Explorando Fontes de Energia: Dos Combustíveis Fósseis às Renováveis

Ao nosso redor, inclusive nós humanos, a energia é uma das coisas mais comuns que ocorrem. A energia é vasta, pois ocorre em quase todas as aplicações, começando por nós mesmos: a energia que usamos para sobreviver, a energia que obtemos dos alimentos. Existem diferentes fontes de energia hoje que permitem que a civilização humana funcione. A maior parte da energia vem de combustíveis fósseis, combustível nuclear ou energia renovável, embora estas energias sejam usadas para produzir outras formas de energia, como energia mecânica, energia elétrica, etc. É por isso que o estudo da energia é muito necessário para aprender e entender.

Hoje você vai conhecer a definição, uso, importância, exemplos, tipos e formas de energia. Você também vai saber a unidade de medida, transformação, conservação de energia, etc.

O que é energia?

A energia pode ser definida como a capacidade de um sistema físico realizar trabalho; ou seja, um sistema possui energia quando tem a capacidade de fazer trabalho. Em outras palavras, a energia é transferida ou transformada sempre que o trabalho é realizado. No entanto, a existência de energia em um sistema não significa que ela esteja necessariamente disponível para fazer trabalho.

Na física, a energia é conhecida como a propriedade quantitativa que deve ser transferida para um corpo ou sistema físico para realizar trabalho no corpo ou aquecê-lo. A energia é uma quantidade conservada, o que nos leva à lei da conservação de energia. Esta lei afirma que a energia pode ser convertida em forma, mas não pode ser criada nem destruída.

Todos os tipos de energia são de duas formas, que incluem a energia cinética de um objeto em movimento e a energia potencial armazenada pela posição de um objeto em um campo de força. A unidade de medida de energia é chamada de joule.

Quero que você entenda a energia como:

• uma quantidade escalar
• abstrata e nem sempre perceptível
• dada significado através de cálculos
• um conceito central na ciência

Usos e importância da energia

Existem três usos e importâncias básicas que a energia oferece a nós humanos, que incluem usos residenciais, usos comerciais e usos de transporte.

Usos residenciais de energia:

Esta é a forma mais comum de consumo de energia, pois servem nossas atividades diárias em casa, como assistir televisão, aquecer e iluminar a casa, tomar banho, lavar roupas, trabalhar em casa no computador ou laptop, operar eletrodomésticos, cozinhar, etc. Quase quarenta por cento do uso total de energia globalmente é para fins residenciais. Embora seja a forma comum, a energia também é desperdiçada. Isso é resultado da falta de educação oferecida ao público sobre como conservar o uso de energia diariamente.

Usos comerciais:

Os usos comerciais incluem aquecimento, resfriamento e iluminação de edifícios e espaços comerciais, energia usada por organizações e empresas. O uso de energia aqui é mais ou menos semelhante ao uso no espaço industrial, exceto para usos pessoais.

Usos de transporte:

Este lado do consumo de energia depende inteiramente da energia; ou seja, mais de setenta por cento do petróleo é usado no setor de transporte. O setor de transporte inclui todos os veículos, desde carros pessoais a caminhões, ônibus e motocicletas. Também inclui aeronaves, navios, trens e oleodutos.

Os seguintes são a importância comum da energia ao nosso redor:

• A energia alimenta comunicações, transportes, computadores, equipamentos médicos de ponta, etc.
• A energia apoia o progresso econômico e social, construindo uma melhor qualidade de vida.
• Energia confiável e acessível permite produtos e serviços que enriquecem e prolongam a vida.
• A energia pode melhorar e até salvar vidas.
• Ela apoia a indústria expandida, agricultura moderna, comércio aumentado e transporte melhorado.
• Ela cria vidas melhores e reduz a pobreza.

Formas e tipos de energia

Existem diferentes formas de energia que existem; todas são categorizadas em cinética ou potencial. A energia associada ao movimento é conhecida como energia cinética, enquanto a energia potencial é uma energia associada à posição, mas não é "energia armazenada".

Energia cinética

• Energia cinética — movimento
  • Energia mecânica — movimento de sistemas macroscópicos
    • Máquinas
    • Energia eólica
    • Energia das ondas
    • Energia sonora (sônica, acústica)
  • Energia térmica — movimento de partículas da matéria
    • Energia geotérmica
  • Energia elétrica — movimento de cargas
    • Corrente doméstica
    • Relâmpago
  • Radiação eletromagnética — perturbação de campos elétricos e magnéticos (física clássica) ou movimento de fótons (física quântica)
    • Rádio, micro-ondas, infravermelho, luz, ultravioleta, raios X, raios gama

Energia solar

Energia potencial

• Energia potencial — posição ou arranjo
  • Energia potencial gravitacional
    • Montanha-russa
    • Roda d'água
    • Energia hidrelétrica
  • Energia potencial eletromagnética
    • Energia potencial elétrica
    • Energia potencial magnética
    • Energia potencial química
    • Energia potencial elástica
  • Energia potencial nuclear forte
    • Energia nuclear
    • Armas nucleares
  • Energia potencial nuclear fraca

Decaimento radioativo

Calor, energia cinética ou mecânica, luz, energia potencial e energia elétrica são as várias formas em que a energia existe.

