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Energia

 

O que é energia?

Energia

Definição

Apesar de ser usada em vários contextos diferentes, o uso científico da palavra energia tem um significado bem definido e preciso: Potencial inato para executar trabalho ou realizar uma ação.
Qualquer coisa que esteja trabalhando, movendo outro objeto ou aquecendo-o, por exemplo, está gastando (transferindo) energia.

Energia é um dos conceitos essenciais da Física e pode ser encontrado em todas as suas disciplinas (mecânica, termodinâmica, eletromagnetismo, mecânica quântica, etc.), assim como em outras disciplinas, particularmente na Química.

Formas de Energia

A energia potencial é a energia armazenada. Por exemplo, as águas de um rio têm energia potencial; uma pedra no alto de uma montanha também.

Quando a pedra rola, ou quando as águas do rio caem em cascata, sua energia potencial se transforma em energia cinética capaz de exercer força e movimentar outros corpos. Esta é a energia mecânica, uma forma comum de manifestação da energia.

A queima de um recurso natural - como a lenha, carvão ou petróleo - gera energia térmica, também chamada de calor.

Há ainda a energia radiante ou energia de radiações eletromagnéticas, como a luz e o calor do sol, as ondas de rádio e televisão, os raios X e as microondas.

Energia química é a energia liberada ou formada em uma reação química, como acontece nas pilhas e baterias.

Uma das características mais importantes da energia é a sua capacidade de transformação de uma forma para outra. E estas transformações podem ser controladas. Por exemplo: quando ligamos o motor de um carro, a energia química da bateria se transforma em energia elétrica, que produzirá trabalho fazendo girar o motor. Em seguida, a energia potencial da gasolina se transformará em energia cinética e moverá os pistões que fazem as rodas girarem.

Já a energia nuclear, também chamada energia atômica, é obtida por interações no núcleo de um átomo. Seja pela fissão ou divisão de núcleos pesados (urânio, tório e plutônio), seja pela fusão ou junção de núcleos leves, como o do hidrogênio.

Energia
O Sol produz o seu calor e a sua luz por uma reação nuclear de fusão de átomos de hidrogênio em hélio. Toda a vida na Terra depende desta energia.

Fonte: www.eletronuclear.gov.br

Energia

A História da Energia

A História da Energia está associada á modernização da sociedade. O grande crescimento industrial que se registou na Europa a partir do século XVIII permitiu que alguns países se desenvolvessem e ascendessem ao grupo dos países industrializados, mas para que isso acontecesse foi necessário que se desenvolvessem. Estes países necessitavam consumir grandes quantidades de energia e ainda hoje mantêm essa forte necessidade.

O que é a Energia?

Tudo o que acontece á nossa volta é provocado pela energia. É a energia que faz com que tudo e todos funcionemos, a palavra energia vem do grego e significa “que contém trabalho”, pode-se dizer que é a capacidade de produzir trabalho, que ela está sempre associada ao conceito de matéria, ao conceito de movimento. Segundo William Blake, a energia é um prazer eterno, e que os alimentos são energia. Existe uma quantidade fixa de energia no universo, mas só podemos utilizar parte dela.

Toda a nossa energia provém directa ou indirectamente do sol. A energia total do universo é sempre a mesma, isto é, não se pode criar nem destruir energia, apenas transformá-la.

Estando a energia sempre associada á matéria, e a matéria forma os corpos, podemos dizer que nesses corpos há energia, e ao conjunto corpo/energia chamamos Sistema
Energético. Nos Sistemas Energéticos podemos classificar em dois tipos as formas de energia neles contidas, são elas:
1. A Energia Cinética, que está associada aos corpos em movimento e pode manifestar-se de várias formas. São exemplos: a energia eléctrica (electrões em movimento), energia eólica (ar em movimento), energia hidráulica (água em movimento), energia luminosa (protões em movimento).
2. A Energia Potencial, provém do facto de ser uma forma de energia que se encontra em estado latente ou em potência e em condições de ser usada quando o homem muito bem entender. Pode manifestar-se de várias formas: energia dos combustíveis, energia dos alimentos e a energia potencial gravítica.

Fontes Energéticas

No começar dos tempos, desde o habitante das cavernas até ao técnico de hoje, o homem deu três grandes passos em frente. Primeiro, aprendeu a fazer ferramentas, o que lhe permitiu levar a cabo tarefas que não poderia ter realizado com as mãos. Em seguida, aprendeu a cultivar e a receber da terra a sua própria alimentação, aprendeu a armazená-la para uso futuro, de modo que passou a ter tempo para se dedicar a outras atividades. Em terceiro lugar, e talvez a mais importante, descobriu o modo de poupar os próprios músculos fazendo uso de outras fontes de energia. Assim obteve mais trabalho e menos esforço próprio.

Até agora todas as formas de energia exploradas pelo homem derivam directa ou indirectamente do sol. A terra recebe continuamente energia do sol. Os raios solares podem fundir glaciares; o vento e a água podem escavar grandes cavernas na terra; as ondas batem e desgastam a costa, etc. A energia é de tal modo a chave da técnica moderna que hoje medimos o desenvolvimento técnico das nações pela energia consumida anualmente. Mas no entanto, existem dois tipos de fontes de energia, são elas:
 As renováveis, que por mais que o homem as utilize, não se gastam. Como a energia solar, hidráulica e eólica.
 A não-renováveis, que em qualquer momento se podem acabar. Como o petróleo, o gás natural, o carvão, o urânio e a matéria-prima nuclear.

O Vento e o Sol

Há cerca de 5000 anos os egípcios fizeram as primeiras velas e desde então quase todos os transportes marítimos dependiam da força directa do vento: os barcos apenas podiam navegar a favor do vento. Em terra, a invenção do moinho de vento, foi uma nova forma de transformar o vento em energia. Existe também uma outra fonte de energia que começa hoje a ser mais utilizada: os raios solares. Em áreas onde o sol brilha com mais regularidade, a luz solar pode ser captada e reflectida por espelhos côncavos de forma que o seu calor concentrado se possa utilizar.

Energias não-renováveis

O carvão, o petróleo e o gás natural constituem recursos não-renováveis, designando-se combustíveis fósseis, e estes combustíveis fósseis levam milhões de anos para se formarem e não podem ser produzidos de um dia para o outro. Estas fontes de energia são finitas e esgotam-se. Este tipo de recursos é relativamente reduzido no nosso país.

As jazidas de carvão de que dispomos são de pequena importância e de fraca qualidade. Quanto ao petróleo e ao gás natural, o país não dispõe, até ao momento de qualquer tipo destes recursos. Assim não podemos estranhar a nossa total dependência externa em relação a estas duas energias. Relativamente ao gás natural, Portugal também não dispõe de recursos próprios, mas nos últimos anos apostou-se na introdução desta energia no nosso país. O gás natural trata-se de um combustível de fácil transporte, limpo e muito competitivo, permitindo a diversificação das fontes de energia. A sua utilização reduzirá a emissão de substâncias poluidoras.

Energia que futuro?

As reservas de combustível esgotar-se-ão um dia, se a crescente procura de energia se acentuar. O petróleo pode até durar 45 anos mas quando passarem esses 45 anos ?
Dizem que o homem não gasta á toa as fontes de energia, mas sim apenas o necessário, mas outros factores vêm contribuir para a crise energética que se fará sentir, tais como o esgotamento acentuado das reservas de energia devido ao constante crescimento da população, os gastos excessivos de energia devido ao surgimento de numerosas industrias e também o enorme desperdício de energia por parte do homem.

Estão em curso muitas experiências no sentido de melhorar a produção de energia e procurar mais fontes energéticas, mais económicas.

