energia_que_transforma_2.pdf

2 Conceitos e Contextos Conectados hoje para viver o amanhã.  Rio de Janeiro 2022 Conceitos e Contextos Conectados hoje para viver o amanhã.  Energia: Começo da Conversa 4...

2 Conceitos e Contextos Conectados hoje para viver o amanhã.  Rio de Janeiro 2022 Conceitos e Contextos Conectados hoje para viver o amanhã.  Energia: Começo da Conversa 4 Parte 1 Conceitos 6 Energia: em tudo e em todo lugar 8 O mundo da energia: uma perspectiva brasileira 39 Usando bem nossa energia 58 O estado e a energia no Brasil 63 Glossário 64 Linha do tempo da energia 71 Parte 2 Contextos 90 O Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel) 92 Energia e meio ambiente no Brasil: uma introdução histórica 96 José Augusto Pádua 10 Energia e desenvolvimento sustentável 102 Sergio Besserman 10 Mudanças climáticas 105 Roberto Schaeffer 10 Brasil no século XXI: potência energética e ambiental 109 Maurício Tiomno Tolmasquim 10 Aspectos técnicos e ambientais da exploração de petróleo 123 Edmilson Moutinho dos Santos 1 0 Hidreletricidade: a energia que vem da água 136 Geraldo Lúcio Tiago Filho 1 0 Programa Parakanã: uma história de sucesso 142 Porfírio Carvalho 10 Termeletricidade e energia nuclear no país 150 José Goldemberg 1 0 Energia eólica 154 Jorge Antonio Villar Alé 1 0 Energia que vem do sol 161 Elizabeth Pereira 1 0 Energia solar fotovoltaica 164 Roberto Zilles 1 0 Energia: O professor do programa de pós-graduação em História O doutor em Socioeconomia e professor titular do Social da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Programa de Planejamento Energético da Pós-Graduação José Augusto Pádua, aborda a história do emprego de em Engenharia (PPE-Coppe) e da Universidade Federal do começo da energia pela humanidade no texto “Energia e meio ambiente Rio de Janeiro (UFRJ), Maurício Tolmasquim, apresenta ao no Brasil: uma introdução histórica”. leitor “Brasil no século XXI: potência energética e ambiental”. conversa Em “Energia e desenvolvimento sustentável”, o economista O doutor em Economia da Energia e professor da Sergio Besserman faz uma reflexão sobre os modos de Universidade de São Paulo (USP), Edmilson Moutinho, produção e consumo. discorre sobre “Aspectos técnicos e ambientais da exploração de petróleo”. O professor da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), Roberto Schaeffer, expõe, em “Mudanças O professor e pesquisador da Universidade Federal de climáticas”, o processo de aquecimento do planeta devido à Itajubá, Geraldo Filho, apresenta “Hidroeletricidade: a Este livro tem como proposta apontar questões sobre emissão de gases geradores do Efeito Estufa, causado pela energia que vem da água”, em que explica como a água a energia, desde seu conceito até seus impactos e queima de combustíveis fósseis. se transforma em energia e compara as vantagens e consumo eficiente. desvantagens das pequenas centrais hidrelétricas frente às grandes usinas. Na parte Conceitos, são abordados os conceitos O indigenista Porfírio Carvalho, que coordenou Yastremska e fundamentos sobre energia (energia, potência, formas de energia, conversão energética, leis básicas programas exitosos com populações indígenas, das conversões energéticas, eficiência, sistema reassentadas devido à criação de reservatórios de energético, fontes energéticas), e é apresentada a usinas hidrelétricas, deixa registrada sua experiência em evolução histórica e a importância do uso de energia “Programa Parakanã: uma história de sucesso”. pela sociedade moderna, mostrando as relações entre O professor do Instituto de Eletrotécnica e Energia da energia e qualidade de vida e os aspectos ambientais Universidade de São Paulo (USP), José Goldemberg, relacionados aos sistemas energéticos. São detalhadas faz um panorama da “Termeletricidade e da energia as principais configurações de sistemas energéticos nuclear no país”. (lenha, petróleo e gás natural, biocombustíveis líquidos, Em “Energia eólica”, o engenheiro mecânico e professor eletricidade), destacando seus elementos, desde os da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul recursos naturais aos usos finais, procurando ressaltar (PUC-RS), Jorge Alé, trata da utilização dos ventos como os temas de maior interesse no Brasil e apresentando fonte energética, demonstra o potencial eólico brasileiro suas perspectivas e seu potencial de desenvolvimento. e lista as vantagens e os cuidados para a instalação de São destacados os tipos de geração de energia e os parques eólicos no país. aspectos voltados para o uso eficiente de energia, com Em “A energia que vem do Sol”, a doutora em Química a apresentação de conceitos e de exemplos dentro da e professora do Centro Universitário UNA, em