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IFSP – PTB
Técnico em Logística Integrado ao Ensino Médio
Material de apoio1º bimestre (06/02 a 12/04)
Física – 1ª sé[email protected]
Prof. Renato Puglieserenatopugliese.wordpress.com
Atualizado: 17 de Março de 2017
Aulas 1 e 2 (10/02): Apresentação
1. Acolhimento da turma na sala de Ciências da Natureza (Sala B08)
2. Apresentação dos professores e especificidades das disciplinas
Renato Pugliese (Física)Reinaldo Caraça (Física)Ivan Mozol (Biologia)Ana Paula Conceição (Química)
3. Avaliação diagnóstica
4. Roteiro do bimestre (Física - Logística)
Aulas 1 e 2 (10/02): ApresentaçãoAcolhimento / Apresentação dos professores e disciplinas / Avaliação diagnóstica
Aulas 3 e 4 (17/02): O mundo da Energia Energia e suas fontes / Energia na história (textos extras)
Aulas 5 e 6 (24/02): Questões energéticas atuaisSustentabilidade / Exercícios / Efeito Estufa e Aquecimento global (textos extras)
Aulas 7 e 8 (03/03): Calor e energiaCalor e suas trocas / Energia solar / Ciclo da água e do carbono (textos extras) / Trabalho de pesquisa
Aulas 9 e 10 (10/03): Calor e energiaEnergia mecânica e térmica / SI
Aulas 11 e 12 (17/03): Energia: SI e PrefixosConversão de unidades / SI / Prefixos / Exercícios
Aulas 13 e 14 (24/03): Energia: conservação e dissipação Conservação e Dissipação de Energia Mecânica e Térmica
Aulas 15 e 16 (31/03): Energia: consumo << em construçãoTrabalho / Potência / Consumo / Exercícios
Aulas 17 e 18 (07/04): Avaliação individual << em construção
5. Forma de Avaliação
Avaliação bimestral: NB = 0,3.E + 0,3.P + 0,4.A
NB: nota do bimestreE: nota relativa aos exercícios entregues (de 0 a 10)P: nota da pesquisa realizada e entregue (de 0 a 10)A: nota da avaliação bimestral integrada (de 0 a 10)
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Aulas 3 e 4 (17/02): O mundo da Energia
Energia e suas fontes1
Você já notou que precisamos de energia para tudo oque fazemos? Para cozinhar, para iluminar ruas e casas à noite,para fazer funcionar os eletrodomésticos e ainda para circularde ônibus, de carro ou de metrô.
É a energia que nos permite fazer coisas do dia a dia,como respirar, ir para a escola, encontrar os amigos. A energia éutilizada também para produzir tudo o que compramos nossupermercados, nas lojas, na padaria etc.
Mas, nos últimos anos, com o crescimento dapopulação e com a mudança de hábitos de consumo,precisamos de quantidades cada vez maiores de energia. Sãocada vez mais carros, mais indústrias, mais lojas, mais casas eapartamentos. Tudo isso gera impactos no meio ambiente.
Então? Vamos conhecer um pouco mais sobre asenergias, de onde elas vêm e como utilizá-las de maneiraconsciente?
As fontes primárias de energia são aquelas que estãona natureza, como o sol, a água (dos rios e dos mares), osventos, a madeira, o gás natural, o carvão mineral, o petróleo.
As fontes secundárias de energia são aquelas quesurgem depois que as primárias são transformadas, como agasolina, o diesel, a energia elétrica.
As fontes primárias de energia podem ser divididas emdois grupos:
Renováveis São aquelas que, como o próprio nome diz, se
renovam. Significa que elas não acabam, porque estarão sempreali, sendo geradas de novo, de acordo com o ciclo da natureza.Exemplos: o sol, os ventos, a matéria orgânica, o calor da Terra,os rios e correntes de água doce, os mares e oceanos.
Não renováveis São aquelas que com o uso ao longo do tempo se
esgotam. Isso porque, apesar de serem criadas pela Natureza,demoram muitos e muitos anos para se formar. Como nosúltimos anos nós – a humanidade – temos consumido a energiadessas fontes em altíssima velocidade e quantidade, a Naturezanão tem o tempo necessário para repor o que foi usado.Exemplos: carvão mineral, petróleo, gás natural.
Conheceremos a seguir os tipos de energia disponíveisno planeta.
HidráulicaA energia hidráulica (ou hídrica) é a energia coletada
da força das águas, tanto dos rios quanto dos mares. Essa é a energia mais utilizada no Brasil, devido à
grande quantidade de rios que temos no nosso país. A água dosrios se move o tempo todo. Esse movimento representa umgrande potencial energético, que aumenta quando a água érepresada. Numa usina hidrelétrica, existem turbinas que sãoinstaladas nas quedas d’água e geradores elétricos queproduzem eletricidade com a força das águas.
