Energia - · PDF file- Energia e tipos fundamentais de energia. Energia interna - Transferências de energia Física e química A - 10.º ano de escolaridade Energia

Energia Ciências Físico-Químicas | 8º ano de escolaridade

Ano letivo 2013/2014 | Docente: Marília Silva Soares 1

- Energia e tipos fundamentais de energia. Energia interna

- Transferências de energia

Física e química A - 10.º ano de escolaridade Energia

Física e Química A | 10.º

ano de escolaridade2Docente: Marília S. Soares

Conteúdos

Objetivo geral: Compreender em que condições um sistema pode ser representado pelo seu centro de massa e

que a sua energia como um todo resulta do seu movimento (energia cinética) e da interação com outros

sistemas (energia potencial); interpretar as transferências de energia como trabalho em sistemas mecânicos, os

conceitos de força conservativa e de força não conservativa e a relação entre trabalho e variações de energia,

reconhecendo situações em que há conservação de energia mecânica.

Energia – Fontes e Formas de energia



Competências

• Indicar que um sistema físico (sistema) é o corpo ou o conjunto de corpos em estudo.

• Associar a energia cinética ao movimento de um corpo e a energia potencial (gravítica, elétrica, elástica) a

interações desse corpo com outros corpos.

• Aplicar o conceito de energia cinética na resolução de problemas envolvendo corpos que apenas têm movimento de

translação.

• Associar a energia interna de um sistema às energias cinética e potencial das suas partículas.

• Identificar um sistema mecânico como aquele em que as variações de energia interna não são tidas em conta.

• Indicar que o estudo de um sistema mecânico que possua apenas movimento de translação pode ser reduzido ao

de uma única partícula com a massa do sistema, identificando-a com o centro de massa.

• Identificar trabalho como uma medida da energia transferida entre sistemas por ação de forças e calcular o trabalho

realizado por uma força constante em movimentos retilíneos, qualquer que seja a direção dessa força, indicando

quando é máximo.

• Enunciar e aplicar o Teorema da Energia Cinética.

• Definir forças conservativas e forças não conservativas, identificando o peso como uma força conservativa.

• Aplicar o conceito de energia potencial gravítica ao sistema em interação corpo + Terra, a partir de um valor

• para o nível de referência.

• Relacionar o trabalho realizado pelo peso com a variação da energia potencial gravítica e aplicar esta relação na

resolução de problemas.

• Definir e aplicar o conceito de energia mecânica.

ENERGIA – CONCEITO


ano de escolaridadeDocente: Marília S. Soares 4






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:

O carvão é uma energia

poluente.

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 de um sistema pode ser medida ou calculada.

A energia é uma grandeza escalar que se exprime, no SI, em joule (J)

As unidades práticas de energia são a caloria (cal) e o quilowatt-hora

(KW.h).

Utiliza-se como múltiplo da caloria a quilocaloria (Kcal)

JKW.h

JkW.h

W.h J

63,6x10 1

000 600 3 1

11

KJKcal

J c

4,18 1

18,4al1






Manifestações de energia

A energia manifesta-se de diferentes maneiras, e toma diferentes designações de

acordo com os efeitos que produz:

Energia radiante Energia eléctricaEnergia mecânica

/motora




Manifestações de energia (cont.)

Energia Química Energia SonoraEnergia Térmica




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

O Sol é a nossa fonte de energia!




Fontes de energia (cont.)

As fontes de energia podem classificar-se como:

Primárias Secundárias

Encontram-se na

natureza e podem ser

utilizadas diretamente.

Obtêm-se a partir de outras

fontes de energia por ação

humana.

Renováveis Não renováveis

Gasóleo

Petróleo refinado

Gasolina

Gás butano

Gás propano

Eletricidade






Fontes de energia (cont.)

As fontes de energia primárias 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

Primárias

São as que se renovam continuamente sendo

inesgotáveis. Contribuem para a

sustentabilidade do planeta

São as aquelas cujas reservas se esgotam,

uma vez que o seu processo de formação é

muito lento, quando comparado com o seu

consumo; são recursos limitados




Fontes de energia Primárias

(cont.)

R

e

n

o

v

á

v

e

i

s




Fontes de energia Primárias(cont.)

N

ã

o

r

e

n

o

v

á

v

e

i

s

Combustíveis FosseisFORMAS DE ENERGIA E ENERGIAINTERNA



Física e química A - 10.º ano de escolaridade





Sistema, vizinhança e fronteira

Formas de energia e energia interna

•Um sistema é uma parte do Universo que se pretende estudar. Um sistema pode ser classificado

como aberto, fechado ou isolado, tendo em conta se ocorrem trocas de energia e matéria com o

exterior.

•A Vizinhança é o resto do Universo que rodeia o sistema.

•A fronteira é a linha que separa o sistema do universo

vizinhança

Sistema

Fronteira




Formas de energia

Todos os sistemas possuem 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.

Existem várias formas de energia potencial:

• Energia potencial gravítica (Epg);

• Energia potencial elástica (Epe);

•Energia potencial elétrica (Ep.elet.)

