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Energia Ciências Físico-Químicas | 8º ano de escolaridade

Ano letivo 2013/2014 | Docente: Marília Silva Soares 1

- Fontes e formas de energia

- Transferências de energia

Ciências Físico-químicas - 7º ano de escolaridade

Energia

Ciências Físico-Químicas |

7º ano de escolaridade 2

Ano Letivo 2013/2014 | Docente: Marília

S. Soares

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.



Energia – Fontes e Formas de energia




S. Soares

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.





S. Soares

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.







S. Soares


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.





S. Soares


A energia é uma propriedade de todos os corpos, que se manifesta de

diferentes formas, sendo detectada pelos efeitos que produz.

A energia de um sistema pode ser medida ou calculada.

A energia é uma grandeza escalar que se exprime, no SI, em joule (J)

As unidades práticas de energia são a caloria (cal) e o quilowatt-hora

(KW.h).

Utiliza-se como múltiplo da caloria a quilocaloria (Kcal)

JKW.h

JkW.h

W.h J

63,6x10 1

000 600 3 1

11

KJKcal

J c

4,18 1

18,4al1







S. Soares

Manifestações de energia

A energia manifesta-se de diferentes maneiras, e toma diferentes designações de

acordo com os efeitos que produz:

Energia radiante Energia eléctrica Energia mecânica

/motora





S. Soares

Manifestações de energia (cont.)

Energia Química Energia Sonora Energia Térmica







S. Soares

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.

ENERGIA ENERGIA

O Sol é a nossa fonte de energia!





S. Soares

Fontes de energia (cont.)

As fontes de energia podem classificar-se como:

Primárias Secundárias

Encontram-se na

natureza e podem ser

utilizadas diretamente.

Obtêm-se a partir de outras

fontes de energia por ação

humana.

Renováveis Não renováveis

Gasóleo

Petróleo refinado

Gasolina

Gás butano

Gás propano

Eletricidade







S. Soares

Fontes de energia (cont.)

As fontes de energia primárias podem classificar-se como:

Renováveis Não renováveis

• O Sol;

• O vento;

• As ondas e as marés;

• A energia hídrica;

• A geotermia;

• A biomassa;

• O biogás

• Combustíveis fósseis:

carvão;

petróleo;

gás natural.

• Urânio

Primárias

São as que se renovam continuamente sendo

inesgotáveis. Contribuem para a

sustentabilidade do planeta

São as aquelas cujas reservas se esgotam,

uma vez que o seu processo de formação é

muito lento, quando comparado com o seu

consumo; são recursos limitados





S. Soares

Fontes de energia Primárias

(cont.)

R

e

n

o

v

á

v

e

i

s







S. Soares

Fontes de energia Primárias(cont.)

N

ã

o

r

e

n

o

v

á

v

e

i

s

Combustíveis Fosseis





S. Soares

Formas de energia

A energia é uma só e só assume duas formas fundamentais designadas por:

Energia cinética (Ec) Energia potencial (Ep)

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.

Existem várias formas de energia potencial:

• Energia potencial gravítica (Epg);

• Energia potencial elástica (Epe);

• Energia potencial magnética (Epm);

• Energia potencial química (Epq).

A soma da energia cinética (Ec) com a energia potencial (Ep) constitui a energia total do sistema

– a energia mecânica (Em) :

Em= EC + Ep







S. Soares

Formas de energia

Energia cinética (Ec)

Se dois corpos tiverem a mesma massa, o

que tiver maior velocidade é o que tem

maior energia cinética

Se dois corpos tiverem massas diferentes, e se

deslocarem à mesma velocidade, tem maior

energia cinética o que tiver maior massa.

2

2

1vmEc

Quanto maior for a massa ou a velocidade de um

corpo, maior é a energia cinética que ele possui

BA cc

BABA

EE

vvmm ,

BA cc

BABA

EE

vvmm ,





S. Soares

Formas de energia

Energia cinética (Ec)

Exemplo:

1. Considera duas bolas, de massas iguais (5 kg) e com velocidades de 10 m/s e 7 m/s,

respetivamente.

Qual a bola com maior energia cinética?

2. Considera duas bolas diferentes que se deslocam à mesma velocidade.

Qual a bola que tem maior energia cinética?

