9º Ano 1º BIMESTRE - ENERGIA

ENERGIA

I- O CONCEITO DE ENERGIA

Desde a origem do universo (Big-bang que aconteceu há cerca de 13,7bilhoes de anos), existe uma grandeza que se encontra anexa aos elementos do universo, ela é denominada de energia. A energia encontra-se participando do nosso dia a dia através de distintas formas. Como por exemplo: quando usamos uma bomba d’água (motor) para bombear água do poço para caixa d’água, ou quando acendemos o fogão para preparar um alimento, quando acionamos um interruptor para acender uma lâmpada, ou quando falamos ao telefone. A energia está presente nas pilhas a qual podem ser usadas para acender uma lâmpada de uma lanterna. A energia não pode ser tocada nem vista na maioria das vezes. Somente em alguns casos essa regra é quebrada como na luz visível. Não podemos ver a energia elétrica percorrendo fio, mas podemos percebê-la quando por descuido encostamos num fio desencapado e levamos um choque. Já a matéria é algo que podemos ver e tocar. Ela possui massa e ocupa um local no espaço.

O conceito de energia é muito abstrato pois é um princípio matemático. A energia é uma palavra que possui muitas definições.

No século XIX ela passou a descrever um grande número de fenômenos físicos. Geralmente ela aparece ligada a todas as manifestações de movimento de força. Trata -se de uma grandeza associada a todo os elementos do universo desde a sua formação.


Nos dias atuais a definição de energia encontrada na maioria dos livros didáticos é aquela definição de energia como competência para obter um trabalho. Através dessa definição podemos perceber a energia pelo seu trabalho concretizado. No entanto é uma definição que não está totalmente adequada, pois compreendemos que nos processos espontâneos ocorre a conservação de energia, mas a capacidade de fazer um trabalho não é conservada.


A energia pode ser interpretada como uma quantidade a qual interfere nos fenômenos do universo. Uma grandeza, uma quantidade que pode ser comensurável, a qual se mantém em todas as transformações.


No ano de 1872 foi proposto por James Clerk Maxwell, uma definição que afirma que energia é aquilo que admite uma alteração na configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste à esta modificação. Portanto trata-se de uma definição mais correta que a anterior que estava relacionada a competência de realizar trabalho.

Vídeos Relacionados:

O QUE É ENERGIA?

 Disponível em:  https://www.youtube.com/watch?v=0ZwiNOd3eQM

 

 Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=aPHe0MTkARE

 

II- FORMAS DE ENERGIA

A energia é considerada uma grandeza única, mas, dependendo de como se manifeste ela pode receber denominações diferentes, que são as principais formas de energia: mecânica, térmica, da radiativa, química, elétrica, nuclear (atômica), de massa e acústica (sonora).  

1) ENERGIA MECÂNICA: 

 
Ela é uma grandeza escalar, uma energia que é apropriada para efetuar um trabalho mecânico. Num determinado momento, um corpo pode apresentar dois tipos de energia mecânica. Portanto a energia mecânica será o resultado da soma das duas quantidades de energia (potencial e cinética), que serão apresentadas abaixo.
 

 Tipos de energia mecânica: 

 Energia cinética (Representada por Ec): é aquela energia que se encontra associada aos movimentos. Exemplo: um carro se deslocando, uma pedra caindo. Portanto a energia cinética é aquela energia a qual o corpo gasta para se movimentar. Energia cinética = Trabalho.

Energia Potencial (Representada por U ou Ep): é a denominação geral da energia, a qual se relaciona à posição relativa a outra coisa. Essa energia apresenta-se num estado latente e está sempre de modo eminente a se transformar em energia de movimento. Ou seja, é aquela energia a qual se encontra armazenada nos corpos. Por exemplo, quando arremessamos um avião de papel, aplicamos uma força e realizamos um trabalho. A energia armazenada em nosso corpo é transformada em energia de movimento (muscular) e em seguida ela é transferida para o avião (impulsionando-o). Existem duas formas de energia potencial: a gravitacional e a elástica.



Energia potencial gravitacional ( Representada por Epg): é a energia que um corpo possui devido a sua posição no espaço referente ao campo gravitacional da Terra por exemplo. Devemos lembrar que a Terra é fonte de um campo gravitacional. Toda massa possui a competência de criar em torno de si um campo de forças que recebe o nome de campo gravitacional. Ele possui a propriedade de puxar as partículas que estão submetidas a ele para junto da massa que o gerou. Ela vai depender do peso do corpo, do local onde se encontra e da altura do seu centro de massa em relação a uma referência no plano horizontal. Exemplos: quedas, rampas, descidas, etc.