Belo realidade brasileira, reforçando a importância da adoção Horizonte, Elizabeth Pereira, aborda as formas de de tecnologias e práticas (padrões e hábitos de uso) aproveitamento da energia solar, com ênfase em seu energeticamente eficientes. uso para aquecimento de água. A parte Conceitos apresenta, ainda, o detalhamento dos O texto seguinte abre ainda com uma dinâmica de reflexão fatos abordados na Linha do Tempo da Energia e, no final da sobre a influência do Sol em nossas vidas. Em “Energia solar unidade, um pequeno glossário, que define o conceito de fotovoltaica”, o engenheiro, pesquisador e professor da alguns dos termos utilizados. Universidade de São Paulo (USP), Roberto Zilles, explora a Na parte Contextos, você encontra uma coletânea de luz solar como fonte renovável de energia elétrica. textos que abordam diversos aspectos da questão Mergulhe nesse universo energético e descubra muito mais. energética brasileira. Que as informações aqui presentes sirvam de incentivo A Eletrobras apresenta o Programa Nacional de para novas pesquisas e incrementem ainda mais sua ação Conservação de Energia Elétrica (Procel) e destaca o que é educativa. Boa leitura! necessário, dos pontos de vista técnico e social, para reduzir o desperdício de forma significativa e incentivar hábitos de consumo eficiente. Conceitos e Contextos Introdução 4 –– 5  Parte 1 Conceitos Andrey_Kuzmin / StockPhotosArt 6 –– 7 Energia: em tudo e em todo lugar Olhe à sua volta. Você consegue ver alguma coisa que não dependa de energia? Saiba mais Praticamente tudo que contribui para termos qualidade de vida, por exemplo, a possibilidade de irmos de um Mas o que é Energia também é uma palavra de muitos usos no senso comum. lugar para outro, a iluminação das nossas casas e das cidades, uma alimentação farta e de qualidade, o energia? Está concentrada em elementos da natureza, como a energia do sol, acesso ao lazer e à informação, assim como a produção que nos aquece, e também pode ser de bens e serviços dependem da energia. Quando Energia é uma palavra que vem do grego energéia, e quer dizer “força em ação”. Em uma definição exata, energia sinônimo de força vital. estamos descansando em uma rede, de frente para um ventilador, ou tomando um copo d’água, não nos damos é causa e origem de todas as mudanças, de todas as Para os chineses, por exemplo, a conta, mas existem centenas de trabalhadores, que transformações1. energia é o Chi, que está presente nem sempre estão visíveis para nós, mas contribuem em todo o universo e também nas Em 1872, Maxwell propôs uma definição que pode ser com seu trabalho para o bom funcionamento de pessoas. Boa parte da medicina considerada mais correta do que a anterior: “energia é equipamentos e de máquinas. Isso porque, para termos aquilo que permite uma mudança na configuração de um chinesa trata os pacientes apenas conforto, e para que a vida cotidiana em qualquer lugar sistema, em oposição a uma resistência a esta mudança”. fazendo fluir essa energia, algo aconteça, existe a necessidade de produção de energia. Estão, nessa definição, duas ideias importantes: as parecido com o que algumas etnias modificações de estado implicam vencer resistências, e a africanas chamam de Axé. Para os energia é que permite modificações de estado. budistas, é possível se nutrir de energia Tinapob É a energia que faz as coisas acontecerem, sem ela, espiritual por meio dos mantras. nada muda. Por isso, em suas várias formas, a energia A maioria das pessoas entende o que está sempre presente à nossa volta, mesmo quando quer dizer “há boas energias no ar”, Fique ligado não percebemos. Se estamos vivos, é porque processos mesmo os que não levam fé nessas energéticos estão acontecendo em nosso corpo, nosso coração está promovendo a circulação sanguínea, coisas. E várias crenças religiosas O MOTE É SEMPRE ESSE: estamos respirando oxigênio e expirando gás carbônico, associam energia à ideia de alma. SE ALGUMA COISA SE ALTERA, MUDA DE LUGAR, transformando a energia que vem dos alimentos em Energia também é usada no sentido Precisamos entender melhor e dar mais importância à movimentos musculares e produzindo pensamentos. FORMA OU COMPOSIÇÃO, de firmeza, vigor ou como disposição e energia, ela é fundamental para nossa vida. Assim como A ENERGIA É A ETERNA Às vezes, a energia se apresenta de uma forma natural: vitalidade, como quando dizemos que o ar que respiramos, só quando falta é que percebemos RESPONSÁVEL. quando cai um raio em uma árvore e ela pega fogo ou na uma criança tem muita energia. como dependemos dela. Atualmente, ninguém se água caindo em uma cascata, estamos vendo as coisas se espanta ao entrar em um quarto e acender uma lâmpada, transformando, alterando-se