Conclusão

As reservas de combustível esgotar-se-ão um dia, se a crescente procura de energia se acentuar. Para garantir a existência de energia suficiente no futuro é necessário racionalizá-la no presente.

Devemos tomar consciência de que o futuro energético da Humanidade parece estar comprometido, e ao contrário do que o texto possa dizer, nos achamos que corremos sim um risco de crise energética, até porque Portugal bem como outros países são muito dependentes energeticamente.

Fonte: www.estig.ipbeja.pt

Energia

A energia constitui o substrato básico do universo e de todos os processos de transformação, propagação e interação que nele ocorrem.
Energia é a capacidade que possuem os corpos e sistemas de realizar trabalho. Essa propriedade se evidencia de diversas formas que se podem transformar e se inter-relacionar.

Um trabalho realizado em um corpo ou sistema de corpos gera um aumento de sua energia. Assim, quando se curva um arco ou se comprime uma mola, armazena-se nesses objetos energia em forma elástica, que se manifesta quando a flecha é disparada ou a mola se distende. Nesse processo se produz apenas cessão de energia entre os componentes do sistema, de modo que o saldo geral é nulo. Esse fenômeno, conhecido como princípio da conservação da energia, se traduz na máxima de que a energia não se cria nem se perde, mas simplesmente sofre transformações, passando de um estado para outro. Tal princípio constituiu um dos axiomas da física, até ser superado pelas teorias relativistas de Albert Einstein.

Transformação da Energia

No fim do século XVII, Isaac Newton lançou as bases de um novo conceito da física e propôs a noção de força como um agente capaz de alterar o equilíbrio dinâmico ou estático dos corpos. Entretanto, seus sucessores substituíram as forças pelas energias a elas associadas como as causas fundamentais dos fenômenos físicos. Segundo tais princípios, as trocas de energia entre os diferentes sistemas são responsáveis por esses fenômenos e se manifestam em diversas formas conversíveis entre si.

Um sistema ideal que não sofresse perdas constituiria um moto contínuo, ideal perseguido durante séculos, já que sua energia geraria um trabalho permanente. Na realidade, tais sistemas não existem, e as perdas de energia se traduzem em emissão de calor. Por isso considera-se que o calor é a forma mais degradada de energia, a qual, por não ser recuperável para o sistema, não é também transformável.

O século XX assistiu ao nascimento de uma nova teoria, que determinou a modificação substancial do conceito de energia e de suas relações de troca com os corpos. A relatividade física, defendida por Einstein, considera a energia e a massa como diferentes manifestações de uma única propriedade, o que altera o tradicional princípio da conservação. Segundo a teoria, a energia pode passar a outros estados e até mesmo converter-se em massa e vice-versa. Experimentos científicos comprovaram, nas altíssimas temperaturas alcançadas durante as reações nucleares, o fenômeno de transformação de massa em energia pura, embora tenha sido impossível provocar a conversão em sentido inverso. Quando o problema analisado não inclui processos nucleares pode-se aceitar o princípio da conservação, que considera o calor o único meio de perda energética em um sistema isolado.

Formas de energia

Energia cinética é a derivada do movimento das partículas materiais, enquanto energia potencial é aquela que os corpos possuem em virtude de suas posições ou configurações. Um martelo, por exemplo, utiliza a energia cinética para vencer as forças de atrito que se opõem à penetração do prego. Por sua vez, as quedas d"água transformam em energia elétrica a diferença de energia potencial, decorrente das diferentes alturas ou distâncias em relação ao centro da Terra.

Tradicionalmente, distingue-se a energia cinética de translação, provocada pela velocidade linear dos corpos, da energia de rotação dos sólidos em torno de um eixo. Do mesmo modo, a energia potencial pode ser de natureza gravitacional, elástica, magnética, elétrica, química etc.

A comparação entre todos esses tipos de energia baseia-se no trabalho mecânico consumido na produção de cada uma delas. A física experimental demonstrou que a uma dada variação na quantidade de energia corresponde sempre o mesmo trabalho, definido como seu equivalente mecânico.

Interpretações da energia. No passado, a energia foi considerada, do ponto de vista físico, como um fluido intrinsecamente presente nos diferentes corpos. A interpretação dada aos fenômenos físicos pelos cientistas dos séculos XVII e XVIII, que os atribuíam a forças que agiam a distância, reduziu o papel das manifestações energéticas a meras conseqüências de tais forças, observadas em forma de trabalho mecânico ou de calor.

O progresso no estudo do eletromagnetismo, ocorrido principalmente no século XIX, provocou uma primeira mudança a respeito dos conceitos de energia. A noção de campo, proposta por Michael Faraday, segundo a qual os movimentos de correntes elétricas, ou cargas, eram produzidos não por forças, e sim por perturbações e curvaturas energéticas do espaço, fez renascer a idéia de fluido de energia. Mais uma vez, as trocas energéticas se convertiam, aos olhos da ciência, em responsáveis pelos fenômenos físicos, muito embora localizadas no espaço, independentemente dos corpos que o povoassem.

A crescente abstração dos postulados científicos atingiu um ponto crítico com a aparição das teorias quânticas, no início do século XX. Segundo elas, do ponto de vista atômico as trocas de energia são produzidas pelos movimentos dos elétrons ou cargas elétricas elementares entre os distintos níveis da estrutura do átomo, de modo que tais movimentos provocam uma absorção ou emissão de energia, quantificada e múltipla da chamada constante de Planck. Os quanta associados a esses saltos eletrônicos recebem o nome de fótons e constituem a unidade elementar da energia. A emissão de fótons produz uma onda eletromagnética que, de acordo com a energia associada, constitui a radiação luminosa, os raios X, gama, infravermelhos etc.

Não obstante, a adoção desses conceitos quânticos não exclui o emprego de interpretações e unidades macroscópicas de energia. Assim, para a solução de problemas físicos tradicionais utilizam-se indistintamente duas unidades, o joule e a caloria.

A unidade internacional de energia é o joule (J), equivalente ao trabalho realizado por uma força de um newton que desloca seu ponto de aplicação em um metro. (O newton é a unidade de força que imprimiria à massa de um quilograma a aceleração de um metro por segundo ao quadrado) Por outro lado a caloria se definiu, inicialmente, como unidade de calor e representa a quantidade necessária de energia desse tipo necessária para elevar a temperatura de um grama de água de 14,5o C a 15,5o C em pressão atmosférica normal. O equivalente matemático de uma caloria é 4,18 joules. Outras unidades energéticas, como o cavalo-vapor e o kilowatt/hora, são múltiplos dessas unidades.

Equilíbrio dos sistemas físicos

Os problemas físicos macroscópicos podem ser sempre analisados segundo um princípio geral e simples: um corpo ou um conjunto de partículas evolui, sempre que não esteja submetido a perturbações externas, para seu estado de energia mínima, que, uma vez alcançado, tende a se conservar. Esse princípio, de certa forma aparentado com a lei da inércia de Galileu e Newton, resume com relativa exatidão o comportamento dos sistemas físicos.

A termodinâmica, por meio da disciplina associada conhecida como física estatística, estabeleceu uma importante relação entre energia e ordem. As sucessivas transformações de certas formas de energia em outras são retardadas quando a distribuição dos átomos e moléculas dentro dos materiais em questão não é uniforme. Dessa forma, a desordem origina perdas energéticas, traduzidas em calor ou em maior desordem, que são medidas por uma interessante grandeza física conhecida por entropia. Os princípios da termodinâmica postulam que em todo processo isolado produz-se indefectivelmente um aumento de entropia, isto é, de desordem e de energia não reconversível. Em conseqüência, apontam, a longo prazo, para um esgotamento térmico do universo, em decorrência da contínua degradação de sua energia.