Energia potencial elástica (Representada por Epe): é aquela energia a qual se encontra guardada no sistema elásticos deformados. Ou seja, é aquela energia que se encontra guardada num corpo que sofre deformação em uma de suas dimensões. Como exemplo de corpos que sofrem deformações pode citar o elástico e as molas que podem ser comprimidas ou alongadas, ela também é encontrada nos gases comprimidos, entre outros.

Foto 01: Diferentes tipos de molas.

Energia potencial elástica encontrada nas molas quando elas sofrem uma deformação.

2) Energia térmica: 

a matéria é formada por pequenas partículas chamadas de moléculas. Essas partículas formadoras da matéria possuem energia de agitação.

As partículas formadoras de um corpo estão em constante movimento. Portanto elas possuem energia cinética. O estado de agitação das partículas de um corpo vai estar relacionado com a temperatura. A energia térmica de um corpo vai depender da energia de agitação média de cada partícula e do número de partículas formadoras do corpo. Quanto mais agitação essas partículas possuírem mais energia térmica esse corpo possuirá.

A energia térmica que é transferida de um corpo para outro é denominada de calor. Portanto calor consiste na energia térmica em trânsito. 

 

Foto: 02 Resistência de chuveiro elétrico.

A resistência que aquece a água dentro do chuveiro transforma a energia elétrica em energia térmica.

Foto: Ferro de passar roupas

3) Energia radiante ou radiativa (energia da luz) ou também chamada de irradiação:  

é aquela energia que é propagada por radiação eletromagnética a qual é capaz de se difundir em todas as direções. A luz pode ser compreendida como uma oscilação no campo eletromagnético. Portanto a luz é uma forma de energia radiante. A luz pode ser compreendida como o agente físico que produz a sensação da visão, quando atua nos órgãos visuais. A luz se propaga no vácuo com uma velocidade aproximada de 300 000 km/s. Pode ser compreendida como a transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas.



Exemplo desse tipo de energia: A transmissão da energia do Sol à Terra ocorre através de ondas eletromagnéticas. Podemos citar também como exemplo o fogo, a chama de uma vela acesa, uma fogueira, a lâmpada incandescente acesa, o ferro elétrico (ferro de passar roupa) ligado, o forno de micro-ondas e a torradeira.



Podemos diferenciar a energia radiante da energia térmica, mecânica e elétrica pelo fato da energia radiante não necessitar de um meio para efetuar sua transferência, uma vez que ela se propaga no vazio. Quando os raios infravermelhos alcançam um objeto, fazem com que as moléculas se movimentem mais rapidamente e essa energia se transforma em energia térmica. Portanto a energia radiante quando transportada pelas ondas de rádio, infravermelho, ultravioleta, pela luz visível, raios x, raios gama e outros, pode se transformar em energia térmica por absorção.

Foto:03 Lâmpada incandescente.

A lâmpada incandescente acesa emite energia radiante.

 

4) Energia Potencial química: 

 é aquela energia que foi desprendida nas reações químicas. Trata-se da atração dos átomos uns pelos outros. Portanto é uma forma de energia que se encontra armazenada, então podemos concluir que ela é um tipo de energia potencial.

Foto: 04 - Energia Potencial química.

Foto: 05.

Exemplo de Energia potencial química encontrada nas (Pilhas)

Foto: 06

Energia potencial química encontrada nos (Alimentos)

5) Energia elétrica: é aquela associada as cargas elétricas. 

6) Energia nuclear (atômica): Compreende aquela energia encontrada no núcleo de um átomo. Uma enorme quantidade de energia é liberada quando ocorre a fissão do núcleo do átomo de urânio enriquecido. Portanto podemos obter essa energia por fissão nuclear ou também pode ser obtida pelo processo de fusão nuclear. Nesse processo os átomos se combinam ou se unem formando um átomo com número atômico maior.

7) Energia de massa: um corpo possui energia de sua legítima essência. Pelo simples fato das partículas, que formam o corpo, existirem elas vão possuir uma energia mesmo estando em repouso ou de forma isolada. (Feynman) 

8) Energia acústica (sonora): O som pode ser considerado um tipo de energia mecânica, que é transmitido pelas partículas do ar em vibração a partir de uma fonte sonora em direções a áreas mais afastadas. O som não pode ser propagado no vácuo, já que necessita de um meio material para ser transmitido. 

