Energia

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Ciências Físico-químicas - 7º ano de escolaridade
- Fontes e formas de energia
- Transferências de energia
Energia
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.
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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.
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Energia – Fontes e Formas de energia
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.
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Energia – Fontes e Formas de energia
O conceito de energia (cont.)
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.
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Energia – Fontes e Formas de energia
O conceito de energia (cont.)
A energia é uma propriedade de todos os corpos, que se
manifesta de diferentes formas, sendo detectada pelos efeitos
que produz.
A energia é uma
grandeza
escalar
que se exprime, no
SI, em joule (J)
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A energia de um sistema
pode ser medida ou
calculada.
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Energia – Fontes e Formas de energia
Manifestações de energia
A energia manifesta-se de diferentes maneiras, e toma diferentes designações de
acordo com os efeitos que produz:
Energia eléctrica
Energia radiante
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Energia – Fontes e Formas de energia
Manifestações de energia (cont.)
Energia mecânica /motora
Energia Química
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Energia – Fontes e Formas de energia
Manifestações de energia(cont.)
Energia Sonora
Energia Térmica
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Energia – Fontes e Formas de energia
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.
O Sol é a nossa fonte de energia!
ENERGIA
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ENERGIA
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Energia – Fontes e Formas de energia
Fontes de energia (cont.)
As fontes de energia podem classificar-se como:
Renováveis
Não renováveis
• O Sol;
• Combustíveis fósseis:
• O vento;
 carvão;
• As ondas e as marés;
 petróleo;
• A energia hídrica;
 gás natural.
• A geotermia;
• Urânio
• A biomassa;
• O biogás
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Energia – Fontes e Formas de energia
Fontes de energia (cont.)
R
e
n
o
v
á
v
e
i
s
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Energia – Fontes e Formas de energia
Fontes de energia (cont.)
N
ã
o
r
e
n
o
v
á
v
e
i
s
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Combustíveis Fosseis
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Energia – Fontes e Formas de energia
Formas de energia
A energia é uma só e só assume duas formas fundamentais designadas por:
Energia potencial (Ep)
Energia cinética (Ec)
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
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.
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E c  m  v2
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E pg  h  m  g
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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
ENERGIA
Receptor
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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Energia – Transferências e transformação
de energia
Transferência de energia
As transferências de energia entre sistemas são frequentemente acompanhadas de
transformações de energia.
 Uma forma de energia transforma-se noutra forma de energia;
Uma manifestação de energia converte-se noutra diferente.
Um sistema que funcione como receptor numa transferência de energia, pode
comporta-se como fonte noutra transferência.
As fontes (e os receptores) transformam, normalmente, Uma manifestação de
energia noutra diferente.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Transferência de energia
Rede
Eléctrica
ENERGIA
ELÉCTRICA
Aquecedor
ENERGIA
TÉRMICA
Alimentos
ENERGIA
QUÍMICA
Corpo
humano
ENERGIA
MOTORA
Meio
ambiente
Actividades
diárias
ENERGIA
TÉRMICA
Combustível
ENERGIA
QUÍMICA
Automóvel
ENERGIA
MOTORA
Meio
ambiente
ENERGIA
SONORA
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Transferência de energia cinética e potencial
As duas formas fundamentais de energia podem converter-se uma
na outra:
─
Num corpo em queda livre, a energia potencial gravítica
transforma-se em energia cinética. O corpo perde energia
potencial gravítica à medida que ganha energia cinética.
─
Num corpo lançado para cima, a energia cinética transforma-se
em energia potencial gravítica. O corpo ganha energia potencial
gravítica enquanto sobe.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Conservação e dissipação de energia
Potência de um aparelho (P)
É uma grandeza física que relaciona a energia transferida (E) por um sistema com o
tempo durante (t) o qual ocorre a transferência.
Calcula-se pelo quociente entra a energia ( E) e o tempo (t):
potência 
energia
tempo

P
E
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
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Conservação e dissipação de energia
Da definição de potência de um aparelho, resulta que:
E  P  t
• 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.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Conservação e dissipação de energia
Energia útil e energia dissipada
Todos os aparelhos transformam energia que recebem e transferem-na para outros
sistemas
Energia fornecida (Ef)
Energia útil (Eu)
Energia dissipada (Ed)
É a fracção de energia fornecida a um
É a fracção de energia fornecida que
aparelho
não é utilizada para o fim a que se
que
é
utilizado
concretizar o fim a que se destina.
para
destina
o
essencialmente
aparelho,
transferida
sendo
para
o
exterior como calor e ruído.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Conservação e dissipação de energia
Energia
fornecida (Ef)
=
Energia
útil (Eu)
ENERGIA
ELÉCTRICA
+
Energia
dissipada (Ed)
ENERGIA LUMINOSA
ENERGIA SONORA
ENERGIA
TÉRMICA
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Conservação e dissipação de energia
ENERGIA
FORNECIDA
ENERGIA ÚTIL
ENERGIA
DISSIPADA
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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Energia – Transferências e transformação
de energia
Conservação e dissipação de energia
Rendimento de um aparelho ()
Mede a capacidade de um aparelho transformar a energia que lhe é fornecida em
energia útil, e calcula-se pelo quociente entre esta e a energia fornecida.
rendimento( )
Eútil
E forncedida