Propagação da energia. São dois os processos de comunicação de energia entre corpos ou sistemas distintos. A colisão entre objetos se faz de acordo com o princípio da conservação da energia e do momento cinético (isto é, do produto da massa pela velocidade). Assim, o saldo energético de uma colisão é nulo, motivo pelo qual a troca de energia ocorrida no processo é facilmente detectável, se não considerarmos as possíveis perdas, por atrito, em forma de calor.

A troca de energia a distância se produz em conseqüência das ondas eletromagnéticas, que viajam no espaço à velocidade da luz. Tais ondas, constituídas por fótons, atuam sobre as partículas do meio e dos corpos e se enfraquecem ao longo de sua trajetória. De acordo com as considerações microscópicas da mecânica quântica, pode-se dizer que esse é o único método de transmissão de energia entre os corpos, mesmo quando, no caso de colisões, o mecanismo pareça ser diferente. A física microscópica argumenta que na realidade tais colisões não chegam a ocorrer no átomo, razão pela qual não deixam de ser também interações eletromagnéticas.

Equivalência massa-energia.

As audaciosas hipóteses aventadas na primeira metade do século XX por Einstein -- que defendia a idéia de uma relatividade total dos fenômenos físicos, até então considerados imutáveis -- e corroboradas em parte por experimentos posteriores, incluíam um ponto de vista revolucionário sobre o conceito de energia.

Segundo Einstein, existe uma clara correspondência entre as massas e as energias envolvidas nos processos físicos. Einstein expressou essa relação em uma fórmula matemática, que se tornaria um ícone da física contemporânea: E = mc2.
De acordo com essa equação, a massa consumida em um processo e a energia nele disponível, para velocidades máximas dos corpos e das partículas concernentes, são proporcionais entre si, e a constante dessa proporcionalidade é dada pelo quadrado da velocidade da luz.

As reações nucleares, nas quais se alcançam velocidades próximas à da luz, mesmo que não sejam superiores a ela (por axioma, a velocidade da luz é insuperável), comprovaram as previsões de Einstein no tocante à transformação de massa em energia. O processo contrário, ou seja, a transformação de energia em matéria, prevista pelos cálculos relativísticos, constitui um dos grandes desafios da física contemporânea.

Fontes de energia

Existe uma grande variedade de processos capazes de gerar energia em alguma de suas formas. No entanto, as fontes clássicas de energia utilizadas pela indústria têm sido de origem térmica, química ou elétrica, que são intercambiáveis e podem ser transformadas em energia mecânica.

A energia térmica ou calorífica origina-se da combustão de diversos materiais, e pode converter-se em mecânica por meio de uma série de conhecidos mecanismos: as máquinas a vapor e os motores de combustão interna tiram partido do choque de moléculas gasosas, submetidas a altas temperaturas, para impulsionar êmbolos, pistões e cilindros; as turbinas a gás utilizam uma mistura de ar comprimido e combustível para mover suas pás; e os motores a reação se baseiam na emissão violenta de gases. O primeiro combustível, a madeira, foi substituído ao longo das sucessivas inovações industriais pelo carvão, pelos derivados de petróleo e pelo gás natural.

Pode-se aproveitar a energia gerada por certas reações químicas, em conseqüência de interações moleculares. À parte as reações de combustão, classificáveis entre as fontes térmicas, e nas quais substâncias se queimam ao entrar em contato com o oxigênio, a energia presente em certos processos de soluções ácidas e básicas ou de sais pode ser captada em forma de corrente elétrica -- fundamento das pilhas e acumuladores. Dá-se também o processo inverso.

A energia elétrica é produzida principalmente pela transformação de outras formas de energia, como a hidráulica, a térmica e a nuclear. O movimento da água ou a pressão do vapor acionam turbinas que fazem girar o rotor de dínamos ou alternadores para produzir corrente elétrica. Esse tipo de energia apresenta como principais vantagens seu fácil transporte e o baixo custo, e talvez seja a forma mais difundida no uso cotidiano. Os motores elétricos são os principais dispositivos de conversão dessa energia em sua manifestação mecânica.

As crises de energia ocorridas na segunda metade do século XX suscitaram a busca de novas fontes. Registraram-se duas tendências, aparentemente opostas: os projetos e invenções destinados a dominar os processos de reação nuclear e os sistemas de aproveitamento de energias naturais não poluentes, como a hidráulica, a solar, a eólica e a geotérmica. Como resultado dessas pesquisas obteve-se um maior índice de aproveitamento dos recursos terrestres e marítimos em determinadas regiões do globo.

A energia hidráulica, utilizada desde a antiguidade, oferece amplas possibilidades em rios e mares. As quedas d"água e a enorme força das marés constituem exemplos claros do potencial dessas fontes. No entanto, embora as represas e reservatórios representem meios para armazenar água e energia, facilmente transformável em corrente elétrica, ainda não foram encontrados meios eficazes para o aproveitamento das marés, devido à complexidade de seu mecanismo.

Ao longo da história, os moinhos e os barcos a vela tiraram amplo proveito de um dos tipos primários de energia, a eólica, ou produzida pelo vento. Essa manifestação energética, diretamente cinética por ser provocada pelo movimento do ar, apresenta baixo nível de rendimento e sua utilização é insegura e pouco uniforme, ainda que de baixo custo.

A energia solar representa o modelo mais característico de fonte renovável. Apesar de ser praticamente inesgotável, por provir diretamente da radiação solar, seu aproveitamento ainda não alcança rendimentos equiparáveis a outras fontes. A captação dessa energia tem como principal finalidade a produção de energia calorífica, sobretudo para calefação doméstica. Alguns dispositivos, como as células fotoelétricas, permitem transformar a energia solar em elétrica.

As fontes térmicas naturais e as forças terrestres, como terremotos e vulcões, constituem formas de energia de difícil aproveitamento, e a pesquisa científica para utilização de tais fenômenos na indústria ainda está em fase inicial.

A pesquisa sobre energia nuclear, cercada por intensa polêmica, devido ao perigo de sua utilização militar e ao risco de poluição e radiação, atingiu substancial progresso na segunda metade do século XX. Fenômeno natural na formação do universo, a reação nuclear, devido à magnitude das energias liberadas no curso do processo, pode ser altamente nociva para o organismo humano, exigindo rigorosos sistemas de segurança. Existem dois métodos de obtenção de energia nuclear: a fissão ou ruptura de átomos pesados e a fusão de elementos leves, que se transformam em átomos mais complexos. A enorme quantidade de energia resultante desse processo deve-se à transformação de massa em energia, como previu Einstein em sua teoria da relatividade.

Nas usinas nucleares, a energia é produzida por um dispositivo denominado reator ou pilha atômica, assim chamado porque os recipientes de urânio e, às vezes, de tório, são empilhados dentro de um receptáculo de outro material, geralmente o carbono. A fissão atômica produz calor, que pode mover uma turbina e gerar eletricidade. A grande vantagem da energia elétrica assim produzida reside na pequena quantidade de matéria físsil necessária à produção de uma considerável quantidade de calor: com meio quilograma de urânio, por exemplo, uma pilha atômica pode produzir tanto calor quanto a queima de dez toneladas de carvão.

Fonte: biomania.com

Energia

Tudo que existe no universo é alguma forma de energia, ela está presente nas estrelas, no espaço e em todos os planetas.

O Sol é uma estrela que fornece energia para nós em forma de luz e calor, fazendo com que parte dessa energia vá para os alimentos, e quando os seres vivos comem os alimentos, recebem uma parcela dessa energia para alimentar os seus corpos.