 

III- O PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA.

Segundo esse princípio a energia total do universo é constante, só podendo ocorrer somente transformações de uma modalidade energética em outra. É uma lei que governa todos os fenômenos naturais e não existe nenhuma exceção a essa lei.

Um sistema em que as forças que realizam trabalhos transformam unicamente energia potencial em energia cinética e vice-versa então chamamos este sistema de mecânico conservativo. Exemplos: as forças de gravidade, elásticas e eletrostáticas.

A soma das energias potenciais e cinéticas de um corpo vão ser igual a energia mecânica de um corpo.   

 Quando desdobrada a lei de conservação de energia para abranger o calor, passamos a denominá-la de primeira lei da termodinâmica.

A Primeira Lei da Termodinâmica

A primeira Lei da termodinâmica incorpora o calor, como sendo uma forma de energia, ao princípio geral da conservação da energia. Portanto ela representa a aplicação do princípio de conservação de energia em sistemas os quais podem trocar nas suas imediações a energia por calor. Sendo assim todo trabalho efetuado por meio do calor, sempre será consumido por uma quantidade de calor que será análoga a quantidade de trabalho que foi realizado.

Vídeos Relacionados:

Conservação da energia

Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=8hUZQ04xiXA

 

IV- TRABALHO, POTENCIA E ENERGIA

TRABALHO

A palavra trabalho em Física não denota profissão ou serviço, ela está relacionada com a transferência de energia de um sistema para ou outro. Deste modo necessitando a utilização de uma força e de um deslocamento correspondente.

POTÊNCIA

A medida da rapidez com que um trabalho é efetivado é chamada de potência. Ela compreende a razão entre o trabalho realizado e o intervalo de tempo gasto para concretizá-lo.  Exemplo: Quanto maior for a rapidez de rotação das navalhas de um liquidificador, menor será o intervalo de tempo gasto por ele para triturar os alimentos. Deste modo quando aumentamos a velocidade de rotação das navalhas, estaremos aumentando a potência do sistema.

V- AS TRANSFERÊNCIAS DE ENERGIA

As  transferências de energia podem ocorrer através  de um processo mecânico, através da realização de um trabalho ou por transferência de energia por meio térmico.

Transferência por meio térmico:  

a) Radiação ou Irradiação – Ela se manifesta na forma de ondas de calor.

 

b) Convecção- trata-se de uma forma de transmissão de calor na qual a energia é transferida de um local para o outro, sendo provocada pelo movimento ou circulação da água, ou pelos gases quando aquecidos. Podendo ser gerada de forma natural ou artificial.
Exemplo: um secador de cabelo (o ar quente produzido no seu interior é empurrado para o exterior com auxílio de um ventilador).

Outro exemplo seria um forno a gás para cozimento de pães onde a forma transferência de calor que prevalece (cerca de oitenta e nove por cento) é a ocorrida por convecção. A radiação seria encarregada por transferir somente 11% de calor (CARZINO,2006).


c) Condução- ocorre nos corpos sólidos. Exemplo: uma colher encostada num dos lados de uma panela ao fogo. O calor é transferido da panela para a colher por condução.

 

Vídeos Relacionados:

 TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA SEM FIOS:

ELETRICIDADE SEM FIOS

  
  Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=sMfAotrPEkI

VI- AS TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA

2º Lei da Termodinâmica

Essa lei vai abranger os casos em que o calor é transformado em outras formas de energia. Ela é uma lei que se difere das outras leis da Física por oferecer diversos enunciados. Essa lei institui como a energia térmica e a transferência de calor vão estar relacionados a conceitos de “ordem” e “desordem” que são pertinentes a matéria.

As Transformações de energia.

            A energia não pode ser criada nem destruída. Quando uma forma de energia se transforma em outra a quantidade total de energia é mantida (Lei da conservação da energia).

A energia total do universo é constante, podendo haver apenas transformações de uma modalidade em outras.

 

Vídeos Relacionados: 

  O caminho da energia na Expedition Everest 

Disponível em:  https://www.youtube.com/watch?v=dJy6_rJ87as

A inércia em uma pista  de testes.

 

 Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=eUPiaaNlPas

 

 Entenda a gravidade caindo de um prédio.