1. Texto retirado e adaptado de Concurso Cultural Energias do Mundo 2014 – Arte, Educação, Consumo e Meio Ambiente. Ministério da Cultura, Governo Federal do Brasil, 2014. Disponível em http://www.energiasdomundo.com.br/educativo/downloads/ , acessado em 20/01/2017.
Essa fonte de energia é renovável, mas gera algunsimpactos ambientais a serem considerados. É que as usinashidrelétricas mudam o curso dos rios com a construção derepresas e, com isso, alteram o ambiente natural.
SolarA energia solar, é fácil deduzir, é aquela que vem do
sol. Esta é primeira e principal energia que deu origem à vidana Terra. Com a energia do sol, é possível gerar energia elétrica,esquentar a água do banho e muito mais. É ainda poucoutilizada no mundo, pois sua instalação inicial tem custoelevado.
É uma fonte limpa e renovável e não causa grandesimpactos ambientais para ser produzida. As placas solares sãoos sistemas utilizados para captar a radiação solar e transformá-la para gerar calor ou eletricidade.
EólicaÉ a energia gerada a partir do vento. Grandes hélices
(como aquelas dos helicópteros) são instaladas em áreasabertas, com boa incidência de ventos.
O movimento dessas hélices gera eletricidade. Parautilizar a energia eólica, é preciso que a região tenha ventosconstantes e fortes o suficiente. O vento é uma fonte de energialimpa e inesgotável, porém, ainda pouco utilizada pelo homem.
GeotérmicaA energia geotérmica vem do calor da Terra e existe
desde que o nosso planeta foi criado. No centro da Terra, existemuito calor com temperaturas elevadas.
Em algumas das camadas mais fundas da crosta daTerra, a temperatura pode atingir 5.000°C. O ser humanodescobriu formas de capturar essa energia e transformá-la emeletricidade. Mas, apesar de suas vantagens, a energia geotérmica ainda épouco utilizada no planeta.
BiomassaAntes de tudo, precisamos saber o que é biomassa.
Chamamos de biomassa (ou massa biológica) a matéria orgânica, de origem animal ou vegetal, quepode ser utilizada na produção de energia: madeira, lenha, cana-de-açúcar, milho, esterco,restos de alimentos e outros elementos.
A decomposição de algumas dessas matérias geragases, que são processados em usinas especiais para produzirenergia. A biomassa é considerada um recurso renovável e debaixo custo. No Brasil, o uso da biomassa ganhou destaque,principalmente nos últimos anos.
Entre as matérias orgânicas mais usadas para gerarenergia de biomassa, em nosso país, está a lenha. A biomassatambém é muito usada como combustível. O principal deles é oálcool de cana-de-açúcar, que usamos para abastecer carros.
NuclearVocê já ouviu falar de urânio? É o nome de um
elemento químico encontrado na natureza. A fissão (divisão) donúcleo do átomo de urânio libera energia em forma de calor. Oprocesso de geração permite a obtenção de grande quantidade
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de energia num espaço muito pequeno. Entretanto, a produção de energia nuclear gera
resíduos chamados de “lixo atômico”, extremamente nocivos aomeio ambiente. Além disso, o uso desta energia para fabricarbombas atômicas causou grande polêmica a partir da SegundaGuerra Mundial (1939-1945). Desde então, o desarmamento nuclear ganhou amplo destaque na agenda dospaíses de todo o mundo, desestimulando o uso desta energia.
FóssilA energia fóssil é aquela formada pelo acúmulo, de
materiais orgânicos no subsolo durante milhões de anos. Opetróleo é uma energia fóssil. A gasolina, o diesel e vários
outros produtos que usamos todos os dias vêm do petróleo. Ogás natural e o carvão mineral são também fontes de energiafóssil.
As fontes de energia fóssil representam mais dametade da energia utilizada hoje no mundo. Sabemos que o usodo petróleo e do carvão mineral em larga escala provocapoluição do ar e contribui para o aquecimento global, pois aqueima de combustíveis libera grandes quantidades de gáscarbônico na atmosfera. No caso do gás natural, o nível depoluentes é bem menor.
O petróleo e o gás natural são energias não renováveis.
Energia na história2
2. Texto retirado e adaptado de Concurso Cultural Energias do Mundo 2014 – Arte, Educação, Consumo e Meio Ambiente. Ministério da Cultura, Governo Federal do Brasil, 2014. Disponível em http://www.energiasdomundo.com.br/educativo/downloads/ , acessado em 20/01/2017.
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Exercícios3
3 Adaptados de Kantor et. al. Física – Coleção Quanta. Ensino Médio, 1ª
1. Observe a figura abaixo e responda as questões.
a) Em sua opinião, o que teria levado os seres humanos a inventar a jangada?b) Qual a vantagem de se colocar uma vela em uma jangada?c) De onde vem a energia utilizada para obter essa vantagem?d) A energia citada acima, anteriormente, veio de onde?