• Energia potencial magnética (Epm);

• Energia potencial química (Epq).

A soma da energia cinética (Ec) com a energia

potencial (Ep) constitui a energia total do sistema

– a energia mecânica (Em) :

Em= EC + Ep




Formas de energia

Energia cinética (Ec)

Se dois corpos tiverem a mesma massa, o

que tiver maior velocidade é o que tem

maior energia cinética

Se dois corpos tiverem massas diferentes, e se

deslocarem à mesma velocidade, tem maior

energia cinética o que tiver maior massa.

2

2

1vmEc

Quanto maior for a massa (em kg) ou a velocidade (em m/s) de um

corpo, maior é a energia cinética (em J) que ele possui

BA cc

BABA

EE

vvmm

,

BA cc

BABA

EE

vvmm

,




Formas de energia

Energia cinética (Ec)

Exemplo:

1. Considera duas bolas, de massas iguais (5 kg) e com velocidades de 10 m/s e 7 m/s,

respetivamente.

Qual a bola com maior energia cinética?

2. Considera duas bolas diferentes que se deslocam à mesma velocidade.

Qual a bola que tem maior energia cinética?

2

2

1vmEc

BA cc

BABA

EE

vvmm

,

BA cc

BABA

EE

vvmm

,






Formas de energia

Energia potencial gravítica (Epg)

A energia potencial gravítica resulta da interação dos

corpos com a Terra; depende da massa (m) do corpo e da

distância (h) a que ele se encontra da terra.

gmhE pg

Tendo duas bolas de massas diferentes, à

mesma altura, a de maior massa tem maior

energia potencial gravítica.

Tendo duas bolas de massas iguais, a bola a

maior altura tem maior energia potencial

do que a bola a menor altura.

BA pgpg

BABA

EE

hhmm

,

BA pgpg

BABA

EE

hhmm

,




Formas de energia

Energia potencial gravítica (Epg)

Exemplo

1. Considera dois corpos de massas diferentes, 3 kg e 7 kg respetivamente, mas à mesma altura

do solo (8 m). Qual o corpo que tem maior energia potencial gravítica?

2. Considera dois corpos de massas iguais (6 kg) e a alturas diferentes de 3 e 8 m, respetivamente.

Qual o corpo que tem maior energia potencial gravítica?

gmhE pg

BA pgpg

BABA

EE

hhmm

,

BA pgpg

BABA

EE

hhmm

,




Energia interna

Para estudar a energia total de um sistema tem de se contabilizar uma energia que tem em conta a

estrutura do sistema que é constituído microscopicamente por muitas partículas e que é uma

propriedade do sistema - Energia interna.

Para a energia interna contribuem duas formas básicas de energia:

• a energia potencial interna – que resulta das várias interações entre as partículas que

constituem o sistema a nível microscópico;

• a energia cinética interna – associada ao movimento dessas mesmas partículas.




Energia interna

Um aumento de cada uma dessas parcelas (massa e temperatura) contribui para o aumento da energia

interna do sistema.

Energia total (Etotal) de um sistema corresponde à soma da energia mecânica, macroscópica, com a

energia interna, microscópica:

Etotal = Em + Ei






Energia interna

Energia interna de um sistema

resulta

Da energia cinética das partículas do sistema

Da energia potencial associada às interações entre essas partículas

depende

Da agitação corpuscular das partículas e,

portanto, da temperatura do sistema

Do número de partículas do sistema (quanto

maior for a quantidade de matéria no sistema,

maior será a sua energia interna.

SISTEMA MECÂNICOMODELO DA PARTÍCULA MATERIAL



Física e química A - 10.º ano de escolaridade



Sistema Mecânico e Modelo do centro de massa

Energia – Transferências e transformação de energia

Quando se consideram sistemas em que as variações de energia interna não são tidas em conta e

apenas se consideram alterações na energia mecânica estes sistemas são considerados por

sistemas mecânicos.

Estudar o movimento de um sistema mecânico

implica estudar movimento de todas as

partículas que o constituem

Considera-se o sistema como uma

única partícula onde se encontra toda

a massa.

Centro de massa: ponto que representa um sistema e a que se associa a massa desse sistema.

Consideram-se aplicadas nesse ponto todas as forças que atuam sobre o sistema.

Quando um sistema é representado pelo centro de massa – o chamado modelo do centro de

massa (ou modelo da partícula material) – diz-se que o sistema foi reduzido a uma partícula



Sistema Mecânico e Modelo do centro de massa

Energia – Transferências e transformação de energia

Modelo do centro de massa aplica-se:

• a sistemas mecânicos constituídos por sólidos indeformáveis em movimentos de translação.

• quando não se tem em conta variações de energia interna do sistema.

Em qualquer sistema mecânico, o centro de massa move-se como um ponto isolado de massa total

do sistema no qual atua uma força igual à soma vetorial de todas as forças exteriores aplicadas.

Limitações:

• Ignora variações de energia interna;

• Não permite o estudo dos movimentos de rotação (nem das deformações do sistema).

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