Nós seres humanos necessitamos de energia para sobrevivermos, e estamos o tempo todo trocando energia com o meio ambiente no nosso dia-a-dia, seja fornecendo a energia de nossos corpos, ou seja, recebendo energia dos outros seres vivos ou de outras fontes de energia, como o fogo, a eletricidade, o vento e muitas outras.

Na nossa casa, na escola, no trabalho, no cinema, no parque de diversões, no shopping center, em todos os lugares que vivemos ou vamos fazer alguma coisa, estamos sempre utilizando energia, vejamos:

Para cozinhar os alimentos que comemos precisamos do fogo que é uma fonte de energia, sem contar que os alimentos também são uma fonte de energia;

Para conservar os alimentos por mais tempo usamos a geladeira e o freezer que utilizam energia elétrica para funcionar;

Quando assistimos à televisão, ou ouvimos música, ou tomamos banho, utilizamos a energia elétrica para que os aparelhos funcionem;

Na escola, no trabalho e em nossas diversões, também sempre estamos contando com aparelhos que de alguma forma precisam de energia elétrica ou uma outra fonte de energia para funcionarem.

Podemos então acreditar que a energia é muito importante para a nossa sobrevivência e conforto, por isso antes de termos um conceito exato do que seja energia, é muito mais importante sabermos da sua existência e de sua necessidade para a nossa vida.

Os físicos gostam de definir a energia como sendo “a capacidade de se realizar trabalho”, ou “energia não se cria, se transforma”, entre outras definições e conceitos, mas na verdade a energia é algo tão complexo que muitos ainda acreditam que não se tem uma definição que consiga dizer exatamente tudo o que ela verdadeiramente deva ser, portanto acreditamos que as atuais e as novas gerações, com toda a informação e conhecimento que o mundo oferece nos dias de hoje, e estará oferecendo nos próximos anos, fará com que se chegue a uma definição e um conceito, que diga com muito mais clareza o que é a energia.

Tão importante quanto à definição do que seja energia, é o fato de termos consciência de que a energia existe em grande quantidade no universo e que ela não aumenta nem diminui, mas passa por inúmeras transformações, sendo uma hora energia de um tipo e outra hora de outro, e nós seres humanos, que com a nossa inteligência, conseguimos transformá-las de acordo com as nossas necessidades e interesses, temos a responsabilidade de cuidar para que ela não seja desperdiçada e mal utilizada.

Fonte: www.edpbr.com.br

Energia

Alimentos e a Energia

Energia

Sabemos muito bem que nosso organismo necessita de energia para a realização de inúmeras tarefas: andar de bicicleta ou a pé, fazer a digestão de alimentos, fazer o coração bater etc.

É comum ouvirmos dizer que nosso organismo "queima gordura", "queima açúcar".

No organismo dos seres vivos ocorrem inúmeras reações de combustão. Elas são responsáveis pelas transformações químicas dos constituintes dos alimentos em substâncias necessárias aos vários processos responsáveis pela manutenção da vida.

A queima da glicose (um açúcar) é um dos principais meios de fornecimento de energia para o nosso organismo. Diferentemente de uma reação de queima feita no laboratório, a queima da glicose no organismo ocorre em uma seqüência de cerca de 30 diferentes reações. A energia, então, é liberada em pequenas quantidades, mais adequadas ao aproveitamento pelo nosso corpo, do que se fosse liberada em uma única transformação, o que levaria à destruição das células.

Da mesma forma que os combustíveis fornecem diferentes quantidades de energia, os alimentos, por terem constituintes diferentes, ao serem queimados, também fornecem diferentes quantidades de energia.

Veja na tabela a seguir a composição de alguns alimentos e a energia que este fornece.

Veja também a quantidade média de energia que diferentes pessoas necessitam diariamente

Uma alimentação inadequada, que não é capaz de fornecer quantidade de energia suficiente, pode levar a um retardamento no desenvolvimento das crianças, à subnutrição e à desnutrição.

Segundo as Nações Unidas, um índice menor que 2400 calorias diárias (para a pessoa em idade adulta) pode resultar em desnutrição.

Combustão e Energia

Energia

Além de se valerem da luz e calor do sol, os homens, em seus primórdios, utilizavam também o fogo. Embora não soubessem provocar fogo, os homens talvez tenham aproveitado incêndios acidentais provocados por raios ou por lava incandescente de algum vulcão. Aprenderam inicialmente, a manter o fogo. Os "guardiões do fogo" vigiavam dia e noite esses incêndios acidentais, alimentando-os com gravetos, folhas, etc. Há 500 mil anos, o homem primitivo queimava madeira para conseguir luz e calor.

O domínio do fogo – saber fazer e usar controladamente o fogo proveniente da combustão (queima) – significou uma transformação profunda na vida dos homens. As transformações químicas que ocorrem no cozimento de alimentos, na produção de utensílios cerâmicos, de metais como ferro e ligas metálicas como bronze, só foram possíveis com a energia liberada nas combustões.

Até o ano 1200, a madeira era a principal fonte de energia, o combustível gerador de calor e luz. Mas, já no século XIV, com a invenção do alto forno, o carvão vegetal passou a ser mais utilizado devido a sua maior eficiência.

No século XVIII, James Watt construiu a primeira máquina a vapor e o carvão mineral passou a ser utilizado como combustível. Nas máquinas a vapor, utiliza-se combustível para aquecer água e assim, gerar vapor d'água, o qual movimenta a máquina.

Pode-se imaginar que o desenvolvimento industrial e o crescimento das cidades criavam a necessidade cada vez maior de energia e, consequentemente, de combustíveis que suprissem tal necessidade.

O petróleo já era conhecido desde a Idade Antiga, mas era pouco utilizado como combustível pois o homem não sabia como extraí-lo do solo. Por volta de 1860 o petróleo passou a ser explorado comercialmente, com a perfuração dos primeiros poços na Califórnia, Estados Unidos. A iluminação pública começou a ser feita com lampiões a petróleo, em substituição aos de óleo animal.

A iluminação elétrica só foi possível quando o homem aprendeu a produzir energia elétrica em larga escala. Durante o século XIX muitos estudos foram realizados visando a transformação da energia mecânica em elétrica. A invenção do gerador de eletricidade, isto é, um gerador que transforma energia de movimento (mecânica) em elétrica, e a invenção da turbina hidráulica, tornou possível obter-se energia elétrica em grande quantidade. O petróleo passou a ser queimado para produzir imensas quantidades de vapor d'água para movimentar turbinas hidráulicas.

Numa usina termelétrica, por exemplo, o vapor movimenta uma turbina, que, por sua vez, movimenta um gerador, ocorrendo a produção de energia elétrica.

As usinas termelétricas são responsáveis ainda hoje por cerca de 90% da energia elétrica fornecida a todo o mundo. No Brasil, as usinas termelétricas são responsáveis por cerca de 5% da energia elétrica gerada.

Nessas usinas são queimados derivados do petróleo, gás natural, carvão ou ainda bagaço de cana-de-açúcar.

Ao longo de sua história, o homem, utilizando o calor proveniente das reações de combustão para diversos fins percebeu que materiais diferentes quando queimados, fornecem diferentes quantidades de energia. Assim, substituiu a madeira pelo carvão vegetal, este pelo carvão mineral, e todos esses pelo petróleo.

Compare o poder calorífico de alguns combustíveis:

Mas, o que é uma reação de combustão? Que transformações ocorrem nos materiais fornecendo tanta energia?