2. Observe a ilustração e responda as questões.
a) Em sua opinião, o que ela representa?b) Você acrescentaria outros meios de transporte aos representados na figura? Quais? Explique por quê.c) Que formas de energia possibilitam o movimento dos meios de transporte representados? Quais usam combustíveis?
3. Escolha a alternativa que melhor descreve a sequência de transformações energéticas relacionadas ao uso de um chuveiro conectado a uma rede elétrica abastecida por uma usina termelétrica.a) energia química → energia térmica → energia mecânica → energia elétrica → energia térmica.b) energia nuclear → energia mecânica → energia térmica → energia mecânica → energia elétrica → energia térmica.c) energia eólica → energia química → energia mecânica → energia elétrica → energia mecânica → energia térmica.d) energia nuclear → energia térmica → energia mecânica → energia elétrica → energia mecânica→ energia térmica.e) energia térmica → energia química → energia elétrica → energia mecânica→ energia térmica.
4. Estudar simulação de transformações de energia com o Applet (simulador) Formas de Energia e Transformações na página da turma no blog http://renatopugliese.wordpress.com.
série. Ed. Pearson, 2013.
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Aulas 5 e 6 (24/02): Questões energéticas atuais
Sustentabilidade
Os dois textos abaixo discutem a questão da sustentabilidade na ótica da produção, do investimento e do consumo de diferentes formas de energias atualmente.
Texto 14
8 países onde a energia limpa avança a passos largosCláudia Guadagnin - Gazeta do Povo – 21/06/2016
No ano passado, os investimentos em fontesrenováveis cresceram em ritmo recorde em todo o mundo. Emtorno de 147 gigawatts (GW) de potência provenientes,principalmente das fontes eólica e fotovoltaica, foramacrescentados à matriz energética mundial.
Em 2015, pela primeira vez, os países emergentessuperaram os desenvolvidas em investimentos eme energiasrenováveis, com aportes de US$ 156,3 bilhões no setor. Oíndice foi 19% maior que o de 2014 e a China foi a grandecampeã. Globalmente, US$ 286 bilhões foram dedicados àstecnologias limpa, seis vezes mais do que o montante investidoem 2004.
Alguns países se destacam pelo uso que já fazemdessas tecnologias, com recordes de produção e consumo.Conheça oito bons exemplos:
1 – ChinaFoi a grande responsável pelo “boom” dos
emergentes. Os US$ 102,9 bilhões aportados noano passado representaram mais de um terço do
total global. Em 2015, também, o país asiático bateu outros doisrecordes mundiais: em um ano, instalou 30,5 gigawatts deenergia eólica e 16,5 gigawatts de solar.
No setor eólico, por exemplo, a capacidade do país éde 145,1 gigawatts. Para efeito de comparação, no Brasil,apesar de a nação ser a quarta do mundo onde essa fonte maiscresce – ficando atrás apenas da China, Estados Unidos eAlemanha – a capacidade está em 8,7 gigawatts. Na área solar,a China ultrapassou a Alemanha, com 38,24 gigawatts, e hojesoma 43 gigawatts de capacidade. Por lá, até painéisfotovoltaicos que funcionam a partir da chuva já estão sendocriados.
2 – PortugalEm maio, por pouco mais de quatro dias – ou
107 horas consecutivas – o país atendeu a demandaenergética de seus 10,4 milhões de habitantes com
energia proveniente, exclusivamente, de fontes solar, eólica ehídrica. A maior parte (58%) veio dos ventos. Hoje, Portugalconta com cinco gigawatts de potência eólica instalada. Em trêsanos, a capacidade de geração a partir do vento cresceu 500megawatts.
3 – AlemanhaNo mesmo mês em que as renováveis
4 Disponível em:http://www.gazetadopovo.com.br/economia/energia-e-sustentabilidade/8-
paises-onde-a-energia-limpa-avanca-a-passos-largos-7ywq9jz055r2bh174cd36mfnw , acessado em 09/02/2017.
garantiram a Portugal independência energética, a Alemanhabateu recorde em produção de eletricidade a partir de fonteslimpas. Às 13h do dia 8 de maio, fontes solar, eólica, hídrica ede biomassa geraram 55 gigawatts, garantindo 87% doabastecimento nacional.
Com o acúmulo da potência, os preços da eletricidadechegaram a zerar, reduzindo expressivamente a conta doconsumidor. Até pouco tempo, a média de produção energéticapor fontes renováveis ficava em torno de 33%. Investimentosem novas conexões entre usinas produtoras e redes detransmissão contribuíram com a elevação desse percentual. Até2050, a Alemanha espera ser 100% renovável.
