FÍSICA – MÓDULO INICIAL - DAS FONTES DE ENERGIA AO UTILIZADOR

Apresentação em tema: "FÍSICA – MÓDULO INICIAL - DAS FONTES DE ENERGIA AO UTILIZADOR"— Transcrição da apresentação:

1 FÍSICA – MÓDULO INICIAL - DAS FONTES DE ENERGIA AO UTILIZADOR
SITUAÇÃO ENERGÉTICA MUNDIAL E DEGRADAÇÃO DE ENERGIA 2. CONSERVAÇÃO DA ENERGIA Escola Secundária Maria Lamas – Torres Novas Física e Química A – 10º Ano Nelson Alves Correia

2 Objectivos Analisar e comparar dados relativos a estimativas de consumo energético nas principais actividades humanas e reconhecer a necessidade de utilização de energias renováveis. Indicar vantagens e inconvenientes da utilização de energias renováveis e não renováveis. Associar a qualquer processo de transferência ou de transformação de energia um rendimento sempre inferior a 100% (degradação de energia). Identificar factores que contribuem para o uso racional das fontes de energia.

3 Objectivos Identificar, em processos de transferências e transformações de energia, o sistema, as fronteiras e a vizinhança. Caracterizar um sistema. Identificar a energia cinética como a energia associada ao movimento e a energia potencial como a energia resultante de interacções. Identificar a energia mecânica de um sistema como a soma das respectivas energias cinética e potencial. Caracterizar a energia interna como propriedade de um sistema.

4 Objectivos Identificar trabalho e calor como quantidades de energia transferidas entre sistemas. Distinguir calor, trabalho e potência e explicitar os valores destas grandezas nas respectivas unidades SI. Identificar transferências de energia como trabalho, calor e radiação. Caracterizar a radiação electromagnética. Interpretar o significado físico da Lei da Conservação da Energia e aplicá-la a situações do dia-a-dia, efectuando balanços energéticos.

5 Conteúdos Fontes de Energia Situação Energética Mundial Transformações de Energia Degradação de Energia Rendimento Uso Racional de Energia Sistemas Energia dos Sistemas Transferências de Energia: Calor Transferências de Energia: Trabalho Transferências de energia: Potência Transferências de Energia: Radiação Conservação da Energia

6 Fontes de Energia Todas as actividades dos seres vivos precisam de energia. A energia é responsável pelo desenvolvimento científico, tecnológico e social, permitindo o funcionamento de aparelhos e a criação de novos materiais. Fontes de energia – Materiais que fornecem energia. Podem ser fontes de energia renováveis ou não renováveis. Receptores de energia – Materiais que recebem energia.

7 Fontes de Energia Fontes de energia renováveis – Não se esgotam (são ilimitadas), porque estão sempre a ser produzidas pela natureza: Sol, vento, água, marés, ondas do mar, biomassa, biogás e calor do interior da Terra. O Sol é a principal fonte de energia da Terra (as estrelas são a fonte de energia do Universo). Fontes de energia não renováveis – Esgotam-se (são limitadas), porque a natureza demora milhões de anos para as produzir: combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás natural), e materiais radioactivos (urânio e tório).

8 Situação Energética Mundial
Cerca de 95% da energia utilizada pelo Homem vem das fontes de energia não renováveis. O rápido aumento populacional e o desenvolvimento científico, tecnológico e social, desde a Revolução Industrial, provocou um consumo excessivo de energia e dos combustíveis fósseis. Os combustíveis fósseis são muito poluentes: quando são queimados libertam óxidos de enxofre e de azoto, que formam as chuvas ácidas, e dióxido de carbono, que provoca o aquecimento global. O gás natural é o menos poluente.

9 Situação Energética Mundial

10 Situação Energética Mundial
Estamos perante um problema energético mundial (crise energética) porque as fontes de energia não renováveis são muito poluentes, estão a alterar o clima, estão a esgotar-se e o seu preço está a aumentar. É necessário utilizar as fontes de energia renováveis para diminuir a poluição e as emissões de dióxido de carbono (CO2).

11 Transformações de Energia
A energia pode ser armazenada, transferida (da fonte para o receptor) e transformada noutra forma de energia. Os aparelhos eléctricos transformam a energia eléctrica em energia radiante (luz), energia interna (calor), energia mecânica (movimento), energia sonora (som) e energia química (substâncias químicas das pilhas e baterias).