devido à energia, mas existem Na época do Império Romano, isso parece natural. No entanto, o que parece simples também em situações que criamos: quando uma pessoa acreditava-se em uma força que depende de um grande e complexo sistema, com diversos pega um punhado de farinha de trigo, ovos, leite, açúcar e animava os seres vivos: para eles, o e custosos equipamentos interconectados, capazes de faz virar um bolo ou quando se junta matéria-prima e se conceito de energia se aproximava captar a energia disponível na natureza em diferentes transforma em um automóvel. Todos esses processos têm do de alma, ideia parecida com a que formas, como quedas d’água, gás natural ou radiação solar, a ver com energia. Mesmo assim, muita gente entra em sustenta o ideal cristão. transformar em outras formas de energia, transportar até casa, liga o interruptor e a luz se acende, mas não faz ideia onde estamos e, finalmente, permitir, por exemplo, que de como isso acontece. Você já pensou sobre isso? uma lâmpada seja acesa e nos traga conforto. 8 –– 9 1 A definição mais usual, encontrada na maioria dos livros, afirma que “energia é a medida da capacidade de efetuar trabalho”. Entretanto Conceitos e Contextos Parte 1 Conceitos trabalho é um tipo de transformação energética, e existem outras formas de energia que são apenas parcialmente conversíveis em trabalho, como a energia térmica. Por isso, a definição mais geral e correta é “energia é a capacidade de efetuar transformações”. Formas nuclear, em que o núcleo atômico se divide em duas ou mais partículas, e a fusão nuclear, na qual dois ou mais ENERGIA ELÉTRICA de energia Tão importante para a forma como vivemos e para o EvgeniiAnd núcleos se unem para produzir um novo elemento. crescimento de um país, a energia elétrica ou eletricidade A fissão do átomo de urânio é a principal técnica empregada está associada à circulação de corrente elétrica A energia, com seu poder transformador, para a geração de eletricidade em usinas nucleares. (movimentação de elétrons) oriunda de uma diferença apresenta-se de várias formas na natureza e nos equipamentos energéticos, algumas muito evidentes, A maior vantagem ambiental da geração elétrica de potencial elétrico entre dois pontos de um corpo outras nem tanto, conforme se comenta a seguir. por meio de usinas nucleares é a não utilização de ou superfície. De forma semelhante, alguns autores combustíveis fósseis, evitando o lançamento na preferem definir a eletricidade como uma variedade de atmosfera dos gases responsáveis pelo aumento do fenômenos que resultam da presença e do fluxo de uma ENERGIA NUCLEAR aquecimento global e de outros produtos tóxicos, que carga elétrica. Alguns elementos químicos possuem átomos cujos não dependem de fatores climáticos (chuva, vento etc.) A diferença de potencial elétrico pode ser ilustrada pelos núcleos podem ser fissionados (quebrados) ou fundir- para o seu funcionamento. polos (ou terminais) de uma pilha ou bateria: um é positivo se com outros. Nessas reações nucleares, massa é e o outro é negativo. Assim, ao ligá-los a um circuito O urânio utilizado em usinas nucleares resulta de transformada em energia, conforme demonstrado por elétrico, haverá movimento de corrente entre esses dois complexas e custosas operações de enriquecimento Albert Einstein. Existem duas formas de aproveitar polos, percorrendo o circuito. A diferença de potencial é isotópico a partir do minério natural e representa uma essa energia para a produção de eletricidade: a fissão medida em volts (V), grandeza elétrica chamada tensão, das dificuldades para sua utilização. que, em uma pilha comum, por exemplo, é de 1,5 V. De modo geral, sem diferença de potencial, não há corrente elétrica. No entanto, mesmo com a aplicação de uma diferença de potencial elétrico entre dois pontos de um corpo ou superfície, nem sempre a corrente elétrica é estabelecida. Na realidade, é preciso que o material tenha propriedades condutoras, isto é, seja um bom condutor. Normalmente, metais como o cobre, a prata e o alumínio são exemplos de bons condutores. Há também materiais que inibem a circulação de corrente, os chamados isolantes, como a borracha, o vidro e a porcelana. Tanto os condutores quanto os isolantes são importantes para as aplicações da eletricidade. ENERGIA QUÍMICA Em qualquer substância existem ligações químicas entre os átomos que as compõem. A energia química está associada a essas ligações. Essa forma de energia é liberada em reações químicas, como acontece quando um combustível é queimado e transformado em gases de chaminé ou quando o alimento é digerido e absorvido pelos animais. A energia química também pode ser criada e armazenada em reações como a fotossíntese