4 – UruguaiEm apenas 15 anos, o Uruguai deixou de
depender do petróleo, que já forneceu 27% daenergia consumida pelo país. Desde queautoridades locais passaram a valorizar a indústria
limpa, usinas solares, eólicas, hídricas e de biomassa passarama fornecer a maior porção elétrica nacional. No início destemês, 98% de toda a energia do país foram provenientes defontes limpas. A nova condição não só reduzsignificativamente as emissões de CO2 à atmosfera, como
garante vantagens financeiras à nação, que passou a economizarao deixar de comprar petróleo estrangeiro. Até o ano que vem,o Uruguai espera cortar as emissões de carbono em 88%.
5 – ChileO crescimento da energia solar no Chile tem
sido tão grande que, em algumas regiões do país, aeletricidade chegou a preço zero aos consumidorespor 113 dias. Apesar de vantajoso à população, o
cenário tem gerado prejuízos aos investidores das companhiasde energia elétrica, que vêm perdendo dinheiro. O problematem sido causado por falhas das redes de transmissão. Oschilenos contam hoje com duas grandes redes que ficamdistantes entre si e não se conectam. Desse modo, a porçãoproduzida acaba sendo consumida localmente, impedindo acomercialização do excedente. Até 2017, entretanto, duas linhasde transmissão de quase quatro mil quilômetros devem ficarprontas e contribuir para a redução dos prejuízos.
Outro fato curioso é que, a partir de 2018, 60% daenergia utilizada pelo metrô de Santiago será fornecida porfontes solares ou eólicas. A novidade deve reduzir em 130 miltoneladas as emissões de CO2. O volume é um pouco menor
que as 159 mil toneladas produzidas pela estrutura no anopassado.
6 – NoruegaA Noruega reúne a maior quantidade de
carros elétricos per capita do mundo. Hoje, 24% dafrota nacional são movidos à energia e os planos
locais são audaciosos: até 2025, a nação pretende acabar com
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os veículos movidos a combustíveis fósseis. Em 2015, foramalteradas as regras do Fundo de Pensão do Governo Norueguês.Desde 1990, ele recebe receitas provenientes do setor depetróleo, posteriormente investidas em mercados de ações,imobiliário e de renda fixa internacional.
Com a alteração, as quantias acumuladas pararam deser enviadas a empresas com partes significativas de seus ativosna exploração e queima de carvão. Quase oito bilhões de eurosdeixaram de ir para 122 companhias de diferentes partes doglobo. Com a medida, o país sinaliza a investidores que osrecursos devem estar, cada vez mais, nas fontes limpas.
7 – EscóciaAinda este ano, deve entrar em operação, no
litoral Escócia, a maior usina de energia movidapela força das marés. Serão 269 turbinas instaladas
no fundo do mar em Ness of Quoys. Com potencial de 400megawatts, a MeyGen terá capacidade para atender a demanda
energética de 175 mil residências. A expectativa é de que a construção seja finalizada em
2020, mas, ainda em 2016, 60 turbinas podem começar aoperar. A iniciativa, financiada pelo Reino Unido, é parte de umprograma de energias renováveis que prevê que até 2050 osbritânicos possam produzir 190 gigawatts de energia limpa.
8 – ÁustriaA Áustria já produz 75% de toda sua energia a
partir de fontes renováveis. Na Baixa Áustria, maiorestado do país, desde novembro do ano passado,
100% do abastecimento já ocorre por meio de tecnologiaslimpas. Os esforços para atingimento começaram em 2002,quando 2,8 bilhões de euros foram investidos na construção deusinas eólicas, solar e de biomassa e na reforma de estaçãohidrelétricas sobre o rio Danúbio. A população, de 1,65 milhõesde habitantes, passou a contar com 36 mil novos empregos nosetor. A expectativa é chegar em 50 mil até 2030.
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Texto 25: Conheça os países líderes emsustentabilidade energética Martim Vicente – Green Me – 09/03/2016
Recentemente, foi liberado um levantamento6 queapresentou os 10 países que mais produzem energia de baserenovável. Contudo, os dados do U.S. Energy InformationAdministration, detêm uma particularidade: permitem uma“leitura dupla”. Achou estranho? Bem, acompanhemos,primeiro, o “top 10 da produção de energia limpa”.
São eles:1. China;2. EUA;3. Brasil;4. Canadá;5. Rússia;6. Índia;7. Alemanha;8. Noruega;9. Japão;10. Espanha.
Sim, os dois primeiro lugares – e o terceiro, semdúvidas - são surpreendentes para todos. Mas antes que vocêache que China, ou os Estados Unidos são pioneiros emgeração de energia limpa, lembre-se que esse posicionamentose refere ao total de energia renovável produzida, ou seja, issosignifica que, em escala global, esses são os países queproduzem mais energia limpa, em termos absolutos.
A face verdadeiramente sustentávelAgora, vamos ao que nos interessa: vamos analisar os
dados em termos relativos, ou seja, ponderando o quantitativode energia limpa em relação ao total de consumo da populaçãolocal, para observar, de fato, quais os mais sustentáveisenergeticamente. E aí, a coisa muda totalmente de figura.Vejamos – em bilhões de kilowatts:
• China – Produz 801, mas consome 4208; • EUA – Produz 527 e consome 3883;
5 Disponível em https://www.greenme.com.br/informar-se/energia-renovavel/565-conheca-os-paises-lideres-em-sustentabilidade-energetica , acessado em 09/02/2017.
