos e nos gases, e consiste no estabelecimento de correntes ascendentes de matéria quente e correntes descendentes de matéria fria, designadas por correntes de convecção. Ao contrário da condução, em que o aquecimento se faz sem que a matéria saia do lugar que ocupa, na convecção é a própria matéria em movimento que transmite a energia. Ano Letivo 2011/2012

36. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Radiação A radiação transfere energia como calor sem precisar de um meio material para se propagar Todos os corpos emitem radiação apenas pelo facto de se encontrarem a uma certa temperatura. Até o corpo humano emite energia como calor por radiação Quando um corpo recebe radiação electromagnética aquece, o seu aquecimento é tanto maior quanto mais energia for capaz de absorver. Ano Letivo 2011/2012

37. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Radiação Um corpo que absorve bem também um bom emissor de radiação O corpo rugoso também emite mais energia do que o de superfície polida Corpo que se encontra a maior temperatura emite mais energia por radiação O corpo negro irradia mais energia do que o branco Ano Letivo 2011/2012

38. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Radiação As características das superfícies são determinadas no aquecimento das mesmas por radiação. Superfície branca – bom reflector – mau absorvedor Superfície preta – mau reflector – bom absorvedor Superfície polida – bom reflector – mau absorvedor Superfície rugosa – mau reflector – bom absorvedor Ano Letivo 2011/2012

39. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Radiação O ISOLAMENTO TÉRMICO DAS CASAS Telhado 25% Paredes 35% Janelas 25% Portas 15% Chão 15% Ano Letivo 2011/2012

40. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Radiação O ISOLAMENTO TÉRMICO DAS CASAS Devemos ter em conta as transferências de energia como calor nas habitações, uma vez que grande parte da energia que consumimos é utilizada par ao seu aquecimento. Durante o tempo frio, o calor transfere-se do interior para o exterior: - Por Condução, através dos materiais que constituem, por exemplo as paredes, o telhado e o chão: - Por convecção, através das frinchas das janelas, portas e telhado. Há também emissão térmica por todos os materiais usados na construção. Ano Letivo 2011/2012

41. Energia – Transferências e transformação de energia Energia transferida como calor Radiação O ISOLAMENTO TÉRMICO DAS CASAS É importante reduzir todas estas “perdas de energia”. Para isso, devemos escolher criteriosamente os materiais que melhor isolam as habitações. • Algumas medidas a adotar: • Construir paredes duplas com isolamento térmico interior; • Isolar as paredes exteriores e telhado; • Utilizar vidros duplos; • Usar materiais de construção de baixa condutividade térmica; • Calafetar as portas e as janelas. Ano Letivo 2011/2012