das plantas, em que a energia da radiação solar é parcialmente transformada em energia química nos produtos vegetais resultantes. De fato, na combustão da lenha, a energia liberada resulta da energia solar armazenada quimicamente durante o crescimento da árvore. Por exemplo, nas pilhas elétricas usadas em Tom Fawls Photography lanternas, brinquedos e relógios, armazena-se energia química, progressivamente transformada em energia Yasniy elétrica à medida que os usamos. Conceitos e Contextos Parte 1 Conceitos 10 –– 11  ENERGIA MECÂNICA Caminhos que levam à energia A energia mecânica pode ser potencial ou cinética, e está sempre associada a massas. A energia potencial está disponível em situações nas quais as massas podem percorrer diferenças de altura devido à gravidade. Por térmica exemplo, a água armazenada no reservatório de uma central hidrelétrica possui energia potencial que, ao ser FIGURA 1 trazida para um nível inferior, pode ser transformada em REVELANDO A ENERGIA energia elétrica. Um caso de particular interesse nas variações de energia atrito resistência elétrica (chuveiro) mecânica é denominado trabalho, e se observa quando uma força é aplicada a um objeto, de forma a provocar o seu deslocamento. Assim, ao tomar um objeto do chão e colocá-lo sobre uma mesa, estamos aumentando sua energia potencial mediante a execução de trabalho associado à movimentação de sua força-peso. A energia cinética é observada na matéria em movimento, Fahroni e depende da massa e da sua velocidade ao quadrado. Por exemplo, nos geradores eólicos, parte da energia cinética do vento é transformada em eletricidade. combustão ENERGIA TÉRMICA A energia térmica pode apresentar-se de duas formas: tranformação da energia tranformação da energia elétrica mecânica em energia térmica em energia térmica como radiação térmica ou como energia interna que depende de temperatura de gases líquidos ou sólidos. Em um dia de sol, podemos sentir sua radiação térmica, no entanto, em uma pedra aquecida pelo Sol, percebe-se a energia térmica pela temperatura que ela apresenta. Quanto mais quente, mais energia térmica contém. A energia térmica é às vezes equivocadamente denominada de calor, que, a rigor, corresponde ao fluxo de energia térmica observado nas situações em que existe Conversões Fique ligado uma diferença de temperatura entre corpos ou objetos energéticas O SOL PRODUZ ENERGIA em contato. A transferência de calor entre esses corpos De modo geral, a energia se torna aparente nas TÉRMICA POR UMA REAÇÃO promove o aumento da energia térmica do corpo mais situações em que se transforma, passando de uma NUCLEAR DE FUSÃO DE frio e a redução da energia térmica do corpo mais quente. forma energética para outra, nas chamadas conversões ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO Por exemplo, uma panela com água sobre a chama de energéticas. Boa parte dessas conversões acontece EM HÉLIO. TODA A VIDA NA um fogão recebe calor, aumentando a energia térmica da de forma espontânea na natureza e determina a TERRA DEPENDE DESSA água, à medida que sua temperatura aumenta. Em resumo, constituição e a evolução do universo, e são processos ENERGIA. nada contém calor, e sim energia térmica. O calor é energia fundamentais para a vida em nosso planeta. Assim, as térmica se movimentando de um corpo para outro. reações nucleares no interior das estrelas, os vulcões e os terremotos, o ciclo hidrológico (evaporação, formação das nuvens e precipitação, incluindo o escorrimento nos rios até o mar), a formação do anatoliy_gleb vento e das correntes atmosféricas, a fotossíntese e os processos associados à alimentação e à produção de trabalho pelos músculos dos animais são alguns exemplos claros de conversões energéticas. Conceitos e Contextos Parte 1 Conceitos 12 –– 13 FIGURA 2 FIGURA 3 EXEMPLOS DE CONVERSÕES ENERGÉTICAS EXEMPLOS DE PROCESSOS E EQUIPAMENTOS QUE EFETUAM CONVERSÕES ENERGÉTICAS 1. interior das estrelas vapor d’água 2. vulcões e terremotos tubo catódico, lâmpada fluorescente 3. ciclo das águas 4. fotossíntese 3. músculo dínamo alternador coletor solar máquina térmica incandescência atrito motor elétrico zona radiativa zona convectiva precipitação evaporação núcleo Energia Energia Energia Energia Energia Energia de radiação química nuclear térmica mecânica elétrica CO2 1. infiltração O reator nuclear termopilha reação exotérmica, combustão energia fotosíntese solar reação endotérmica resistência clinômetro glicose recolha quimioluminescência eletrólise de gases sismógrafo bateria / célula de combustível água e sismo sais mineirais célula fotovoltática 2. vulcânico 4. Para nossa alimentação, desde as atividades agrícolas, em que a energia é fundamental para o acionamento