6 http://www.eia.gov/beta/international/data/browser/#/?pa=000000000000000000000000000001&c=ruvvvvvfvtvnvv1urvvvvfvvvvvvfvvvou20evvvvvvvvvnvvuvo&ct=0&tl_id=2-A&vs=INTL.29-12-AFG-BKWH.A&ord=SA&vo=0&v=H&start=1980&end=2014
• Brasil – Produz 459 e consome 479; • Canadá – Produz 392 e consome 552; • Rússia – Produz 167 e consome 869; • Índia – Produz 160 e consome 758; • Alemanha – Produz 126 e consome 538; • Noruega – Produz 121 e consome 111; • Japão – Produz 116 e consome 983; • Espanha – Produz 81 e consome 244.
Desse modo, podemos chegar à conclusão de que aChina e a América são de fato os líderes em produção deenergia de fonte renovável, mas que esse montante não cheganem perto de suprir a demanda de suas populações internas. AChina apenas gera 19% do total do consumo energético e osEUA, 13%.
Os verdadeiros vencedores da energia sustentávelApenas um país da lista produz 100% do que consome,
de fonte energética renovável: a Noruega, medalha de ouro!O caso de nosso país é bastante importante, já que a
fonte hidroelétrica – que, apesar de polêmica, é renovável –gera 96% de seu consumo, medalha de prata! e o Canadá ficariacom a medalha de bronze, ao produzir 72% do total dedemanda energética.
Exercício de leitura e interpretação (para entrega)
1. Leia os textos acima e responda as seguintes questões:a) Identifique qual é o principal assunto de cada texto.b) Por qual motivo a lista de países do texto 1 é diferente dalista do texto 2?c) Na sua opinião, para tratar do assunto de energiasrenováveis, existe um texto mais adequado? Ou ambos sãoimportantes?d) Por que alguns países aparecem nas duas listas?e) Onde você identifica a física nesses textos?
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Aquecimento global
Na sequência temos dois textos (uma música e um texto) que tratam do tema desta seção.
Texto 1:Música: Esquecimento Global7
Banda: ½ dúzia de 3 ou 4Álbum: O fim está prósperoAno: 2012
Eu não tenho culpa, reciclo desde que eu nasciNão causei o efeito estufa mas eu moro aqui
CO2... Na porcentagem idealCO2... Pro esquecimento globalReagan, Bush, Clinton, Bush, Bush?, ObamaCO2...
Vamos construir usinas, confundir o climaPoluir Pandora e procurar a minaDesde que já nos paguem
Vamos despejar dejetos, ruminar projetosPendurar a conta e parir protestosNa Copa (na várzea) em CopenhagueVamos deixar pra depois
CO2... Na porcentagem idealCO2... Pro esquecimento globalReagan, Bush, Clinton, Bush, Bush?, ObamaCO2...
Vamos aumentar o PIB, reduzir o trampoProduzir às pressas e espremer o tempoDo homo nada sapiens
Vamos conquistar o hexa e perder o prumoProcriar a esmo e parecer adultosAntes que tudo acabeBicho papão vem depois
CO2... Na porcentagem idealCO2... Pro esquecimento globalReagan, Bush, Clinton, Bush, Bush?, ObamaCO2...
De que adianta o bolso cheio sem camada de ozônioSe o vizinho olhar feio vamos enriquecer plutônioMas como não tem acordo, isso é só mais um engodoSe a fumaça não tem dono é melhor deixar pra ONU
Texto 28:Efeito Estufa e Aquecimento Global Ministério do Meio Ambiente, Governo Federal
O efeito estufa é um fenômeno natural e possibilita a vida humana na Terra.Parte da energia solar que chega ao planeta é refletida diretamente de volta ao espaço, ao atingir o topo da atmosfera
terrestre - e parte é absorvida pelos oceanos e pela superfície da Terra, promovendo o seu aquecimento. Uma parcela desse calor éirradiada de volta ao espaço, mas é bloqueada pela presença de gases de efeito estufa que, apesar de deixarem passar a energiavinda do Sol (emitida em comprimentos de onda menores), são opacos à radiação terrestre, emitida em maiores comprimentos deonda. Essa diferença nos comprimentos de onda se deve às diferenças nas temperaturas do Sol e da superfície terrestre.
De fato, é a presença desses gases na atmosfera o que torna a Terra habitável, pois, caso não existissem naturalmente, atemperatura média do planeta seria muito baixa, da ordem de 18ºC negativos. A troca de energia entre a superfície e a atmosferamantém as atuais condições, que proporcionam uma temperatura média global, próxima à superfície, de 14ºC.