12 Transformações de Energia

13 Degradação de Energia Degradação de energia / Energia dissipada (degradada) – Energia que se perde (dissipa ou degrada) para o meio ambiente, durante as transferências e transformações de energia, normalmente na forma de calor, e que não é utilizada. Quando se fornece energia (energia fornecida - Ef) a uma máquina, há uma parte que é utilizada (energia útil - Eu) e outra parte que não é utilizada (energia dissipada - Ed): Ef = Eu + Ed

14 Degradação de Energia

15 Rendimento Rendimento – É uma medida da eficiência com que uma máquina utiliza a energia fornecida. Representa-se pela letra grega η (eta) e calcula-se em percentagem, dividindo a energia útil (Eu) pela energia fornecida (Ef): η = (Eu / Ef) x 100 O rendimento de uma transferência ou transformação de energia e de uma máquina é sempre inferior a 100%, porque existe sempre energia dissipada (degradação de energia) e a Ef > Eu . Se uma máquina transformasse toda a energia fornecida em energia útil (Ed = 0), o seu rendimento seria 100%.

16 Rendimento

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19 Uso Racional de Energia
No dia-a-dia, devemos poupar energia: Seguir a política dos três R – Reciclar, Reutilizar e Reduzir; Aproveitar a luz do dia para trabalhar, em vez de acender lâmpadas; Desligar as luzes e electrodomésticos que não estamos a utilizar; Desligar a televisão e a aparelhagem no botão. Em stand-by, eles gastam entre 10% a 60% da energia eléctrica que gastariam se estivessem ligados; Não colocar comida quente ou morna no frigorífico;

20 Uso Racional de Energia
Utilizar as máquinas de lavar louça e roupa apenas quando estiverem completamente cheias; À noite, no Inverno, fechar as cortinas para minimizar as trocas de calor do interior para o exterior, através das janelas; Descer a temperatura do aquecimento em 1 ºC. Será o suficiente para reduzir em cerca de 10% as despesas energéticas em gás ou electricidade.

21 Sistemas Sistema – Um corpo, ou um conjunto de corpos, limitado por uma fronteira real ou imaginária. Vizinhança – Porção do Universo que rodeia o sistema e com o qual este pode interagir. Fronteira – Superfície real ou imaginária que separa o sistema da sua vizinhança. O sistema pode trocar matéria e energia com a vizinhança através da fronteira.

22 Sistemas O sistema é classificado de acordo com as trocas de matéria e energia que ocorrem com a sua vizinhança: Aberto – Existem trocas de matéria e energia; Fechado – Existem trocas de energia, mas não existem trocas de matéria; Isolado – Não existem trocas de matéria e energia. Aquário dentro de uma caixa térmica (feita de um material isolador do calor) Sistema aberto Sistema fechado Sistema isolado

23 Energia dos Sistemas Energia cinética (Ec) – Energia associada ao movimento dos corpos. O seu valor aumenta com a massa e a velocidade do corpo. Energia potencial (Ep) – Energia associada ao campo de forças existente no sistema, que está armazenada no corpo e que pode ser utilizada. A energia potencial pode ser gravítica, magnética, eléctrica, química, nuclear e elástica. A unidade SI de energia é o joule (J).

24 Energia dos Sistemas Os sistemas possuem energia a nível macroscópico e a nível microscópico. Energia mecânica (Em) – Soma da energia cinética macroscópica do sistema com a sua energia potencial: Em = Ec + Ep Energia interna (Ei ou U) – Soma das energias cinética e potencial microscópica de todas as partículas (corpúsculos) do sistema (átomos, moléculas e iões), que se encontram em constante movimento: Ei = Ec + Ep

25 Energia dos Sistemas A energia interna depende da massa (quantidade de matéria ou número de partículas com energia), do tipo de matéria (substância) e da temperatura (agitação ou Ec das partículas). Quanto maior for a massa e a temperatura, maior será a energia interna.

26 Energia dos Sistemas

27 Energia dos Sistemas A energia interna pode ser transferida de um sistema para outro, ou para a sua vizinhança, por três processos: Calor (Q) – Energia transferida entre dois sistemas a temperaturas diferentes, quando estão em contacto, do corpo mais quente para o mais frio; Trabalho (W) – Energia transferida devido à aplicação de uma força sobre um sistema; Radiação – Energia transferida através de radiações (ondas) electromagnéticas. A unidade SI destes processos é o joule (J).