As conversões energéticas também têm sido promovidas pelo homem ao longo de sua história, na medida em de máquinas e tratores e para a produção de insumos Saiba mais (fertilizantes, agroquímicos etc.), passando por que permitem, a partir das disponibilidades de energia transporte, processamento e armazenamento dos na natureza, obter formas energéticas mais adequadas produtos agropecuários, até sua preparação final nos para as possibilidades de transporte e armazenamento fogões e fornos, as conversões, envolvendo diversas As conversões de energia são energético, assim como para seu uso final, visando à formas energéticas, são essenciais. essenciais até mesmo em nossa movimentação de pessoas e bens, à iluminação e ao aquecimento, entre outros usos da energia. Em síntese, as formas energéticas se convertem umas alimentação. A energia permite Para refletir nas outras, em inumeráveis exemplos. Energia elétrica movimentar máquinas agrícolas e Para tanto, foram desenvolvidos processos tecnológicos se transforma em energia mecânica nos motores tratores, está presente na fabricação e equipamentos energéticos importantes no nosso É SEMPRE POSSÍVEL, PARA elétricos, enquanto a energia mecânica pode produzir de produtos químicos utilizados para dia a dia, como as rodas d’água, os moinhos de vento, QUALQUER ATIVIDADE energia elétrica nos geradores; a energia elétrica fertilizar a terra e defender os vegetais os motores a combustão e elétricos, as lâmpadas, os HUMANA, DESTACAR SUA se converte em radiação (luminosa) nas lâmpadas, refrigeradores e condicionadores de ar. Todos esses de pragas e, ainda, no transporte, DEPENDÊNCIA DIRETA E enquanto a radiação luminosa se transforma em energia equipamentos fazem conversões energéticas. processamento e armazenamento INDIRETA DAS CONVERSÕES elétrica nas fotocélulas... A energia, com seu poder dos produtos agropecuários, até sua As conversões energéticas, bem como o transporte ENERGÉTICAS PARA transformador, é uma heroína de mil faces, ou um e o armazenamento de energia, estão por toda parte. preparação final nos fornos e fogões. ALCANÇAR A PRODUÇÃO DE camaleão, ou, quem sabe, um coringa... Para o nosso deslocamento, utilizamos veículos BENS E SERVIÇOS E O BEM- É possível dizer que, na maioria das com motores que convertem a energia química dos ESTAR DESEJADOS. atividades realizadas pelo homem, ele combustíveis sucessivamente em energia térmica, que depende, seja direta ou indiretamente, é posteriormente convertida em energia mecânica das conversões energéticas para (potencial quando os veículos sobem e cinética quando realizar a produção de bens e serviços ganham velocidade...) e em energia térmica residual. ou para seu bem-estar. Quando esses veículos são freados, sua energia mecânica se dissipa em mais energia térmica. Conceitos e Contextos Parte 1 Conceitos –– 15 Leis básicas Uma consequência importante da Lei da Conservação da Energia é a definição de eficiência, que relaciona o Enunciado de Kelvin-Planck que sai do chuveiro para produzir energia elétrica que foi usada para aquecê-la. Depois de subir uma ladeira, das conversões efeito energético útil obtido com a energia utilizada para sua obtenção e permite avaliar o desempenho dos É impossível a por mais cuidadosamente que se volte de ré pelo mesmo caminho, não será possível repor no tanque o energéticas equipamentos energéticos. No exemplo do parágrafo anterior, a eficiência do motor elétrico seria de 85%, e a do construção de combustível queimado na subida. Outra consequência dessa lei é o conceito de qualidade AS LEIS DA TERMODINÂMICA motor de combustão, 30%, valores representativos para o desempenho desses sistemas de conversão energética uma máquina de uma forma energética, determinado pela possibilidade que, operando de conversão em outras formas. Assim, enquanto a A termodinâmica é uma área da Física que estuda as e indicadores da energia perdida, ou seja, da energia energia elétrica e a energia mecânica apresentam alta relações entre calor, trabalho e as propriedades das não transformada na forma desejada. De forma análoga, substâncias que interagem nessas relações. podem ser determinados valores para a eficiência de lâmpadas, geladeiras e demais sistemas energéticos. em um ciclo qualidade, por serem altamente conversíveis em outras formas energéticas, a energia térmica e a energia química Todos os processos de conversão energética são regidos por duas leis físicas fundamentais que, Em todos os processos reais de conversão energética, termodinâmico, (geralmente utilizada por meio de combustão) são limitadamente conversíveis nas demais. As eficiências segundo Einstein, representam as leis mais básicas e incontestáveis do universo. sempre ocorre