Eu
η
 100%
Ef
•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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Energia – Transferências e transformação
de energia
Lei da conservação da energia
A energia total do universo permanece constante!!!
Pelo cálculo do rendimento de um aparelho podemos comprovar que este valor é
sempre inferior a 100% por haver energia dissipada.
Mas esta energia não desaparece, pois corresponde apenas à energia que não
pode ser aproveitada de forma útil, mas a quantidade total de energia existente
antes do aparelho funcionar é igual à quantidade total de energia que existe
depois do seu funcionamento. O que diminui é a quantidade de energia útil.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Lei da conservação da energia
Se a energia se conserva, porque dizemos que estamos a gastar energia, ou que temos
de poupar energia?
 Quando o dizemos estamo-nos referindo à energia dissipada, que se degrada nos
aparelhos e não pode ser aproveitada de forma útil.
 Essa energia não se perde, mas transforma-se e transfere-se de tal modo que não
pode ser novamente utilizada.
Degradação de energia – parte que é desperdiçada mas que não deixa, contudo de ser
energia.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Lei da conservação da energia
Atualmente, a utilização racional da energia…
… menos energia dissipada
… mais energia bem utilizada
Poupança de energia!
deve usar-se só a energia necessária para uma certa tarefa.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Temperatura – é uma propriedade dos corpos que se mede com termómetros. A sua
unidade SI é o kelvin (K), mas é frequentemente medida em graus
Célsius (ºC).
Relação entre a escala de temperatura Célsius e a de Kelvin
T (º C )  T ( K )  273,15
T ( K )  T (º C )  273,15
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Quando se põem em contato térmico dois corpos a temperaturas diferentes, há
transferência de energia.
O corpo a temperatura mais elevada transfere energia para o corpo a
temperatura mais baixa.
Esta transferência designa-se por calor.
Um gelado deixado ao ar por
algum tempo derrete-se, isto
porque o gelado aqueceu!
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Chá quente, algum tempo
depois o chá arrefece.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Como se explicam estas situações?
Estas situações acontecem porque houve uma transferência de energia
FONTE
(Chávena de
chá)
FONTE
(meio ambiente)
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ENERGIA
ENERGIA
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RECETOR
(meio ambiente)
RECETOR
(cone de gelado)
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
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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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Corpo a
temperatura
mais alta
CALOR (energia
a transferir-se)
Corpo a
temperatura
mais baixa
Há três processos através dos quais se processa a transferência de energia
como calor: a condução, a convecção e a radiação.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Condução
É o principal processo de transferência de energia como calor
nos sólidos, e consiste na propagação da agitação das
partículas que constituem o material
Existem materiais bons condutores de calor, em
Materiais bons
condutores de calor
Materiais maus
condutores de calor
Metais (alumínio,
cobre, ferro)
Sílica
Grafite
Vidro
Plástico
Borracha
Lã
Cortiça
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.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Condução
Os diferentes materiais são caracterizados por uma grandeza relacionada com a
facilidade que têm para conduzir o calor. Chama-se condutividade térmica e pode
ser procurada em tabelas.
Quanto maior for a condutividade térmica de um material, maior conduz o calor.
Bons condutores
de calor
Condutividade
térmica elevada
Maus condutores
de calor
Condutividade
térmica baixa
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Convecção
É o principal processo de transferência de calor nos
líquidos e nos gases, e consiste no estabelecimento de
correntes ascendentes de matéria quente e correntes
descendentes de matéria fria, designadas por correntes
de convecção.
Ao contrário da condução, em que o aquecimento se faz
sem que a matéria saia do lugar que ocupa, na convecção
é a própria matéria em movimento que transmite a energia.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Radiação
A radiação transfere energia como calor sem precisar de
um meio material para se propagar
Todos os corpos emitem radiação apenas pelo facto de se
encontrarem
a uma certa temperatura. Até o corpo
humano emite energia como calor por radiação
Quando um corpo recebe radiação electromagnética
aquece, o seu aquecimento é tanto maior quanto mais
energia for capaz de absorver.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Radiação
Um corpo que absorve bem também um bom emissor de radiação
Corpo
que
se
O
corpo
negro
O corpo rugoso
encontra a maior
irradia mais energia
também
emite
temperatura emite
do que o branco
mais energia do
mais energia por
que
radiação
superfície polida
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o
de
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Radiação
As características das superfícies são determinadas no aquecimento das mesmas
por radiação.
Superfície branca – bom reflector – mau absorvedor
Superfície preta – mau reflector – bom absorvedor
Superfície polida – bom reflector – mau absorvedor
Superfície rugosa – mau reflector – bom absorvedor
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Radiação
O ISOLAMENTO TÉRMICO DAS CASAS
Telhado
25%
Paredes
35%
Janelas
25%
Portas 15%
Chão 15%
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Radiação
O ISOLAMENTO TÉRMICO DAS CASAS
Devemos ter em conta as transferências de energia como calor nas habitações, uma vez que grande
parte da energia que consumimos é utilizada par ao seu aquecimento.
Durante o tempo frio, o calor transfere-se do interior para o exterior:
- Por Condução, através dos materiais que constituem, por exemplo
as paredes, o telhado e o chão:
- Por convecção, através das frinchas das janelas, portas e telhado.
Há também emissão térmica por todos os materiais usados na
construção.
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Energia – Transferências e transformação
de energia
Energia transferida como calor
Radiação
O ISOLAMENTO TÉRMICO DAS CASAS
É importante reduzir todas estas “perdas de energia”. Para isso, devemos escolher criteriosamente
os materiais que melhor isolam as habitações.
Algumas medidas a adotar:
-Construir paredes duplas com isolamento térmico
interior;
-Isolar as paredes exteriores e telhado;
-Utilizar vidros duplos;
-Usar materiais de construção de baixa condutividade
térmica;
-Calafetar as portas e as janelas.
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