trabalho de física - tipos de energia

trabalho de física - tipos de energia

(Parte 1 de 2)

Escola Estadual de Ensino Fundamental e médio Prof. Raul Córdula

Campina Grande – PB 20/11/2009

Aluna: Eunice Paloma Nascimento nº. 14

2ºano “A” manhã

Física – Hiberval

Introdução

Falarei sobre os diversos tipos de energia, Em geral, o conceito e uso da palavra energia se refere "ao potencial inato para executar trabalho ou realizar uma ação", O termo energia também pode designar as reações de uma determinada condição de trabalho, por exemplo, o calor, trabalho mecânico (movimento) ou luz. Estes que podem ser realizados por uma fonte inanimada (por exemplo, motor, caldeira, refrigerador, alto-falante, lâmpada, vento) ou por um organismo vivo (por exemplo, os músculos, energia biológica).

O conceito de Energia é um dos conceitos essenciais da Física. Nascido no século XIX pode ser encontrado em todas as disciplinas da Física (mecânica, termodinâmica, eletromagnetismo, mecânica quântica, etc.) assim como em outras disciplinas, particularmente na Química. Começarei o estudo de cada um dos principais tipos de energia.

Energia mecânica

Energia mecânica é, resumidamente, a capacidade de um corpo produzir trabalho.

Energia mecânica é a energia que pode ser transferida por meio de força. A energia mecânica total de um sistema é a soma da energia potencial com a energia cinética. Se o sistema for conservativo, ou seja, apenas forças conservativas atuam nele, a energia mecânica total conserva-se e é uma constante de movimento. A energia mecânica "E" que um corpo possui é a soma da sua energia cinética "c" mais energia potencial "p".

Uma força é classificada como sendo conservativa quando um trabalho realizado por ela para movê-lo de um lugar a outro independentemente do percurso, isto é, do caminho escolhido. Esclarecendo: para carregar um saco de batatas e transportá-lo morro acima, o caminho escolhido pode ser mais longo, caminhando circularmente ou um caminho mais curto e reto, mas através de uma ladeira íngreme. A força gravitacional é um tipo de força conservativa. Um exemplo de força não conservativa é a força de atrito que também é chamada força dissipativa.

Há uma lei fundamental da Física que é a da conservação da energia mecânica de um corpo: E = K + U = constante, se um corpo está sob a ação somente de forças conservativas. Isso equivale a dizer que se a energia cinética de um corpo aumenta, a energia potencial deve diminuir e vice-versa de modo a manter E constante.

Considere que uma bola com massa m = 0,6 kg, na mão de uma pessoa está a uma altura h = 4 m do chão. Sua energia potencial é U = mgh = 24 joules sendo g = 10 m/s², a aceleração da gravidade. Nesse lugar, como a bola está parada, sua velocidade = 0 e, portanto sua energia cinética também é igual à zero: K = 1/2(mv²) = 0. Assim sua energia mecânica total é E = 24 J. Ao ser lançada, essa bola atinge o solo e sua altura ficará igual à zero, e sua U = 0. Como há conservação de energia mecânica, sua energia cinética ficará sendo K = 24 J. Deste valor podemos obter o valor da velocidade instantes antes de atingir o solo: v = 8,94 m/s. Quanto maior a altura de onde é lançada a bola, maior a velocidade atingida ao atingir o chão. Vale o contrário, isto é, quanto maior a velocidade, maior a altura atingida.

Assim, se um atleta quer saltar uma boa altura h, é preciso correr muito para atingir uma velocidade alta. É isso que fazem os atletas que praticam salto em altura, salto tríplice, saltos com evoluções em ginástica olímpica. Também pode ser dividida em: Energia Cinética, Energia Potencial Gravitacional e Energia Potencial Elástica. A energia mecânica é a energia de movimento.

Onde:

K  energia cinética

U  energia potencial gravitacional

k  constante elástica

m  massa (kg)

g  aceleração da gravidade (~9.8m/s²) (constante)

h  altura(m)

v  velocidade(metros por segundo)

Fórmulas

Energia Mecânica = Ec+ Ep

Para:

Energia Cinética = mv2

Energia Potencial Gravitacional(Epg) = mgh

Energia Potencial Elástica(Epe) = kx2

Atenção: podem ocorrer as duas energias potenciais, então a fórmula será:

Energia Mecânica = Ec+ Epe+ Epg

(exemplo de energia mecânica)

Energia química

É a energia que está armazenada num átomo ou numa molécula. Existem várias formas de energia, mas os seres vivos só utilizam a energia química.

A Energia Química está presente nas ligações químicas. Existem ligações pobres e ricas em energia. A água é um exemplo de molécula com ligações pobres em energia. A glicose é uma substância com ligações ricas em energia.