alguma produção de energia térmica. Assim, a segunda lei básica, desenvolvida entre 1824 e converta toda a dos motores elétricos e de combustão, indicadas anteriormente, mostram isso claramente. A primeira delas, estabelecida em 1840, é a Lei da 1865, é a Lei da Dissipação da Energia. quantidade de É interessante observar como essas duas leis se Conservação da Energia: Entre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior aplicação na construção de máquinas calor recebido em complementam na compreensão dos processos energéticos: a energia não se destrói e, portanto, não Energia não se cria e utilização na indústria, pois trata diretamente do rendimento das máquinas térmicas. trabalho. desaparece durante sua conversão em outras formas, mas uma parcela será sempre e irreversivelmente nem se destrói. convertida em energia térmica, com baixa Dois enunciados diferentes ilustram a segunda Lei Este enunciado implica que não é possível que um conversibilidade. da Termodinâmica, os enunciados de Clausius e de Kelvin-Planck: dispositivo térmico tenha um rendimento de 100%, isto Com a exceção dos casos em que ocorrem reações é, por menor que seja, sempre há uma quantidade de Enunciado de Clausius calor que não se transforma em trabalho efetivo. nucleares e conversão de massa em energia, a soma dos fluxos e estoques energéticos é sempre constante. Desse modo, quando se pretende obter energia elétrica Essa lei é efetivamente útil para entender como se O calor não pode ou mecânica, a eficiência será sempre menor que 100%, pois energia térmica será produzida inevitavelmente. comportam os equipamentos energéticos. Por exemplo, em um motor elétrico típico, observa-se a entrada de fluir, de forma Entre as consequências importantes dessa lei, tem-se a espontânea, 100 unidades de energia elétrica e a saída de 85 unidades irreversibilidade dos processos de conversão energética, de energia mecânica, enquanto, em um motor de pois é possível converter bem (com alta eficiência) combustão, é possível medir a entrada de 100 unidades de energia química para a produção de 30 unidades de de um corpo de energia elétrica ou mecânica em energia térmica, mas apenas parcialmente (com baixa eficiência) energia Fique ligado energia mecânica. Como energia não se destrói, a parcela faltante corresponde à energia não convertida em energia temperatura menor, térmica em outras formas energéticas. Portanto, os processos energéticos não podem ser revertidos de mecânica. Em ambos os casos, é liberada como energia térmica. Desse modo, no motor elétrico, 15 unidades da para um outro corpo forma perfeita, pois, à medida que o tempo avança e conversões energéticas, naturais ou promovidas pelo EM POUCAS PALAVRAS: NAS CONVERSÕES A energia elétrica se convertem em energia térmica (que de temperatura homem vão acontecendo, a energia do universo, que não se cria nem se destrói, transforma-se de forma ENERGIA SE CONSERVA, MAS PERDE QUALIDADE, mais alta. aquece o motor), enquanto, no motor de combustão, 70 unidades da energia do combustível se transformam em irreversível em energia térmica. PROPORCIONALMENTE energia térmica, liberada nos gases de escapamento e no Com efeito, uma das formas mais consistentes de medir AO DESEMPENHO DO radiador desse motor. a passagem do tempo é exatamente observando como EQUIPAMENTO. A consequência é que o sentido natural do fluxo de calor ocorre da temperatura mais alta para a mais baixa. Além se incrementa a energia térmica a partir das outras disso, para que o fluxo seja inverso, é necessário que um energias. Não é possível, infelizmente, obter novamente agente externo realize um trabalho sobre este sistema. a lenha queimada em uma fogueira a partir das cinzas, da fumaça e da energia liberada, nem usar a água aquecida Conceitos e Contextos Parte 1 Conceitos 16 –– 17  Saiba mais Aristóteles (384-322 a.C.), filósofo grego, nasceu em Estagira, colônia de origem jônica, no reino da Macedônia. A região geográfica da Macedônia é atualmente dividida entre a Grécia, a República da Macedônia, a Bulgária, a Albânia e a Sérvia. Aristóteles é filho de Nicômaco, médico do rei Amintas. Toda a sua filosofia se embasa em uma observação minuciosa da natureza, da sociedade Pasko Maksim e dos indivíduos, organizada de forma enciclopédica. Foi discípulo do filósofo Platão. Elaborou um sistema filosófico no qual abordou e pensou sobre praticamente todos os assuntos existentes, como geometria, física, metafísica, botânica, zoologia, astronomia, medicina, psicologia, Energia Geralmente, dizemos que precisamos de energia, a definição de dois vocábulos gregos, que foram ética, drama, poesia, retórica, mas, muitas vezes, precisamos mesmo é de potência, traduzidos para o