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

Energia

- Fontes e formas de energia

- Transferências de energia

Ciências Físico-químicas - 7º ano de escolaridade

Ano Letivo 2011/2012 2

Energia

Ciências Físico-Químicas | 7º ano de escolaridade

Conteúdos

1. Fontes e formas de energia

• Conceito de energia

• Manifestações de energia;

• Fontes de energia

• Formas de energia ( energia cinética e energia potencial)

2. Transferências e transformação de energia

• Transferências de energia

• Transferências de energia cinética e potencial

• Conservação e dissipação de energia

o Potência, rendimento e conservação de energia

• A energia transferida como calor

o Condução, conveção e radiação.


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.




O conceito de energia (cont.)

Outras situações do dia-a-dia em que é utilizada a palavra energia.

“Os jogadores estão cheios de energia!”

“A Constança está recuperando energias!”

“Estou muito cansado, estou sem energia!”

Nestas situações associa-se energia a saúde ou actividade.





Diariamente, ouves e lês frases como:

A água é uma energia limpa.

O carvão é uma energia poluente.

Poupe energia.

Estes cereais dão

muita energia.

Faltou a energia eléctrica.

É necessário resolver o problema energético.

Nestas frases. A palavra energia é utilizada como sinónimo de fonte de energia.





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.




Manifestações de energia

A energia manifesta-se de diferentes maneiras, e toma diferentes designações de acordo com os efeitos que produz:

Energia radiante

Energia eléctrica




Manifestações de energia (cont.)

Energia mecânica /motora

Energia Química




Manifestações de energia(cont.)

Energia Sonora

Energia Térmica

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Fontes de energia

A fonte de energia é um sistema que fornece energia a outros sistemas com os quais interage.

Podemos classificar a energia quanto às suas manifestações, e também como às suas fontes.

ENERGIAENERGIA

ENERGIA

O Sol é a nossa fonte de energia!

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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

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Renováveis

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Não renováveis

Combustíveis Fosseis

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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.

Quanto maior for a massa e a velocidade do um corpo, maior é a energia cinética que ele possui

2

2

1vmE c

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.

gmhE pg

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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 fonte diminui e a do receptor aumenta.

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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.

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Rede Eléctrica

Aquecedor Meio

ambiente

Alimentos Corpo

humanoActividades

diárias

Meio ambiente

Automóvel Combustível

ENERGIA ELÉCTRICA

ENERGIA TÉRMICA

ENERGIAQUÍMICA

ENERGIA MOTORA

ENERGIA QUÍMICA

ENERGIA TÉRMICA

ENERGIA MOTORA

ENERGIA SONORA

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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.

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Conservação e dissipação de energia

É uma grandeza física que relaciona a energia transferida (E) por um sistema com o

tempo durante (t) o qual ocorre a transferência.

Potência de um aparelho (P)

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

t

EP

tempo

energiapotência

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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 (simbolo kW h), e

é mais usada em termos práticos, como nos contadores

domésticos.

tPE

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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.

Energia útil e energia dissipada

Todos os aparelhos transformam energia que recebem e transferem-na para outros

sistemas

Energia fornecida (Ef)

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Energia útil (Eu)

Energia dissipada (Ed)

Energia fornecida (Ef)

ENERGIA LUMINOSAENERGIA SONORA

ENERGIA TÉRMICA

= +

ENERGIA ELÉCTRICA

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ENERGIA ÚTIL

ENERGIA DISSIPADA

ENERGIA FORNECIDA

A eficácia de um aparelho está relacionada com a capacidade de converter a energia

que recebe em energia útil RENDIMENTO DO APARELHO!!

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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.

% )(rendimento 100f

u

forncedida

útil

E

E η

E

E

•É uma grandeza física sem unidades;

• representa-se pela letra grega eta ();

• exprime-se, normalmente em percentagem.

0% 100 %

0 1

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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.

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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.

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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.

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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

15273

15273

,)(º)(

,)()(º

CTKT

KTCT

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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.

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Como se explicam estas situações?

Estas situações acontecem porque houve uma transferência de energia

FONTE(Chávena de

chá)

RECETOR(cone de gelado)

RECETOR(meio ambiente)

FONTE(meio ambiente)

ENERGIA

ENERGIA

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Quando termina a transferência de energia?

O equilíbrio térmico é 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.

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Corpo a temperatura

mais alta

Corpo a temperatura mais baixa

CALOR (energia a transferir-se)

Há três processos através dos quais se processa a transferência de energia

como calor: a condução, a convecção e a radiação.

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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.

Materiais bons condutores de calor

Materiais maus condutores de calor

Metais (alumínio, cobre, ferro)

SílicaGrafite

VidroPlástico

BorrachaLã

Cortiça

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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 baixa

Maus condutores de calor

Condutividade térmica elevada

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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.

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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.

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Radiação

Um corpo que absorve bem também um bom emissor de radiação

Corpo que se

encontra a maior

temperatura emite

mais energia por

radiação

O corpo negro

irradia mais energia

do que o branco

O corpo rugoso

também emite

mais energia do

que o de

superfície polida

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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

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Radiação

O ISOLAMENTO TÉRMICO DAS CASAS

Telhado 25%

Portas 15%

Paredes 35%

Janelas 25%

Chão 15%

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Radiação


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.

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Radiação


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.

É importante reduzir todas estas “perdas de energia”. Para isso, devemos escolher criteriosamente

os materiais que melhor isolam as habitações.

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