Os seres vivos utilizam a glicose como principal combustível (fonte de energia química); entretanto, esta molécula não pode ser utilizada diretamente, pois sua quebra direta libera muito mais energia que o necessário para o trabalho celular. Por isso, a natureza selecionou mecanismos de transferência da energia química da glicose para moleculas tipo ATP (adenosina trifosfato). Os primeiros seres vivos criaram o primeiro destes mecanismos: a fermentação. A fermentação anaeróbia, além do ATP, gera também etanol e dióxido de carbono (CO2). A presença de CO2 na atmosfera possibilitou o surgimento da fotossíntese. Este processo fez surgir o O2 (oxigênio) na atmosfera. Com o oxigênio, outros seres vivos puderam desenvolver um novo mecanismo de transferência de energia química da glicose para o ATP: a respiração aeróbica.

As reacções químicas geralmente produzem também calor: um fogo a arder é um exemplo. A energia química também pode ser transformada em qualquer forma de energia, por exemplo em electricidade (numa bateria) e em energia cinética (nos músculos ou nos motores a gasolina).

Energia química é a energia potencial das ligações químicas entre os átomos. Sua liberação é percebida, por exemplo, numa combustão.

A energia potencial química (dos alimentos) é quando nós comemos e não usamos a energia, ou seja, ela está armazenada (não está em uso). A energia química (dos alimentos) é a energia que está em uso, sendo uma parte transformada e a outra sendo liberada para a natureza em forma de calor.

A variação de energia em reações químicas sendo endoenergéticas e exoenergéticas ou seja vindo de dentro ou de fora (respectivamente, absorvem ou libertam energia) está relacionada com a ruptura e formação destas ligações químicas entre os átomos das moléculas.

A título de exemplo, tome-se o caso da combustão de hidrogênio com oxigênio. Pelos devidos cálculos, pode-se concluir que esta reação liberta 235 kJ por mol de água formada. Rever os procedimentos abaixo.

kJ mol-1 ( mil Joule por cada mol de partículas/átomos/moléculas - neste caso falamos em mol de molécula

A ruptura da ligação simples de uma molécula de hidrogênio (H-H em H2) consome 436 kJ mol-1.

H-H E= 436 kJ mol-1

A ruptura da ligação dupla de uma molécula de oxigênio (O=O em O2) consome 499 kJ mol-1.

O=O E= 499 kJ mol-1

A formação das duas ligações simples numa molécula de água (H-O em H2O) liberta 2*460 kJ mol-1.

H-O E= 460 kJ mol-1

(a energia de dissociação de HO-H e H-O é diferente, pelo que este valor é a média de ambos)

Tomando a equação química com as devidas estequiometrias:

H2 + 1/2O2 --> H2O

Pode-se concluir (subtraindo a energia libertada e somando a energia consumida ou absorvida) que a variação energética é:

( 436 +499/2 -2*460 ) kJ mol-1 = - 235 kJ mol-1

ou seja, o sistema liberta 235 kJ por cada mol de água formada.

(exemplo de energia quimica)

Energia térmica

Energia térmica ET é uma forma de energia que está diretamente associada à temperatura absoluta T de um sistema, e corresponde à soma das energias cinéticas Eci que suas partículas constituintes possuem em virtude de seus movimentos de translação, vibração ou rotação. Assume-se um referencial inercial sob o centro de massa do sistema. A energia térmica de um corpo macroscópico corresponde à soma das energias cinéticas de seus constituintes microscópicos. À transferência de energia térmica de um sistema termodinâmico a outro se dá o nome de calor.

Na maioria das reações químicas expontâneas exoenergéticas a energia inicialmente armazenada na forma de energia potencial elétrica na distribuição eletrônica dos elétrons na estrutura dos reagentes é convertida em energia térmica armazenada nas partículas dos produtos, o que martém a energia interna do sistema formado pelos reagentes e/ou produtos constante em obediência à lei da conservação da energia mas leva a um considerável aumento na temperatura absoluta do sistema como um todo. Esta sistema aquecido é então utilizado como a fonte quente (fonte de calor) em uma máquina térmica que tenha por função transformar a energia térmica da fonte quente em trabalho. No processo energia térmica acaba renegada à fonte fria.

O calor na verdade é o fluxo de energia que se dá entre dois sistemas devido exclusivamente à diferença de temperatura entre esses sistemas ou corpos.

A energia térmica (e o calor) medem-se em unidade de energia: o Joule no sistema SI, ou de forma habitual a caloria.

A definição de caloria é a quantidade de calor (energia) necessária para elevar em 1 grama de água de 14,5 graus Celsius (oC) para 15,5oC.

Em linguagem matemática a energia térmica é definida como:

Etermica = Σi Ec_i

Para sistemas onde vale o princípio da equipartição da energia, o que corresponde à maioria dos sistemas termodinâmicos, ela pode ser expressa por:

Etermica

onde KB corresponde à constante de Boltzmann, N corresponde ao número de partículas no sistema, T corresponde à temperatura absoluta do sistema e r corresponde ao número de graus de liberdade por partícula do sistema, podendo r assumir valores entre r=9 (três graus de translação, três de rotação e três de vibração) para sistemas compostos por partículas mais complexas e r=3 nos sistemas tridimensionais mais simples (compostos por partículas puntuais com três graus de translação apenas).

(exemplo de energia térmica)

(Parte 1 de 2)

Comentários