português como ato (gr. energéia) e matemática e principalmente lógica. e potência porque necessitamos de uma quantidade de energia durante certo tempo. Assim, quando queremos iluminar potência (gr. dýnamis). No pensamento de Aristóteles, “ato” é o oposto de “potência”. Se, por um lado, ato adequadamente um quarto, precisamos de lâmpadas significa o “Ser” em sua capacidade de se desenvolver, Energia é quantidade de capacidade transformadora, e com a potência correta, e quando queremos ir a um a “potência” é o “Ser” em sua possibilidade de se potência é a velocidade na qual essa capacidade é exercida. local, pretendemos fazer isso em um tempo razoável. desenvolver. A ideia aristotélica pode ser exemplificada Escolástica foi o pensamento De nada adianta consumir a mesma energia, iluminando da seguinte maneira: a árvore é o “ato” da semente Alguns exemplos podem ajudar a compreender esse cristão produzido na Idade Média. o quarto durante um tempo maior com uma lâmpada daquela árvore, ou seja, a semente é a árvore desta conceito. Vejamos: para mover uma quantidade de Porque era a filosofia ensinada nas mais fraca, ou mover-se vagarosamente para onde se semente em “potência” (ou em potencial). Nota-se que terra de um lugar a outro, é necessária uma quantidade escolas da época pelos mestres, quer ir, de modo a necessitar de uma potência menor. Aristóteles deve ser interpretado em sua época, visto de energia, não é? Se quisermos fazer isso em pouco que o conceito hodierno de “potencial” (que é ligado à foram chamados de escolásticos. As tempo, será preciso um equipamento de grande Veja, a seguir, como o conceito de energia e potência matérias ensinadas nas escolas da energia) não é sinônimo de “potência”. potência, mas, se não tivermos pressa, pode ser usado evoluiu ao longo do tempo. época eram representadas, em uma um equipamento menos potente para o mesmo serviço. primeira divisão, em artes liberais: Uma bateria de automóvel tem energia suficiente para OS CONCEITOS DE ATO O CONCEITO DE “FORÇA VIVA” gramática, retórica e dialética. Em manter uma lâmpada de uso residencial acesa por umas E POTÊNCIA EM ARISTÓTELES (LAT. VIS VIVA) NA ESCOLÁSTICA uma segunda divisão, quatro artes seis horas, a mesma energia que é liberada em frações matemáticas: aritmética, geometria, Já no período denominado Escolástica, observam-se de segundo por um raio durante uma tempestade. Nossa história começa debruçada na primeira obra astronomia e música. A escolástica pesquisas no campo da força viva (isto é, vis viva), que Quando compramos uma quantidade de combustível, do filósofo Aristóteles (384-322 a.C.), Filosofia, ou a surge, historicamente, do especial se caracterizava pela força natural de movimento de compramos energia, que poderá fornecer mais ou Opus Magna Metafísica, conforme denominada mais um corpo até a sua parada. Escolásticos como Alberto desenvolvimento da dialética. menos potência, dependendo do tempo em que vamos tarde por Andrônico de Rodes (130-60 a.C.). É no livro Magno e Roger Bacon estudaram esse tema e sua consumir tal combustível. IX, “A doutrina da potência e do ato”, que percebemos relação com a conservação da energia. Conceitos e Contextos Parte 1 Conceitos 18 –– 19  Saiba mais Saiba mais René Descartes, filósofo e Sir Isaac Newton, físico, matemático matemático, nasceu em La Haye, e astrônomo inglês, nasceu em 25 Touraine, cerca de 300 quilômetros de dezembro de 1642, na cidade a sudoeste de Paris, em 31 de março de Woolsthorpe, Lincolnshire, na de 1596. De 1604 a 1614, estudou no Inglaterra. Estudou no Trinity College colégio jesuíta de La Flèche. Mesmo de Cambridge, onde recebeu, em sendo apreciado pelos professores, 1665, o título de bacharel. A partir Descartes se declarou decepcionado desse ano, a peste que castigava a com o ensino, e afirmou que a filosofia Inglaterra fez com que se recolhesse, escolástica não leva a lugar nenhum. por um período aproximado de dois Declarou em Discurso sobre o método: Diego Cervo anos, em sua aldeia natal. Esse longo “Não encontramos aí nenhuma período de recolhimento forçado de coisa sobre a qual não se dispute”. Newton (1665-1667) ficou conhecido Só as matemáticas demonstram como “os anos admiráveis” – quando o que afirmam: “As matemáticas o cientista imaginou seus mais agradavam-me, sobretudo, por causa importantes princípios relacionados da certeza e da evidência de seus ao movimento dos astros, procurando, raciocínios”. Decepcionado com a ao mesmo tempo, esquematizar as escola, ele procura outras fontes de O CONCEITO DE VIS VIVA EM conhecimento. O CONCEITO DE ENERGIA E respeitáveis conclusões a que haviam DESCARTES (MV) E LEIBNIZ (MV²) POTÊNCIA NA FÍSICA CLÁSSICA, chegado muitos físicos