Quando existe um balanço entre a energia solar incidente e a energia refletida na forma de calor pela superfície terrestre, oclima se mantém praticamente inalterado. Entretanto, o balanço de energia pode ser alterado de várias formas: (1) pela mudança naquantidade de energia que chega à superfície terrestre; (2) pela mudança na órbita da Terra ou do próprio Sol; (3) pela mudança naquantidade de energia que chega à superfície terrestre e é refletida de volta ao espaço, devido à presença de nuvens ou de partículasna atmosfera (também chamadas de aerossóis, que resultam de queimadas, por exemplo); e, finalmente, (4) graças à alteração naquantidade de energia de maiores comprimentos de onda refletida de volta ao espaço, devido a mudanças na concentração de gasesde efeito estufa na atmosfera.
Essas mudanças na concentração de gases de efeito estufa na atmosfera estão ocorrendo em função do aumentoinsustentável das emissões antrópicas desses gases.
As emissões de gases de efeito estufa ocorrem praticamente em todas as atividades humanas e setores da economia: naagricultura, por meio da preparação da terra para plantio e aplicação de fertilizantes; na pecuária, por meio do tratamento de dejetosanimais e pela fermentação entérica do gado; no transporte, pelo uso de combustíveis fósseis, como gasolina e gás natural; notratamento dos resíduos sólidos, pela forma como o lixo é tratado e disposto; nas florestas, pelo desmatamento e degradação deflorestas; e nas indústrias, pelos processos de produção, como cimento, alumínio, ferro e aço, por exemplo.
7 A música pode ser ouvida e o vídeo clipe pode ser visto em http://www.meiaduziade3ou4.com/2012/esquecimento-global.html .8 Disponível em http://www.mma.gov.br/informma/item/195-efeito-estufa-e-aquecimento-global , acessado em 15/02/2017.
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Gases de efeito estufaHá quatro principais gases de efeito estufa (GEE), além de duas famílias de gases, regulados pelo Protocolo de Quioto:- O dióxido de carbono (CO2) é o mais abundante dos GEE, sendo emitido como resultado de inúmeras atividades
humanas como, por exemplo, por meio do uso de combustíveis fósseis (petróleo, carvão e gás natural) e também com a mudançano uso da terra. A quantidade de dióxido de carbono na atmosfera aumentou 35% desde a era industrial, e este aumento deve-se aatividades humanas, principalmente pela queima de combustíveis fósseis e remoção de florestas. O CO2 é utilizado como
referência para classificar o poder de aquecimento global dos demais gases de efeito estufa;- O gás metano (CH4) é produzido pela decomposição da matéria orgânica, sendo encontrado geralmente em aterros
sanitários, lixões e reservatórios de hidrelétricas (em maior ou menor grau, dependendo do uso da terra anterior à construção doreservatório) e também pela criação de gado e cultivo de arroz. Com poder de aquecimento global 21 vezes maior que o dióxido decarbono;
- O óxido nitroso (N2O) cujas emissões resultam, entre outros, do tratamento de dejetos animais, do uso de fertilizantes, da
queima de combustíveis fósseis e de alguns processos industriais, possui um poder de aquecimento global 310 vezes maior que oCO2;
- O hexafluoreto de enxofre (SF6) é utilizado principalmente como isolante térmico e condutor de calor; gás com o maior
poder de aquecimento, é 23.900 vezes mais ativo no efeito estufa do que o CO2;
- O hidrofluorcarbonos (HFCs), utilizados como substitutos dos clorofluorcarbonos (CFCs) em aerossóis e refrigeradores;não agridem a camada de ozônio, mas têm, em geral, alto potencial de aquecimento global (variando entre 140 e 11.700);
- Os perfluorcarbonos (PFCs) são utilizados como gases refrigerantes, solventes, propulsores, espuma e aerossóis e têmpotencial de aquecimento global variando de 6.500 a 9.200.
Os hidrofluorcarbonos e os perfluorcarbonos pertencem à família dos halocarbonos, todos eles produzidos,principalmente, por atividades antrópicas.
Aquecimento globalEmbora o clima tenha apresentado mudanças ao longo da história da Terra, em todas as escalas de tempo, percebe-se que a
mudança atual apresenta alguns aspectos distintos. Por exemplo, a concentração de dióxido de carbono na atmosfera observada em2005 excedeu, e muito, a variação natural dos últimos 650 mil anos, atingindo o valor recorde de 379 partes por milhão em volume(ppmv) - isto é, um aumento de quase 100 ppmv desde a era pré-industrial.
Outro aspecto distinto da mudança atual do clima é a sua origem: ao passo que as mudanças do clima no passadodecorreram de fenômenos naturais, a maior parte da atual mudança do clima, particularmente nos últimos 50 anos, é atribuída àsatividades humanas.
A principal evidência dessa mudança atual do clima é o aquecimento global, que foi detectado no aumento da temperaturamédia global do ar e dos oceanos, no derretimento generalizado da neve e do gelo, e na elevação do nível do mar, não podendomais ser negada.