Somente no século XVIII, com a descoberta do oxigênio, é que se começou a entender tais reações. Estudos feitos por Lavoisier (1743-1794) permitiram concluir que a combustão era na verdade uma reação com o oxigênio contido no ar atmosférico. Assim, o carvão, os óleos, o petróleo reagem com oxigênio, formando outros materiais e liberando energia. É necessário, entretanto, fornecer certa quantidade de energia para que as reações iniciem.

Quando são queimadas substâncias que contêm carbono (petróleo, óleos, carvão etc) ocorre a formação de dióxido de carbono (CO2), um dos gases responsáveis pelo aumento do efeito estufa

Combustão e a Energia

Energia

O ser humano necessita de energia para tudo que faz, desde impulsionar o sangue para todas as partes de seu corpo, até fazer com que uma lâmpada se acenda ou que um automóvel se locomova. Mas como obter tal energia? 

Para o funcionamento do corpo utilizamos a energia dos alimentos. Já para a obtenção de energia elétrica, mecânica, etc... existem várias fontes, dentre elas estão:

  • o biocombustível (álcool proveniente da cana de açúcar, ou diesel a base de óleo vegetal como de amendoim, soja, girassol, mamona, pequi, babaçu);
  • a gasolina, (obtida pela destilação fracionada do petróleo);
  • energia termoelétrica (obtida pela queima do carvão ou gás natural);
  • a energia eólica (resultado do movimento do vento);
  • a energia solar (aquece placas especiais que transformam essa energia em elétrica)
  • a energia hidroelétrica (uso da energia das quedas d'água para acionar geradores)
  • energia nuclear (baseada na fissão, ou seja, na divisão do átomo);
  • o biogás (metano, CH4), também conhecido como gás natural (produzido pela fermentação e decomposição da matéria orgânica por microorganismos).
  • A energia solar, eólica, hidroelétrica o biocombustíveis são chamadas de energias renováveis, pois os raios solares e ventos são produzidos constantemente, a água que é utilizada para mover uma turbina em uma hidroelétrica pode ser renovada pela chuva que enche novamente o reservatório, e a cana-de-açúcar utilizada para produzir álcool pode ser plantada novamente. Já o petróleo, o gás natural e o carvão, são produtos finitos provenientes de fósseis de vegetais e animais que habitaram a Terra alguns milhões de anos atrás. A produção de energia nuclear depende do urânio, que também é um recurso finito. Estas são chamadas de energias não renováveis.

    Energia

    Combustão completa e incompleta

    A combustão é uma reação de uma substância (combustível) com o oxigênio (O2) (comburente) presente na atmosfera, com liberação de energia.

    A liberação ou consumo de energia durante uma reação é conhecida como variação da entalpia (?H), isto é, a quantidade de energia dos produtos da reação (Hp) menos a quantidade de energia dos reagentes da reação (Hr):

    Energia

    Quando ?H > 0 isto significa que a energia do(s) produto(s) é maior que a energia do(s) reagentes(s) e a reação é endotérmica, ou seja, absorve calor do meio ambiente. Quando ?H < 0, isto significa que a energia do(s) reagente(s) é maior que a energia do(s) produto(s) e a reação é exotérmica, ou seja, libera calor para o meio ambiente, como no caso da combustão da gasolina, por exemplo.

    A combustão completa de qualquer combustível orgânico (que possui átomos de carbono) leva a formação de gás carbônico ou também chamado de dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). A respiração é um processo de combustão, de “queima de alimentos” que libera energia necessária para as atividades realizadas pelos organismos. É interessante notar que a reação inversa da respiração é a fotossíntese, que ocorre no cloroplasto das células vegetais, onde são necessários gás carbônico, água e energia (vinda da luz solar) para liberar oxigênio e produzir material orgânico (celulose) utilizado no crescimento do vegetal.

    combustão/respiração

    Energia

    fotosíntese

    A gasolina possui muitas impurezas contendo enxofre (S), e o diesel, ainda mais. Hoje no Brasil existe um grande investimento por parte da Petrobrás para diminuir a concentração de enxofre no diesel e assim torná-lo menos poluente. Portanto, combustíveis que tem enxofre, ao serem queimados produzem grandes quantidades de um gás bastante tóxico e corrosivo, responsável por acidificar a atmosfera, o dióxido de enxofre (SO2). Já o álcool é um combustível que não apresenta enxofre e portanto não produz o dióxido de enxofre.

    Energia

    A falta de oxigênio durante a combustão leva à chamada ‘combustão incompleta’ que produz monóxido de carbono (CO). Note que o CO tem um oxigênio a menos que o CO2, o que caracteriza a deficiência de oxigênio, ou a ineficiência da reação. Este gás é muito tóxico para o ser humano, pois este dificulta a função da hemoglobina, que é responsável pela renovação do oxigênio no nosso sangue. Pequenas concentrações de monóxido de carbono já provocam tonturas e dores de cabeça. Outro produto indesejável da combustão incompleta é a fuligem (C), que não tem oxigênio na sua constituição. A porção mais fina da fuligem pode impregnar nos pulmões e causar problemas respiratórios.

    As equações químicas abaixo ilustram a quantidade de calor (?H) liberada durante a combustão completa e incompleta do gás metano (CH4). Note como a quantidade de calor liberado é menor nos casos de combustão incompleta. Portanto, além da combustão incompleta gerar compostos nocivos à saúde humana, há também uma grande desvantagem econômica, pois com a mesma quantidade de combustível haverá menor quantidade de energia gerada! Veja as equações:

    Combustão completa do metano:

    Energia

    Combustão incompleta do metano:

    Energia

    É muito importante saber a quantidade de calor liberada pelos combustíveis para que seja possível comparar o valor energético de cada um deles. Na Tabela 1 são mostradas as entalpias de combustão (?Ho) para alguns combustíveis, isto é, a energia liberada na queima completa de um mol do combustível. O zero utilizado como índice superior indica que as condições iniciais dos reagentes e as finais dos produtos são 25o C e 1 atm, chamadas de condições padrão.

    Tabela 1: Entalpia de combustão padrão para vários combustíveis.

    Energia

    A combustão completa leva a produção de um gás indesejável, que é o dióxido de carbono, o maior responsável pelo chamado efeito estufa. Desta forma, o combustível menos poluente que se conhece é o hidrogênio, pois sua combustão gera apenas água:

    Energia

    Energia, Desenvolvimento e Problemas Ambientais

    É difícil para uma pessoa nascida nos últimos 50 anos, imaginar a vida sem energia.

    Como preparar alimentos sem fogão e conservá-los sem usar a geladeira? A lavagem de roupas é muito mais fácil e rápida usando-se máquinas de lavar, a limpeza da casa é mais bem feita com o uso do aspirador. E os meios de transporte, os carros, os ônibus, que tanto facilitam a vida do trabalhador? Podemos citar o cinema, a televisão, o rádio, diversões tão populares, e que só são possíveis devido ao conhecimento e domínio da energia.

    Como imaginar uma fábrica dependendo apenas do trabalho manual dos operários? Ou a abertura de uma estrada sem tratores ou máquinas de terraplanagem? Ou ainda a construção sem guindastes, as siderúrgicas sem fornos e as fazendas sem máquinas agrícolas?

    O homem moderno depende da energia elétrica e do combustível fóssil como o homem do século XIX dependia do cavalo e o homem primitivo dependia de seus próprios braços.

    Veja, no quadro a seguir, como o consumo de energia pelo homem foi aumentando e se modificando ao longo de sua história.

    A energia elétrica é produzida atualmente no mundo pela queima de petróleo (43%), de carvão e outros combustíveis sólidos (31%), de gás natural (21%), e reação nuclear e queda d'água (5%)7.