   

Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=y6gNCTke7xg&t=9s

Como gerar energia jogando futebol

Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=N0j-l514AxQ

 LATA BUMERANGUE.

  Disponível em:https://www.youtube.com/watch?v=Zfm2yq-5dZo

Documentário Termoelétrica 

 

Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=_i1eA3SAerc

 

NOS MOTORES ELÉTRICOS OCORRE A TRANSFORMAÇÃO DA ENERGIA ELÉTRICA EM ENERGIA MECÂNICA

 

MOTORES ELÉTRICOS

O motor elétrico é um dispositivo que recebe a energia elétrica e transforma parte dessa energia elétrica em energia mecânica (movimento) e outra parte dessa energia é perdida na forma de energia térmica e sonora.

Os motores são classificados como receptores elétricos, já que eles captam a energia elétrica de um gerador e a convertem uma parte dessa energia em energia NÃO térmica. Os motores elétricos estão frequentemente encontrados em nosso dia-dia em vários aparelhos, como por exemplo nos ventiladores, na furadeira, no liquidificador, na geladeira, na máquina de lavar roupa, na batedeira, no aparelho de DVD entre tantos outros.

Algumas vezes podemos fazer um motor elétrico funcionar como um gerador e um gerador funcionar como receptor elétrico.

O motor retirado de um CD player automotivo mostrado na fotografia Nº 07 funciona como receptor quando estabelecemos uma determinada diferença de potencial contínua entre os seus terminais ( fios de cor preta e vermelha). Se ao contrário disso fizermos uma hélice de plástico e colocarmos essa hélice em seu eixo e o colocarmos de frente para o vento, surgira uma diferença de potencial também contínuo entre os terminais do motor e desse modo ele estará funcionando como um gerador. Ele estará convertendo a energia mecânica em energia elétrica. (fotografia Nº 8)

 

fotografia 07

fotografia 08

 

Fotografia 09- Motor elétrico

 

PARTES DE UM MOTOR ELÉTRICO

O motor apresentado aqui é um motor elétrico simples, usado em um secador de cabelos.

Fotografia 10- Partes de um motor elétrico

Fotografia11

Fotografia 12

OBSERVAREMOS AGORA CADA UMA DAS PARTES INTERNAS DO MOTOR

Fotografia 13-Eixo do motor

Fotografia14

Fotografia 15

Fotografia 16

Fotografia 17

Fotografia 18- Tampa do motor lado interno.

Fotografia 19- Tampa do motor

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR ELÉTRICO

O seu funcionamento está baseado nas atrações e repulsões dos polos de um campo magnético, produzido pela corrente elétrica. Ou seja, ele é baseado no princípio de que os polos iguais de um ímã se repelem e os de polaridade diferente se atraem. Devemos lembrar também que todo condutor elétrico (por exemplo um fio) quando submetido a uma corrente elétrica cria um campo magnético.

O motor simples é formado por uma bobina que é montada em cima de uma base onde ela fica apoiada em um suporte de forma a permitir sua rotação. Ela é colocada próxima de um ímã. A corrente elétrica recebida pelo motor entra na bobina, através de uma das escovas (Fotografia 19). As escovas estão encostadas no comutador que é um anel de metal partido ao meio. Cada metade de um anel recebe uma das pontas do fio oriundo da bobina (Fotografia 20). A energia elétrica é passada do comutador para a bobina e assim induzindo um campo magnético (ELETROÍMÃ). 

Fotografia 20- Detalhe das escovas do motor

Fotografia 21- Anel comutador em detalhes.

Fotografia 22- Bobina de cobre do motor elétrico

O polo Sul do ímã irá repelir o polo Sul induzido pela bobina e o polo norte induzido pela bobina vai repelir o polo similar do ímã. Essa força de repulsão produzirá um torque na bobina e com isso ela começará a girar. A bobina continuará a girar num esforço para alinhar o polo norte com o polo sul do campo magnético. 

O motor deveria parar de girar, entretanto ao girar cada escova tocará na metade oposta do comutador e a corrente percorrerá a bobina no sentido oposto à sua extremidade que era sul passa a ser norte e desta forma ela continua girando porque suas extremidades serão agora repelidas pelos polos de mesmo nome no ímã.