Atualmente, as temperaturas médias globais de superfície são as maiores dos últimos cinco séculos, pelo menos. Atemperatura média global de superfície aumentou cerca de 0,74ºC, nos últimos cem anos. Caso não se atue neste aquecimento deforma significativa, espera-se observar, ainda neste século, um clima bastante incomum, podendo apresentar, por exemplo, umacréscimo médio da temperatura global de 2ºC a 5,8°C, segundo o 4° Relatório do Painel Intergovernamental sobre MudançasClimáticas (IPCC), de 2007.
Em resumo, a primeira parte do 4º relatório do IPCC, que compila os estudos sobre base científica da mudança do clima,considera o aquecimento global um fenômeno inequívoco e, muito provavelmente, causado pelas atividades antrópicas. Acomunidade científica tem tido um papel importante para subsidiar os países em sua tomada de decisão, fornecendo projeções damudança do clima sob diferentes cenários futuros, dentro de margens de erro aceitáveis, indicando desafios e apontandooportunidades.
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Aulas 7 e 8 (03/03): Calor e energia
Texto 1: Calor e suas trocas (resumo da aula)
Quando um corpo recebe ou cede calor, este pode o fazer de três maneiras distintas, a saber: condução, convecção ouirradiação.
a) Condução (matéria x matéria): Corpos postos em contato físico permitem “colisões” entre suas moléculas maisexternas, realizando troca de energia. Dessa forma, se dois corpos com temperaturas diferentes são postos em contato, as moléculasdo corpo mais quente (com maior agitação) cederão energia durante as colisões, diminuindo sua temperatura e aumentando a docorpo mais frio.
Alguns materiais são bons condutores, outros maus.
Ex.: Cabo x panela, termômetro x pessoa, metais x polímeros...
b) Convecção (matéria x matéria): Fluidos com diferentes temperaturas possuem diferente densidade e, portanto, podemrealizar movimentos de troca de posição (altitude, geralmente) permitindo que o calor seja recebido ou cedido por partes dosistema.
Ex.: Geladeira, ventos, balão...
c) Irradiação (matéria x radiação): Partículas com carga elétrica emitem/absorvem ondas eletromagnéticas quandoaceleradas. Ondas com comprimento de onda da ordem do infravermelho (micro-ondas) são responsáveis pelo aquecimento ouresfriamento dos corpos; dessa forma, há troca de calor através do recebimento e/ou absorção destas ondas.
Ex.: Sol x Terra, fogueira x rosto, ap. de micro-ondas x alimentos...
Texto 2: Ciclo da água9
9 Adaptados de Kantor et. al. Física – Coleção Quanta. Ensino Médio, 1ª série. Ed. Pearson, 2013.
9
Texto 3: Ciclo do Carbono10
10 Retirados de Kantor et. al. Física – Coleção Quanta. Ensino Médio, 1ª série. Ed. Pearson, 2013.
10
11
Pesquisa11 (Individual ou em dupla, avaliativa)
Leia os textos 1 e 2 das páginas 8 e 9, preferencialmente ouvindoa música do texto 1, pesquise outros textos e referências e responda aos questionamentos abaixo.
Entregar no início da próxima aula, à mão (em papel almaço) ouimpresso (em papel sulfite).
1. Elabore uma lista de dispositivos que visem a economizar energiae/ou diminuir a emissão de gases poluentes, dentre eles os gases do efeito estufa, na atmosfera.
2. Refrigeradores, automóveis, elevadores e iluminação pública são alguns exemplos de aparelhos/dispositivos que tiveram sua eficiência aumentada ultimamente. Pesquise de que forma.
3. Interprete algumas siglas e nomes, como IE, carro híbrido, KERS e outros que se encontram em veículos e equipamentos.
4. Pesquise o que vem a ser o selo Procel e de que forma ele pode ajudar o consumidor a decidir sobre a compra de equipamentos.
11 Adaptados de Kantor et. al. Física – Coleção Quanta. Ensino Médio, 1ª série. Ed. Pearson, 2013.
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Aulas 9 e 10 (10/03): Calor e energia: térmica, mecânica e SI
1. Energias Térmica e Mecânica
Energia Térmica → Movimento de partículas microscópicas
Calor (energia em trânsito) e Energia Interna (agitação molecular)
Energia Mecânica → Movimento de corpos macroscópicos
Cinética (velocidade) e Potencial (posição e deformação)
Energia Térmica → Movimento de partículas microscópicas
Quantidade de Calor: QEnergia interna: U
Energia Mecânica → Movimento de corpos macroscópicos
Energia Cinética: EcEnergia Potencial Gravitacional: EpgEnergia Potencial Elástica: Epel