    No Brasil, atualmente, ao contrário do que acontece na maioria dos outros países do mundo, a maior fonte de energia são as hidrelétricas. O consumo de energia proveniente dessa fonte cresceu muito nas últimas décadas, com a construção de usinas gigantescas como a de Itaipu e Tucuruí.

    Em 1994, as usinas hidrelétricas produziam 91% da energia elétrica do país.

    (Fonte: IBGE, Anuário Estatístico do Brasil –1994)

    Para implantação das hidrelétricas, muitas vezes é necessário construir-se barragens, canais fluviais e outros recursos da engenharia hidráulica, que intensificam problemas ambientais como a destruição de matas galerias, desmoronamento das margens do rio, assoreamento do leito, poluição das águas etc.

    Na construção da Hidrelétrica de Tucuruí, por exemplo, o fechamento das comportas de sua barragem formou um imenso lago de 2430 km2, cobrindo a floresta, que entrou em processo de putrefação. Nesse processo é consumido o oxigênio dissolvido na água e ocorre a produção de gás sulfídrEnergia, desenvolvimentoi e Problemas Ambientaisico, que é tóxico para os peixes e outros organismos vivos.

    Em termos mundiais, a queima dos combustíveis fósseis é a fonte principal de energia elétrica, que são também empregados em muitos outros processos que requerem energia, como para movimentar carros, máquinas, aquecer caldeiras etc.

    No entanto, as fontes não renováveis de energia estão se esgotando e sua exploração excessiva está gerando desequilíbrios ambientais muito graves.

    A formação dos combustíveis fósseis deveu-se a processos que ocorreram na natureza em condições muito particulares num certo período da história da Terra que dificilmente voltariam a se repetir. Assim, esgotadas as reservas naturais, não há como regenerá-las. A busca de combustíveis alternativos é uma preocupação e necessidade do mundo atual.

    Os danos ambientais causados pela queima dos combustíveis são um sério problema hoje em dia. Ocorre, nesse processo, a formação de gás carbônico (CO2), de monóxido de carbono (CO), de fuligem (carvão) e ainda uma parte do combustível evapora para a atmosfera.

    Emissão de gás carbônico e aumento da temperatura da Terra. A linha de cima mostra a variação da emissão de gás carbônico (em ppm) e a linha de baixo mostra o aumento da Temperatura da Terra (em C). (referência 8)

    O excesso de gás carbônico na atmosfera está causando o agravamento do "efeito estufa", isto é, o aquecimento anormal do planeta.

    Uma elevação de dois ou três graus Celcius na temperatura média do nosso planeta não parece, à primeira vista, causar graves conseqüências. Mas, na verdade, os efeitos desse pequeno aquecimento podem ser catastróficos em alguns lugares do mundo. Muitos tipos de vegetação não suportariam esse aumento de temperatura e os períodos de chuva seriam alterados.

    Porém, efeitos de maiores proporções poderiam ser esperados como resultado do derretimento das geleiras que podem levar a submersão de várias cidades costeiras.

    O monóxido de carbono que pode se formar na combustão também é muito danoso à vida. Não só ao homem, como às plantas. O monóxido de carbono causa dores de cabeça, perda de visão, e se sua concentração for alta, pode levar à morte.

    Também, muitos tipos de petróleo contêm compostos de enxofre como impurezas, que reagem com oxigênio do ar, formando dióxido de enxofre (SO2). Esse gás ao interagir com o ar e a umidade, transforma-se em ácido sulfúrico. Assim, as chuvas em regiões de altas concentrações de SO2, tornam-se mais ácidas, causando a corrosão de metais, o desgaste de monumentos de mármore, de construções, e aumentando a acidez das águas doces, podendo causar a morte de espécies da vida aquática.

    O dióxido de enxofre pode causar ainda, problemas respiratórios. É também tóxico às plantas, inibindo a fotossíntese e causando, quando presente em altas quantidades, a destruição de folhas.

    Nas atmosferas das grandes cidades formam-se também os óxidos de nitrogênio. A alta temperatura, o nitrogênio presente no ar interage com oxigênio, formando-se os óxidos mencionados. As temperaturas alcançadas nas caldeiras industriais ou nos motores dos carros, são suficientemente altas para provocarem essa reação. Os óxidos de nitrogênio também causam o aumento de acidez das chuvas.

    As usinas nucleares também causam problemas ambientais. A fissão nuclear é acompanhada pela emissão de radiações como os raios-X. Os fragmentos formados no processo de fissão são altamente radioativos, chamados de "lixo atômico", sendo um problema sério pois são nocivos aos seres vivos.

    Com isso, existem ainda algumas dúvidas sobre o aproveitamento da energia do átomo, que foram acentuadas por acidentes ocorridos em grandes centrais nucleares. O acidente de Chernobyl, na ex-URSS, resultou em trinta e uma mortes num intervalo de três meses após o acidente, muitos internamentos, e remoção de mais de cem mil pessoas das áreas mais contaminadas.

    Problemas como risco de contaminação por compostos radioativos, o que fazer com o lixo atômico que se acumula, a fabricação de armas nucleares, são questões que devem ser levadas em conta quando se pensa em utilizar a energia atômica.

    Entretanto, na realidade, não existem fontes limpas de energia. Mesmo a energia solar é poluente.

    Não se pode comparar um reator nuclear como o de Angra, inicialmente projetado para produzir 600 MW (megawatts) de energia, com um painel solar que produz 2 kW (kilowatts) de energia. É preciso igualar a produção para fazer a comparação. A comparação justa seria entre um reator nuclear de 600 MW e 300.000 painéis solares, cada um produzindo 2 kW.

    A quantidade de materiais que precisam ser minerados, processados e fabricados até que se tenham os 300.000 painéis solares e mais as baterias para acumular a energia para os horários em que não há sol, é muito grande. Alguns desses materiais podem ser muito poluentes e perigosos, como o chumbo, o mercúrio e o cádmio das baterias, e no final das contas, quando se vai comparar o risco real das duas fontes pode-se chegar a conclusão de que não são muito diferentes.

    Todos esses fatores devem ser levados em conta quando se trata de avaliar a utilização da energia atômica como fonte de energia elétrica.

    Fotossíntese e a Energia

    Energia

    Como as plantas aproveitam a energia solar para se desenvolverem ?

    Pode-se dizer, de uma maneira simples, que as plantas absorvem uma parte da luz solar e a utilizam na produção de substâncias orgânicas, necessárias ao seu crescimento e manutenção.

    As plantas verdes possuem uma substância, a clorofila, capaz de absorver a radiação luminosa. A energia absorvida é usada para transformar o gás carbônico do ar (CO2) e a água (absorvida pelas raízes) em glicose (um açúcar), através de um processo chamado fotossíntese. O açúcar produzido é utilizado de várias maneiras. Através do processo conhecido por "respiração", a glicose sofre muitas transformações, nas quais ocorre liberação de energia, que o vegetal utiliza para diversas funções.

    Pode-se dizer que a energia solar fica "armazenada" nas plantas. Quando necessitam de energia, substâncias como a glicose se transformam, fornecendo a energia que a planta necessita.

    Os seres vivos que não são capazes de "armazenar" a energia luminosa dependem exclusivamente do uso de energia envolvida nas transformações químicas. De maneira geral, esses seres utilizam os compostos orgânicos fabricados pelos organismos que fazem fotossíntese, alimentando-se desses organismos.

    Dessa forma, as plantas estão na base da cadeia alimentar, pois delas dependem a sobrevivência dos animais herbívoros, que, por sua vez alimentam os animais carnívoros.