Vídeos Relacionados: 

CONSTRUINDO MOTOR ELÉTRICO

 

Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=3nbDBCg6thM

 

ALGUNS TIPOS DE MOTORES ELÉTRICOS

Fotografia 23-Tipos de motores elétricos

 

Fotografia 24

 

MOTOR ELÉTRICO USADO PARA FAZER A BOMBA DE ÁGUA FUNCIONAR

Fotografia 25-

Fotografia  26-

MOTOR ELÉTRICO USADO PARA FAZER O VENTILADOR  FUNCIONAR

Fotografia  27-Partes de um motor de ventilador 
 

Vídeos Relacionados:

COMO CONSTRUIR UM GERADOR

 

  Disponível em:https://www.youtube.com/watch?v=TyANOy7d-kQ

 

VII- DISSIPAÇÃO DE ENERGIA.

O processo de dissipação de energia.

A palavra dissipar pode ser compreendido como gastar, espalhar.

No entanto em ciências dissipar possui o significado de transformar uma energia em outra que não seja útil ao processo em questão.

Exemplo: Quando um motor de um veículo automotivo entra em funcionamento ele faz o carro se movimentar e produz um aquecimento e barulho.

Portanto podemos dizer que houve dissipação de energia na forma de calor (energia térmica) e som (energia sonora). Durante o funcionamento do motor.

VIII- O SOL O GRANDE GERADOR DE ENERGIA.

 

Vídeos Relacionados:

O SOL NOSSO GRANDE GERADOR DE ENERGIA

 

Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=rSPCw7az0AY

IX- O FLUXO DE ENERGIA ENTRE OS ORGANISMOS  E O AMBIENTE.

 

Vídeos Relacionados:

 

 CADEIA ALIMENTAR

Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=0KWlNYGvwbg

 

 

X- A ENERGIA NO CORPO HUMANO.

 

Vídeos Relacionados:

 

 

XI- REPRESENTAÇÃO DE DADOS.

OUTROS OUTROS VÍDEOS RELACIONADOS:

A ENERGIA E SEUS CAMINHOS

Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=3j8DV2W1nWg

Motor perpétuo? Carro a água? 

 Disponível em:https://www.youtube.com/watch?v=mjk1S3RFAqM   Acesso em: 30-08-2018

 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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BORGES, Sérgio. O Segredo dos ventos. Publicado em 1 de jun de 2013.Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=I6hip1N00wE Acesso em: 29 de maio de 2016.

CARZINO, MÁRCIO CÉSAR. PROJETO E ANÁLISE PARA DIMENSIONAMENTO AUTOMÁTICO DE FORNOS PARA COZIMENTO DE PÃES E BISCOITOS.  Dissertação de Mestrado. Engenharia Mecânica do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Paraná, UFPR. Curitiba 2006. Disponível em: http://www.pgmec.ufpr.br/dissertacoes/dissertacao_068.pdf  Acesso em: 06 de jun. de 2016.

CIÊNCIAS HOJE DAS CRIANÇAS. Vaga-lumes: a linguagem do pisca-pisca.                                    Disponível em: http://chc.org.br/vaga-lumes-a-linguagem-do-pisca-pisca/ Acesso em: 10 de jul. de 2016.

CVSTEVANI. Cupinzeiros luminosos - Globo Rural (parte 2).  Enviado em 20 de ago de 2009. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=Xnhp9KwiIwM              Acesso em: 10 de jul. de 2016.

DIGITAl, Preparacao. Campos magnéticos sobre correntes elétricas e como funciona os motores elétricos. Publicado em 9 de mai de 2013 Aula 45 - Física - Ensino médio https://www.youtube.com/watch?v=gm2SSjJxFnI Acesso em: 18 de jun. de 2016.

FEYNMAN, Richard P.; LEIGHTON, Robert B.; SANDS, Matthew. Feynman. Lições de física. Tradução de Adriana Válio Roque da Silva; Kaline Rabelo Coutinho. 1. ed. Porto Alegre: Bookman, 2009. ISBN 9788577802555. 

INMETRO. Forno de Microondas.Disponível em: http://www.inmetro.gov.br/consumidor/produtos/microondas.asp  Acesso em: 10 de jul. de 2016.

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RANGEL, Larissa. Luz animal. Ciência Hoje On-line. Publicado em 07/05/2010. Disponível em: http://www.cienciahoje.org.br/noticia/v/ler/id/3741/n/luz_animal  Acesso em:  10 de jul. de 2016.

TRACY, Wilson. Como funciona a bioluminescência. Disponível em: http://ciencia.hsw.uol.com.br/bioluminescencia.htm. Acesso em: 10 de jul. de 2016.