28 Energia dos Sistemas

29 Transferências de Energia: Calor
Quando se transfere energia por calor, o sistema com maior temperatura arrefece (perde energia interna) e o sistema com menor temperatura aquece (ganha energia interna). A transferência de energia termina quando se atinge o equilíbrio térmico: os sistemas ficam com a mesma temperatura (mas podem não ficar com a mesma energia interna).

30 Transferências de Energia: Calor
A energia transferida através de calor calcula-se por: Q = m x c x T (J) m — Massa (kg) c — Capacidade térmica mássica do material (J kg-1 K-1) T— Variação da temperatura: T = Tfinal - Tinicial (K) Quanto maior for a massa do corpo, maior é a quantidade de calor que é necessário fornecer para provocar a mesma variação de temperatura. Há substâncias que precisam de receber mais calor, para provocar a mesma variação de temperatura (a sua capacidade térmica mássica é maior).

31 Transferências de Energia: Calor

32 Transferências de Energia: Trabalho
O trabalho é realizado por uma força que provoca o deslocamento de um corpo. Quando se puxa um caixote, aplica-se uma força sobre ele e transfere-se energia para o caixote. A pessoa perde energia interna, mas o caixote ganha energia cinética (fica em movimento). A energia transferida através de trabalho calcula-se por: W = F x d (J) * F – Intensidade da força (N) d – Deslocamento (m): posição final - posição inicial * Esta fórmula é válida num movimento rectilíneo sem inversão de sentido, em que a força e o deslocamento têm a mesma direcção e sentido.

33 Transferências de Energia: Trabalho
O trabalho também corresponde à energia útil, pelo que pode ser calculado a partir do rendimento.

34 Transferências de Energia: Potência
Potência – Quantidade de energia transferida por segundo (trabalho realizado por uma força num segundo): P = E / t ou P = W / t ou P = F x v E – Variação de energia (energia transferida): Efinal – Einicial (J) t – Intervalo de tempo (s) v – Velocidade (v = d / t) (m/s) A unidade SI é o watt (W). 1 W é a potência de uma máquina que transfere um joule de energia num segundo. Também se utiliza o cavalo-vapor (cv) ou cavalo (1 cv = 735 W).

35 Transferências de Energia: Potência

36 Transferências de Energia: Potência

37 Transferências de Energia: Potência

38 Transferências de Energia: Radiação
O Sol transfere energia para a Terra por radiação. Quando utilizamos as radiações electromagnéticas, há transferência de energia por radiação. A radiação electromagnética propaga-se no vazio (não precisa de um meio material), através de ondas electromagnéticas (oscilações dos campos eléctrico e magnético) e de fotões.

39 Transferências de Energia: Radiação

40 Transferências de Energia: Radiação
A energia de uma radiação electromagnética calcula-se por: E = h x f  E = h x (c / ) (J) f – Frequência (Hz - hertz): número de oscilações por segundo  – Comprimento de onda (m): distância entre dois pontos consecutivos da onda que estão no mesmo estado de oscilação h = constante de Planck = 6,626 x J s c = velocidade da luz no vazio = 3 x 108 m/s

41 Conservação da Energia
Lei da Conservação da Energia – Num sistema isolado a energia total é conservada (a energia de um sistema isolado é sempre constante). Não se pode criar nem destruir energia. A energia só pode ser transferida (fornecida) ou transformada. A energia total existente no Universo é a mesma que existia quando este se formou porque o Universo é um sistema isolado.

42 Conservação da Energia
A energia fornecida (Ef) para um sistema será sempre igual à soma da energia utilizada (energia útil - Eu) com a energia dissipada (Ed) para a vizinhança: Ef = Eu + Ed

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44 Conservação da Energia

45 Conservação da Energia
Os valores destas energias podem ser calculados através de um balanço energético, que se representa por um diagrama energético. Um diagrama energético é formado por: Rectângulos – Representam as fontes de energia e as vizinhanças dos sistemas; Círculos – Representam os sistemas; Setas – Representam as transferências e as transformações de energia. Se o sistema recebe energia, esta apresenta um valor positivo. Se o sistema perde energia, esta apresenta um valor negativo.

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omolete