    São enormes as quantidades de energia que as plantas "armazenam" através da fotossíntese. Florestas tropicais, por exemplo, "armazenam" durante um ano, cerca de 8 mil quilocalorias por metro quadrado de floresta, ou seja 8 trilhões de quilocalorias por quilômetro quadrado (8.109 kcal/km2). Comparando com a capacidade de produção de energia de uma usina hidrelétrica como, por exemplo, a de Barra Bonita, no Rio Tietê, cuja capacidade é de cerca de 140 MW (megawatt), verifica-se que quantidade equivalente a essa seria armazenada por 1 km2 de floresta absorvendo energia luminosa por duas horas e meia.

    O Núcleo do Átomo e a Energia

    Embora a radioatividade estivesse presente no mundo desde o seu início (energia solar, brilho das estrelas), somente no século XX é que se compreendeu esse fenômeno e passou-se a utilizá-lo na geração de energia.

    Energia

    A propriedade que certos átomos possuem de emitir radiações foi conhecida no final do século XIX, com os trabalhos de Antoine Bequerel (1852-1908) com compostos de urânio (U). Marie e Pierre Currie descobriram e isolaram outros elementos com as mesmas propriedades radioativas, o rádio (Ra) e o polônio (Po).

    Embora o fenômeno fosse conhecido, os cientistas não conseguiam elaborar modelos que explicassem esses fatos.

    Rutherford, em 1909, baseado nos dados obtidos em suas experiências com átomos de ouro, propôs um modelo para o átomo constituído de um núcleo, que continha a maior parte da massa do átomo e apresentava carga positiva, e os elétrons distribuídos fora desse núcleo. Somente em 1932, é que o nêutron, partícula constituinte do núcleo, foi evidenciado por James Chadwick.

    A radioatividade podia agora ser explicada. Os núcleos de alguns elementos emitem partículas, transformando-se em outros elementos. Nessas transformações ocorre liberação de energia.

    Energia

    Com esses conhecimentos, os cientistas passaram a investigar em que condições elementos que não apresentavam radioatividade natural poderiam também apresentar reações nucleares.

    Assim, em 1938, Otto Hahn e Fritz Strassmann, cientistas alemães, descobriram que um átomo de urânio quando bombardeado com neutrons se divide em dois outros átomos de massas menores, emitindo outros neutrons e uma quantidade apreciável de energia. Reações desse tipo são chamadas de fissão nuclear.

    Como ocorre a formação de neutrons na reação de fissão do urânio, pareceu possível que esses neutrons produzidos pudessem interagir com outros átomos de urânio, gerando uma reação em cadeia.

    Em 1942, Enrico Fermi conseguiu produzir um processo em que inicialmente a fissão do urânio era provocada, mas o número de fissões sucessivas (reação em cadeia) que se seguiam naturalmente era controlado pela quantidade de neutrons disponível. Nesse processo foram produzidos alguns quilowatts de energia.

    Em 1951 foi possível gerar energia elétrica a partir de reações nucleares.

    A energia liberada nas fissões, tal como nas usinas termelétricas, é usada para aquecer água e produzir vapor, o qual movimenta uma turbina que está acoplada a um gerador para produzir energia elétrica.

    Nas usinas nucleares, as reações de fissão em cadeia têm de ser controladas para que a energia liberada nessas transformações não seja excessiva e possa ser utilizada na geração de energia elétrica. O controle é feito empregando-se os assim chamados "venenos", que são materiais que contêm elementos como Boro e Cádmio, que absorvem parte dos neutrons liberados nas fissões, mantendo-os em quantidade adequada. A temperatura do reator também tem de ser controlada, havendo, para tal, um sistema de refrigeração.

    Atualmente, existem cerca de 450 usinas nucleares em funcionamento no mundo, gerando aproximadamente 17% da energia produzida.

    O Brasil possui duas usinas nucleares em Angra dos Reis (RJ), Angra I e Angra II. Somente Angra I está funcionando, e em 1998 essa usina produziu 3.265 GW (gigawatts) de energia (dado da Eletronuclear).

    Perspectivas do Consumo de Energia

    O consumo de energia de um país está relacionado até certo ponto, ao seu grau de desenvolvimento. Países pobres ou em desenvolvimento, consomem pouca energia e, segundo alguns estudiosos do assunto, para melhorar o nível de vida da população seria necessário aumentar esse consumo. Por outro lado, alguns países considerados desenvolvidos consomem muito mais que outros também desenvolvidos, sugerindo que há desperdícios.

    A sociedade atual, com seu modo de vida, acostumada a mecanização intensa e parte dela, ao excesso de conforto, não se dá conta do consumo de energia excessivo necessário para manter suas exigências.

    É necessário que se pesquisem novas fontes de energia, pouco dispendiosas, pouco poluentes e mais eficientes. É necessário também que as pessoas se conscientizem da gravidade dos problemas e que contribuam de alguma forma na solução desses problemas.

    Assim, cada um de nós pode dar sua contribuição, por exemplo, questionando e mudando alguns de seus próprios hábitos diários: tomando atitudes simples, como não deixar lâmpadas acesas desnecessariamente, tomar um banho mais rápido, usar menos o carro e mais o transporte coletivo, e mesmo ir a pé a lugares próximos, ter o carro sempre regulado, reciclar materiais, comprar aparelhos eletrodomésticos que consomem menos energia etc. Ainda, como cidadãos, membros de uma sociedade, devemos refletir também sobre as políticas energéticas de nosso país, as leis de proteção ambiental, os recursos gastos em pesquisas sobre fontes de energia alternativas etc.

    Para resumir, pode-se dizer que possíveis soluções para o problema energético dependem de, pelo menos, três fatores:

    • a conscientização das necessidades reais de energia;

    • o desenvolvimento de técnicas e equipamentos de menor consumo;

    • e o uso de fontes de energia renovável eficientes e não poluentes.

    As transformações químicas exerceram e podem exercer ainda papel fundamental nesse cenário. Espera-se que novas pesquisas e novos hábitos resultem em um fornecimento sustentado de energia para que o nosso planeta continue sendo um lugar agradável de se viver.

    Pilhas, Baterias e Energia

    Você já pensou em como uma pilha produz energia suficiente para acender uma lanterna ou fazer funcionar um rádio? E por que uma pilha "acaba" (deixa de funcionar)?

    Nas pilhas e baterias, estão ocorrendo transformações químicas que produzem energia elétrica, em quantidade muito inferior à produzida nas usinas de geração de eletricidade.

    Embora o homem conhecesse a eletricidade desde a Grécia antiga, seu aproveitamento e o conhecimento de sua natureza só começou a surgir a partir do fim do século XVIII. Nessa época, a eletricidade era produzida por fricção (eletricidade estática), não se conhecia ainda a corrente elétrica, tal como chamamos hoje.

    Energia

    Foi Alessandro Volta (1745-1827) quem inventou a bateria elétrica, baseado em estudos feitos por Luigi Galvani (1737-1798), professor de anatomia da Universidade de Bolonha, Itália. Numa de suas experiências, Galvani pendurou uma rã pelas pernas utilizando ganchos de cobre, presos a um suporte de ferro. Devido à brisa, as pernas da rã balançavam e Galvani notou que, quando tocavam o suporte de ferro, elas se contraíam. Ele atribuiu as contrações a uma corrente elétrica produzida pela própria rã.

    Volta tinha dúvidas quanto a essa explicação. Sua idéia era a de que a corrente elétrica poderia estar sendo produzida pelo contato entre os líquidos biológicos da rã e dois metais diferentes. Assim começou a investigar essa possibilidade.