2

2

1vmEc

BA cc

BABA

EE

vvmm ,

BA cc

BABA

EE

vvmm ,







S. Soares

Formas de energia

Energia potencial gravítica (Epg)

A energia potencial gravítica resulta da interação dos

corpos com a Terra; depende da massa (m) do corpo e da

distância (h) a que ele se encontra da terra.

gmhE pg

Tendo duas bolas de massas diferentes, à

mesma altura, a de maior massa tem maior

energia potencial gravítica.

Tendo duas bolas de massas iguais, a bola a

maior altura tem maior energia potencial

do que a bola a menor altura.

BA pgpg

BABA

EE

hhmm ,

BA pgpg

BABA

EE

hhmm ,





S. Soares

Formas de energia

Energia potencial gravítica (Epg)

Exemplo

1. Considera dois corpos de massas diferentes, 3 kg e 7 kg respetivamente, mas à mesma altura

do solo (8 m). Qual o corpo que tem maior energia potencial gravítica?

2. Considera dois corpos de massas iguais (6 kg) e a alturas diferentes de 3 e 8 m, respetivamente.

Qual o corpo que tem maior energia potencial gravítica?

gmhE pg

BA pgpg

BABA

EE

hhmm ,

BA pgpg

BABA

EE

hhmm ,



Energia – Transferências e transformação de energia




S. Soares

Formas de energia

•Qualquer corpo deformado tem energia potencial elástica.

•O valor da energia potencial elástica depende de deformação

Energia potencial elástica (Epe)

Uma mola tem mais energia potencial

elástica quando está mais comprimida.

Uma mola tem mais energia potencial

elástica quando está mais esticada.

Mola possui mais energia potencial

elástica em (2), porque está mais

comprimida.

Mola possui mais energia potencial elástica

em (2), porque está mais esticada.

TRANSFERÊNCIAS E TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA


7º ano de escolaridade


S. Soares 20






S. Soares

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 Receptor ENERGIA

Um receptor de energia recebe a energia cedida por uma

fonte. Durante a transferência, a energia da fonte diminui

e a do receptor aumenta.


Todos os sistemas têm energia.

Quando ocorre uma transferência de energia entre

sistemas, a quantidade de energia diminui na fonte e

aumenta no recetor, sendo por isso, possível detetar

variações de energia.




S. Soares



•Um sistema é uma parte do Universo que se pretende estudar. Um sistema pode ser classificado

como aberto, fechado ou isolado, tendo em conta se ocorrem trocas de energia e matéria com o

exterior.

•A Vizinhança é o resto do Universo que rodeia o sistema.

•A fronteira é a linha que separa o sistema do universo

vizinhança

Sistema

Fronteira






S. Soares



Para que ocorra uma variação de energia é necessário haver troca de energia entre o sistema e o

exterior, o que nem sempre é possível.

http://cfq8.wordpress.com/tag/sistema-isolado/




S. Soares


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.







S. Soares


Rede

Eléctrica Aquecedor

Meio

ambiente

Alimentos Corpo

humano

Actividades

diárias

Meio

ambiente Automóvel Combustível

ENERGIA

ELÉCTRICA

ENERGIA

TÉRMICA

ENERGIA

QUÍMICA

ENERGIA

MOTORA ENERGIA

QUÍMICA

ENERGIA

TÉRMICA

ENERGIA

MOTORA

ENERGIA

SONORA





S. Soares

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.







S. Soares

Transferência de energia cinética e potencial


Outros exemplos da transferência de energia cinética e potencial gravítica.

Em suma, a energia pode transferir-se e transformar-se.

A transferência de energia corresponde à passagem de um sistema ou corpo para outro.

A transformação de energia corresponde à sua conversão de cinética em potencial ou potencial

em cinética, no mesmo sistema ou corpo.




S. Soares

Conservação e dissipação de energia

Energia útil (Eu) Energia dissipada (Ed)

É a fracção de energia fornecida a um

aparelho que é utilizado para

concretizar o fim a que se destina.

É a fracção de energia fornecida que

não é utilizada para o fim a que se

destina o aparelho, sendo

essencialmente transferida para o

exterior como calor e ruído.

Energia útil e energia dissipada

Todos os aparelhos transformam energia que recebem e transferem-na para outros

sistemas

Energia fornecida (Ef)


joule(J)E

joule(J)E

joule(J)E

E EE

dissipada

útil

fornecida

dissipadaútilfornecida






S. Soares


Energia

útil (Eu)

Energia

dissipada (Ed)

Energia

fornecida (Ef)

ENERGIA LUMINOSA

ENERGIA SONORA

ENERGIA

TÉRMICA

= +

ENERGIA

ELÉCTRICA


joule(J)E

joule(J)E

joule(J)E

dissipada

útil

fornecida




S. Soares


ENERGIA ÚTIL

ENERGIA

DISSIPADA

ENERGIA

FORNECIDA

A eficácia de um aparelho está relacionada com a capacidade de converter a energia

que recebe em energia útil RENDIMENTO DO APARELHO!!