2. Como trabalhar fisicamente com essas energias?
Ex.: Q = 20 calEc = 100 JEpg = 80 kWhU = 750 BTUEpel = 0,3 TEP
É preciso entender:
Grandeza = Valor medido + Unidade de medida
3. Sistema Internacional de Unidades (SI)
Fonte: SI – INMETRO – 2012 (disponível em renatopugliese.wordpress.com)
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Fonte: SI – INMETRO – 2012 (disponível em renatopugliese.wordpress.com)
Fonte: SI – INMETRO – 2012 (disponível em renatopugliese.wordpress.com)
4. UNIDADES DE ENERGIA
No SI[E] = J Joule kg.m²/s²
Em outros padrões:cal Caloria 1 cal = 4,1868 JBTU British Thermal Unit 1 BTU = 1055,06 JTEP Tonelada Equivalente de Petróleo 1 TEP = 10¹ J⁰kWh Kilowatt-hora 1 kWh = 3,6.10 J⁶
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Aulas 11 e 12 (17/03): Energia: SI e Prefixos
1. Conversão de unidades
Exemplo: Converter grandezas abaixo para o SI.
Q = 20 calEc = 100 JEpg = 80 kWhU = 750 BTUEpel = 0,3 TEP
2. Prefixos no SI
Fonte: SI – INMETRO – 2012 (disponível em renatopugliese.wordpress.com)
3. EXERCÍCIOS (entrega ao final da aula)
1. Converter os valores de energia das seguintes grandezas para o SI (o cálculo deve estar presente na resposta).
a) E = 184 kWhb) U = 9000 BTUc) Q = 2,4 TEPd) Q = 1,2.10³ cale) E = 7,5.10 TEP⁻⁴
2. Converter os valores das seguintes grandezas para as unidades base no SI (o cálculo deve estar presente naresposta).
a) x = 9000 mmb) y = 2,7 nmc) t = 15,3 anosd) m = 20 Mge) E = 1,2.10³ GWh
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Aulas 13 e 14 (24/03): Energia: Conservação e Dissipação
1. Conservação de energia
Formas de energia: Elétrica, Nuclear, Química, Mecânica, Térmica...
Princípio da Conservação de Energia (e de massa!): No Universo, a quantidade de energia total (somatória) é sempre igual, apenas alterando a sua forma.
Sistemas isolados: Em sistemas isolados (puramente elétricos, puramente mecânicos...), a forma da energia também se conserva.
2. Sistemas Mecânicos
Energia Mecânica (EM): A Energia Mecânica pode ser Cinética (EC), Potencial Gravitacional (EPG) e/ou Potencial Elástica (EPEL):
EM = EC + EPG + EPEL
Em sistemas puramente mecânicos, a Energia Mecânica se conserva (mantém mesmo valor total), alternando (em cada caso) entre suas formas específicas EC, EPG e EPEL.
3. Energia Mecânica (EM)
Energia Cinética – relativa à velocidade (v) de um corpo com massa (m) e um referencial:
EC = (m.v²)/2
Energia Potencial Gravitacional – relativa à distância/altitude (h) relativa entre um corpo de massa (m) e um referencial:
EPG = m.g.h
Energia Potencial Elástica – relativa à deformação (x) de um corpo com características elásticas (k) à sua posição de equilíbrio:
EPEL = (k.x²)/2
4. Exemplos conceituais
1. Corpo em queda: EPG → EC
2. Oscilador elástico: EPEL → EC → EPEL → EC …
3. Montanha russa: EPG → EC → (EPG + EC) → EC …
4. Bungee Jumping: EPG → EC → EPEL → EC + EPG → EPEL ...
5. Exemplos práticos
1. Corpo em quedaCondições iniciais: h = 6,0 m; m = 70 kg; g = 10 m/s².Problema: qual a velocidade com que o corpo atinge o solo?
2. Corpo em quedaCondições finais: v = 200 km/h; m = 70 kg; g = 10 m/s².Problema: de qual altura é preciso abandonar um corpo para que ele atinja
a velocidade final acima?
3. Montanha russaCondições iniciais no ponto A: v = 0; h = 5,0 m; m = 180 kg; g = 10 m/s².Problemas: com qual velocidade o carro passa pelo ponto B? Com qual
velocidade o carro passa pelo ponto C?
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6. Dissipação de energia
Se, para além da energia mecânica, há sempre conservação da energia total, para onde vai a energia nos casos seguintes?
1. Corpo em queda: EPG → EC → ?
2. Oscilador elástico: EPEL → EC → EPEL → EC … → ?
3. Montanha russa: EPG → EC → (EPG + EC) → EC … → ?
4. Bungee Jumping: EPG → EC → EPEL → EC + EPG → EPEL ... → ?
De um modo geral, a energia mecânica é convertida em energia térmica (calor e energia interna) ao longo do tempo, quando sofre ação de forças dissipativas (atrito, resistência do ar, deformação...).
Esse processo pode ser muito lento ou muito rápido, dependendo da intensidade da ação das forças dissipativas.
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