Calor também é conhecido como energia térmica do movimento de átomos ou moléculas. Pode ser considerado como energia relacionada à temperatura.

Energia cinética é a energia do movimento. Um bom exemplo é um pêndulo oscilando.

Energia potencial é devida à posição de um objeto. Um bom exemplo é uma bola sobre uma mesa em relação ao chão porque a gravidade atua sobre ela.

Energia mecânica é a soma da energia cinética e da energia potencial de um corpo.

Energia luminosa está disponível como fótons.

Energia elétrica é energia do movimento de partículas carregadas como prótons, elétrons ou íons.

Energia magnética é uma forma de energia obtida de um campo magnético.

Energia química é liberada ou obtida de reações químicas, produzida pela quebra ou formação de ligações químicas entre átomos e moléculas.

Energia nuclear é energia de interações com os prótons e nêutrons de um átomo. Um bom exemplo é a energia liberada por fissão e fusão.

Unidades de energia

A unidade SI de energia é o joule (J) ou newton-metro (N·m). O joule também é a unidade SI de trabalho. É nomeado em homenagem a James Prescott Joule, que descobriu independentemente o equivalente mecânico em uma série de experimentos. A unidade SI de taxa de energia (energia por unidade de tempo) é o watt, que é um joule por segundo.

Transformação de energia

Existem várias formas de transformação de energia, que podem ocorrer em várias eficiências. Os itens que transformam entre estas formas são conhecidos como transdutores. Um bom exemplo de transdutores inclui uma bateria, cuja transformação ocorre de energia química para energia elétrica. Uma barragem transforma de energia potencial gravitacional para energia cinética da água em movimento e também pás de uma turbina. Também, energia elétrica através de um gerador elétrico ou um motor térmico.

Bons exemplos de transformação de energia incluem geração de energia elétrica a partir de energia através de uma turbina a vapor ou levantamento de um objeto contra a gravidade usando energia elétrica acionando um motor de guindaste. O levantamento contra a gravidade realiza trabalho mecânico no objeto e armazena energia potencial gravitacional no objeto. A queda do objeto ao chão permite que trabalho mecânico seja realizado pela gravidade no objeto. Isso transforma a energia potencial no campo gravitacional em energia cinética liberada como calor no impacto com o chão.

Outro bom exemplo de energia é o sol, que transforma energia potencial nuclear em outras formas de energia. Embora sua massa total não diminua, pois ainda contém a mesma energia total mesmo quando ocorre em formas diferentes. No entanto, sua massa diminuirá quando a energia escapar para seus arredores, amplamente como energia radiante.

Assista ao vídeo abaixo para saber mais sobre transformação de energia:

Um experimento mostrou que existem limites para a eficiência com que o calor pode ser convertido em trabalho em um processo cíclico, por exemplo, em um motor térmico. O teorema de Carnot e a segunda lei da termodinâmica elucidam altamente isso. Apesar disso, algumas transformações de energia são altamente eficientes, embora existam alguns fatores a serem considerados. A entropia nos ajuda a determinar a direção das transformações em energia (que tipo de energia é transformada e em que tipo).

Conservação de energia

Como afirmado anteriormente, a lei da conservação de energia diz que a energia não pode ser criada nem destruída. A primeira lei da termodinâmica afirma que a energia de um sistema fechado é constante, a menos que energia seja transferida para dentro ou para fora por trabalho ou calor, e que nenhuma energia é perdida na transferência. Isso significa que a entrada total de energia em um sistema deve ser igual à saída total de energia do sistema, mais a mudança na energia contida dentro do sistema. A energia total de um sistema permanecerá sempre constante se alguém medir ou calcular a energia total de um sistema de partículas cujas interações não dependem do tempo.

Um bom exemplo é quando duas bolas de bilhar colidem, o que pode levá-las ao repouso, com a energia resultante tornando-se som e talvez um pouco de calor no ponto de colisão. Há energia cinética quando as bolas estão em movimento. Elas têm energia potencial, estejam em movimento ou estacionárias, porque estão sobre uma mesa acima do chão.

Uma das formas comuns de transformação de energia é a conversão de calor em trabalho em uma expansão isotérmica reversível de um gás ideal. A segunda lei da termodinâmica afirma que o sistema que realiza trabalho sempre perde alguma energia como calor residual. Isso cria um limite para a quantidade de energia térmica que pode realizar trabalho em um processo cíclico. Embora a energia mecânica e outras formas de energia possam ser transformadas na outra direção em energia térmica sem tais limitações. A energia total de um sistema pode ser calculada somando todas as formas de energia no sistema.

Conclusão

A energia é a capacidade de um sistema físico realizar trabalho; ou seja, um sistema possui energia quando tem a capacidade de fazer trabalho. Em outras palavras, a energia é transferida ou transformada sempre que o trabalho é realizado. É tudo para este post, onde a definição, uso, importância, exemplos, tipos e formas de energia estão sendo discutidos. Você também aprendeu a unidade de medida, transformação, conservação de energia.

Espero que você tenha aproveitado a leitura; se sim, compartilhe com outros estudantes. Obrigado por ler, até a próxima!