S. Soares


É uma grandeza física que relaciona a energia transferida (E) por um sistema com o tempo durante

( t) o qual ocorre a transferência.

Potência de um aparelho (P)

Calcula-se pelo quociente entre a energia ( E) e o tempo ( 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

t

EP

tempo

energiapotência


segundotempot

WwattPotência

joule(J)Energia

)(

)(

Tal como a energia, a potência pode ser potência fornecida

(Pf), potência útil (Pu) e potência dissipada (Pd):

duf

dissipadaútilfornecida

P PP

P PP

1 watt (W) é a potência de um aparelho que consome a energia de 1 joule (J) durante 1 segundo

(s) de funcionamento




S. Soares


Da definição de potência de um aparelho, resulta que:

• Ao medirmos a potência em quilowatt e o tempo em horas, a energia pode

exprimir-se em quilowatt – hora (simbolo kW h), e é mais usada em termos

práticos, como nos contadores domésticos.

tPE

segundotempot

WwattPotência

joule(J)Energia

)(

)(

1 joule (J) é a energia consumida por

um aparelho de potência 1 watt (W)

durante 1 segundo (s) de

funcionamento

JKW.h

JkW.h

W.h J

63,6x10 1

000 600 3 1

11







S. Soares


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

100f

u

forncedida

útil

E

E η

E

E

•É uma grandeza física sem unidades;

• representa-se pela letra grega eta ( );

• exprime-se, normalmente em

percentagem.

0% 100 %

0 1


)(

)(

%

WwattP

WwattP

joule(J)E

joule(J)E

útil

fornecida

útil

fornecidaO rendimento também pode ser calculado através

do valor da potência utilizando a expressão:

%

)(rendimento

100f

u

forncedida

útil

P

P η

P

P




S. Soares

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.

O valor do rendimento está entre 0 % e 100%:

•0% corresponde à situação em que a energia é totalmente dissipada;

•100% corresponde à situação em que toda a energia obtida é útil (uma situação que não existe

na realidade).







S. Soares


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.





S. Soares


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.




TRANSFERÊNCIAS DE ENERGIA


7º ano de escolaridade


S. Soares 37

ENERGIA – TRANSFERÊNCIAS E TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA




S. Soares

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

15273

15273

,)(º)(

,)()(º

CTKT

KTCT







S. Soares


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!

Chá quente, algum tempo

depois o chá arrefece.





S. Soares


Como se explicam estas situações?

Estas situações acontecem porque houve uma transferência de energia

FONTE

(Chávena de

chá)

RECETOR

(cone de gelado)

RECETOR

(meio ambiente)

FONTE

(meio ambiente)

ENERGIA

ENERGIA







S. Soares


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.





S. Soares


Corpo a

temperatura

mais alta

Corpo a

temperatura

mais baixa

CALOR (energia

a transferir-se)

Há três processos através dos quais se processa a transferência de energia

como calor: a condução, a convecção e a radiação.







S. Soares


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

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.

Materiais bons

condutores de calor

Materiais maus

condutores de calor

Metais (alumínio,

cobre, ferro)

Sílica

Grafite

Vidro

Plástico

Borracha

Lã

Cortiça





S. Soares


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 baixa Maus condutores

de calor

Condutividade

térmica elevada







S. Soares


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.





S. Soares


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.







S. Soares


Radiação

Um corpo que absorve bem também um bom emissor de radiação

Corpo que se

encontra a maior

temperatura emite

mais energia por

radiação

O corpo negro

irradia mais energia

do que o branco

O corpo rugoso

também emite

mais energia do

que o de

superfície polida





S. Soares


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







S. Soares


Radiação

O ISOLAMENTO TÉRMICO DAS CASAS

Telhado

25%

Portas 15%

Paredes

35%

Janelas

25%

Chão 15%





S. Soares


Radiação


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.







S. Soares


Radiação


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.

É importante reduzir todas estas “perdas de energia”. Para isso, devemos escolher criteriosamente

os materiais que melhor isolam as habitações.


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