anteriores, O debate sobre a vis viva transcendeu o domínio da Discurso sobre o método é uma das POR ISAAC NEWTON tais como Robert Boyle, Robert Hooke mais famosas obras da literatura e Edmund Halley. Nesse período, Escolástica cristã, e contou com a contribuição de O conceito de energia amalgamado na física clássica filosófica, sendo por muitos realizou quatro das suas principais René Descartes (1596-1650) e de Gottlieb Wilhelm correspondia à capacidade potencial de um sistema ou Leibniz (1648-1783). Enquanto Descartes entendia que considerado o texto motivador da descobertas: o teorema binomial; o corpo de realizar trabalho. E potência ficou associada à a quantidade de movimento está relacionada com o ruptura cultural que dá origem à razão da energia pelo tempo gasto. Isaac Newton (1642- cálculo; a lei da gravitação; a natureza produto da massa pela velocidade, Leibniz defendia que filosofia moderna. 1667) amplificou esse conceito. das cores. a quantidade de movimento de um corpo está associada ao produto da massa pela velocidade ao quadrado. Conceitos e Contextos Parte 1 Conceitos 20 –– 21  Saiba mais Fique ligado TAMBÉM SÃO COMUNS OS Albert Einstein nasceu na Alemanha, MÚLTIPLOS DESSAS UNIDADES, em 14 de março de 1879. Devido à EMPREGANDO OS SUFIXOS formulação da Teoria da Relatividade, QUILO (K) E MEGA (M) INDICANDO, Einstein pode ser considerado o mais RESPECTIVAMENTE, MIL E UM célebre cientista do século XX. Ganhou MILHÃO DE VEZES. EXISTEM o Prêmio Nobel de Física no ano de AINDA OUTROS SUFIXOS, COMO 1921, ao explanar sua teoria quântica, MILI (M), GIGA (G). que apresentava esclarecimentos sobre o efeito fotoelétrico. No entanto, o prêmio só foi anunciado UNIDADES em 1922. Einstein tornou-se famoso ENERGÉTICAS mundialmente e um sinônimo de Exemplos da aplicação MicroOne inteligência. Suas descobertas Para conhecer bem um parâmetro, como a altura de uma pessoa, é preciso medi-lo, e para isso precisamos definir no dia a dia provocaram uma verdadeira revolução as unidades, como o metro. É interessante conhecer no pensamento humano. as unidades usadas para expressar energia e potência, pois elas aparecem em nossas contas de luz, nos eletrodomésticos e até nos rótulos dos alimentos. UM LITRO DE GASOLINA CONTÉM CERCA DE 40 MJ (QUARENTA MILHÕES DE JOULES) A unidade básica para energia2 é o joule ou J. Pegar A matéria é formada de pequenas uma laranja no chão e colocar sobre uma mesa requer O CONCEITO DE “ENERGIA” E partículas, os átomos, e estes são aproximadamente 1 J de energia. Já para potência, QUATRO BOLACHAS DE ÁGUA E SAL “POTÊNCIA” NA FÍSICA RELATIVISTA formados por partículas elementares, a unidade usual é o watt ou W, que significa um joule CONTÊM 135 KCAL (OU 568 KJ) DE ALBERT EINSTEIN E NA FÍSICA sendo as principais os prótons (com por segundo. Assim, a potência necessária para elevar QUÂNTICA DE NIELS BOHR carga positiva), os elétrons (com carga a laranja até a mesa em um segundo é 1 W. Outras unidades comuns para energia são a caloria ou cal, No início do século XX, o conceito de energia ganhou negativa) e os nêutrons (sem carga). facilmente encontrada nos rótulos dos alimentos para A DIETA DE REFERÊNCIA PARA UM ADULTO IMPLICA A novos elementos. Albert Einstein desenvolveu a Teoria Essas partículas são formadas por quarks. mostrar seu conteúdo energético (1 cal = 4,2 J), e o INGESTÃO DE 2.000 KCAL (OU 8.400 KJ) POR DIA da Relatividade. Durante suas pesquisas, demonstrou a watt-hora ou Wh (1 Wh = 3.600 J), que corresponde à relação de equivalência entre massa (m) e energia (E). No núcleo do átomo, estão os prótons energia desenvolvida por um watt durante uma hora. Dessa forma, massa e energia representam duas faces e os nêutrons, e, em torno desse O CONSUMO MENSAL DE ENERGIA ELÉTRICA DE UMA da mesma moeda. Einstein criou a fórmula E = mc², pela núcleo, estão os elétrons. Um próton FAMÍLIA PODE SER DE 200 KWH (OU 720 MJ) qual E representa energia, m é massa, e c² expressa o repele outro próton. O mesmo ocorre quadrado da velocidade da luz no vácuo. com os elétrons, que se repelem Nos anos 20 do século passado, surgiu a Física Quântica. entre si. No entanto, entre um próton Saiba mais UMA GELADEIRA EFICIENTE DE 300 LITROS CONSOME Ela usa o sistema – fragmento da realidade, passível de e um elétron, existe uma força de MENSALMENTE CERCA DE 26 KWH (OU 94 MJ) observação – como ferramenta de estudo. Pode ser atração. Os prótons se mantêm juntos um elétron, um próton ou até mesmo um átomo. Se, na no núcleo devido a outras forças Física clássica, as variáveis são sempre determinadas, na nucleares. Num átomo, normalmente, A unidade é denominada joule (J) em homenagem a Sir James UMA LÂMPADA EFICIENTE DE 15 W ILUMINA O MESMO quântica,