    O dispositivo criado por Volta consistia em um pilha de discos de zinco intercalados com discos de prata e separados por papel umedecido com solução de ácido. Com uma pilha de 60 discos, uma pessoa poderia sentir um choque elétrico quando tocava as duas extremidades da pilha. Pela primeira vez, se constatava a produção espontânea de eletricidade (sem fricção). Volta, porém, não associou a produção de corrente elétrica com a ocorrência de transformação química. Foi Hamphry Davy (1778-1829) que, ao estudar os experimentos de Volta, sugeriu que a eletricidade poderia resultar de uma transformação química.

    Durante o século XIX, muitos aprimoramentos na pilha de Volta foram feitos. Por exemplo, a pilha seca foi desenvolvida.

    A produção comercial de baterias e pilhas se iniciou no século seguinte.

    Como funcionam as pilhas?

    As pilhas que utilizamos hoje têm o mesmo princípio de funcionamento da pilha construída por Volta.

    A parte mais externa (capa) da pilha consiste de zinco, e é freqüentemente recoberta com papelão ou plástico para evitar vazamento. No interior da pilha, em vez de outro metal como Volta utilizava, há um bastão de carbono (grafite). O recipiente é cheio de uma pasta úmida, constituída por alguns sais e óxido de manganês (no lugar da solução de ácido diluído). A placa de zinco e o óxido de manganês presente na pasta úmida interagem, na presença dos sais e do carbono, gerando corrente elétrica.

    À medida em que a pilha vai sendo utilizada, as quantidades das substâncias que reagem vão diminuindo, a produção de energia elétrica vai ficando menor, ocorrendo, então o desgaste da pilha.

    À medida em que a pilha vai sendo utilizada, as quantidades das substâncias que reagem vão diminuindo, a produção de energia elétrica vai ficando menor, ocorrendo, então o desgaste da pilha.

    As baterias são sistemas compostos por associação de pilhas, fornecendo, portanto, mais energia.

    Uma bateria que talvez você conheça bem é a de automóveis. Embora hoje em dia existam vários tipos, a mais comum é a de "ácido-chumbo", formada por seis pilhas elétricas, gerando no total, 12 V (2 V por pilha).

    Bateria ácido-chumbo

    Energia

    Durante o funcionamento da bateria acumulam-se depósitos de um composto chamado sulfato de chumbo, formando uma película entre as placas. A produção de energia elétrica decresce (a bateria descarrega) e a solução de ácido sulfúrico fica mais diluída.

    Existe um aparelho chamado "densímetro" que indica quando a bateria está descarregada, através da medida da densidade da solução de ácido sulfúrico.

    A bateria de ácido-chumbo pode ser recarregada passando por ela uma corrente elétrica contínua em direção oposta a da corrente que a bateria fornece. Isso força o processo inverso, ou seja, a decomposição do sulfato de chumbo depositado nas placas.

    Após o carregamento, a bateria volta a produzir corrente.

    Problemas ambientais relacionados ao descarte de pilhas e baterias

    As pilhas são compostas por metais pesados, tais como mercúrio, chumbo, cobre, níquel, zinco, cádmio e lítio. Esses metais são perigosos para o ambiente e a saúde humana.

    Depois de descartadas, as pilhas vão se decompondo, podendo seus componentes infiltrar-se no solo e atingir os lençóis de água subterrânea, entrando assim, no ecossistema dos rios e dos mares, sendo incorporados na cadeia alimentar, aumentando a sua concentração nos seres vivos.

    Outra forma de contaminação é a inalação ou o simples contato com as substâncias tóxicas.

    Como exemplos, são citados o chumbo, que causa disfunção renal e anemia; o mercúrio, que gera estomatites e problemas renais, além de lesões cerebrais e neurológicas; o zinco, que provoca doenças pulmonares; e o manganês, que afeta o sistema imunológico.

    No Brasil, não há nenhum método desenvolvido para a reciclagem das pilhas, somente sistemas de coletas e armazenamento em blocos de concreto fechados.

    O Sol e a Energia

    Energia

    Até o ser humano dominar o fogo, a utilização direta da luz e do calor do sol foi provavelmente sua principal fonte de energia.

    E como o sol produz tanta energia?

    Anaxágoras (500 a.C. – 428 a.C.) pensava que o sol era uma enorme rocha incandescente, aproximadamente do tamanho da Grécia. Mais tarde, outros homens tiveram outras idéias, mas nenhuma explicava os fatos observados com relação ao Sol.

    Em meados do século XX, os cientistas já sabiam que a Terra tem cerca de 4,5 bilhões de anos e, portanto, o Sol já deve estar queimando há, pelo menos, o mesmo tempo. Nenhum outro combustível conhecido poderia durar todo esse tempo.

    Hoje sabe-se que cerca de 82% do volume do Sol é constituído por átomos de hidrogênio (H) e 18% de átomos de hélio (He). A cada segundo, o sol transforma 4,7 milhões de toneladas de sua massa em energia, através de uma cadeia de reações chamadas de fusão nuclear.

    FUSÃO NUCLEAR

    Fusão nuclear é um processo em que pequenos núcleos atômicos unem-se para formar um núcleo maior.

    1 átomo de H possui 1 próton.

    1 átomo de He possui 2 prótons e 2 neutrons.

    As radiações eletromagnéticas são ondas como as ondas de luz, rádio, televisão e raios X.

    Equação simplificada da fotossíntese:

    1MW = 106W

    1W = 1J/s ou 0,24cal/s

    Joule e caloria são unidades de energia e Watt é uma unidade de potência elétrica.

    Carvão vegetal: o que se obtém pela carbonização de madeiras.

    Carvão mineral: mistura complexa de compostos ricos em carbono, que ocorre na crosta terrestre, resultante de uma fossilização da madeira soterrada.

    Petróleo é um material oleoso, menos denso que a água e constituído pela mistura de milhares de compostos orgânicos. Apresenta-se sob a forma líquida, com consistência semelhante a das graxas, e cuja cor varia do negro ao âmbar, de acordo com a origem. É encontrado em depósitos no subsolo, em profundidades variáveis

    Turbina Hidráulica é um dispositivo constituído por várias pás, que se movimentam por ação da força da água proveniente de uma queda d’água.

    Combustão da gasolina (isooctano):

    Nessa combustão são liberados 5110 kJ de energia.

    O princípio de funcionamento das hidrelétricas é bem simples: aproveitando-se um desnivelamento do curso do rio, utiliza-se a força da água em movimento para acionar turbinas. Geradores ligados a essas turbinas transformam a energia de movimento da água em energia elétrica.
    É possível criar "cachoeiras artificiais" construindo-se uma barragem no ponto de maior desnível do rio. Com isso, garante-se um suprimento constante de água com força suficiente para gerar muita energia.

    Raios-X são radiações eletromagnéticas com alto poder de penetração. Os raios-X são utilizados na análise do corpo humano, na chamada radiografia, onde os raios-X produzem uma sombra do órgão do corpo radiografado numa chapa, semelhante a uma chapa fotográfica.

    De forma simplificada, nessa reação ocorre a interação entre átomos de hidrogênio, formando átomos de hélio e liberando uma enorme quantidade de energia, na forma de radiações eletromagnéticas, as quais são responsáveis pelas altíssimas temperaturas ali reinantes e pela energia radiante que se espalha em todas as direções do espaço cósmico.

    Só uma parte minúscula dessa energia chega à Terra – cerca de uma bilionésima parte – mas é o suficiente para garantir a sobrevivência do planeta.

    Devido à interação da radiação solar com a atmosfera terrestre, a temperatura da superfície da Terra é apropriada às diferentes formas de vida existentes. A radiação solar também é imprescindível para o desenvolvimento dos vegetais.

    Fonte: www.eciencia.usp.br

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