capítulo 7 Energia

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CAPÍTULO 7 ENERGIA: A MOEDA DE TROCA DO UNIVERSO Ed o Universo é formado por matéria e energia. A matéria possui massa e ocupa espaço; ela é aquilo que se pode ver, tocar e cheirar. A energia é aquilo que possibilita o movimento da matéria e a sua modificação. Ela é, de fato, a "moeda" utilizada para "pagar" as ações que nós e os demais corpos tomamos neste Universo. Para tudo que é realizado no Universo, há um consumo de energia. Porém, como toda moeda, quando alguém gasta uma determinada quantia, um outro alguém a recebe. o comportamento da energia funciona de forma bem parecida com esse exemplo. Quando um corpo consome energia, essa energia consumida é repassada para outros corpos ou utilizada em alguns processos. Ou seja, ela não é consumida, mas transformada. Você já parou para pensar nas formas de energia presentes na nossa vida? Por exemplo, na sua casa, quando se liga uma lâmpada ou um aparelho eletrônico, está sendo utilizado um tipo de energia: a energia elétrica. Além desse tipo de energia, existe a energia térmica, a energia cinética (energia ligada ao movimento), a energia potencial, a energia nuclear, a energia luminosa, a energia sonora, entre outras. Neste capítulo, você vai estudar mais sobre a energia e como ela está presente no seu dia a dia. Também serão estudadas as fontes renováveis e não renováveis de energia. Então, aproveitando o embalo, vamos gastar um pouquinho de energia neste estudo? PARA COMPLETAR CONCEITO DE ENERGIA - 4 PALAVRAS-CHAVE TRABALHO E A ENERGIA - PÁG. 6 A POTÊNCIA E USO DE ENERGIA - 8 TIPOS DE ENERGIA PAG. 13 A CONSERVAÇÃO DA ENERGIA - 25 FONTES RENOVÁVEIS E NÃO RENOVÁVEIS DE ENERGIA - 287 Energia: a moeda de troca do Universo 1. o conceito de energia Você já pensou no que significa a palavra "energia"? Como ela é usada no contexto científico e como é usada no nosso dia a dia? A palavra "energia" vem do grego energeia, que significa algo como "ação", "movimento" ou mesmo "força em movimento". Essa é a noção utilizada no cotidiano, por exemplo, quando se diz que uma pessoa tem muita energia. Há, ainda, outros usos da ideia de energia. Por exemplo, é comum ouvir dizer que alguém possui uma "energia boa" quando essa pessoa tem um bom astral. No entanto, o uso do conceito de energia na ciência possui algumas diferenças em relação ao seu uso no cotidiano e é um pouco mais e difícil de definir. A energia está relacionada ao movimento e, também, a situações estáticas, isto é, que não envolvem o movimento. Podemos dizer que um objeto que possua energia está em movimento ou tem condições de entrar em movimento. Apesar de termos uma noção do que seja energia, não há um conceito formal para esse termo na ciência e nem um consenso sobre o seu significado. o que se faz, em geral, é estudar as diversas formas e as propriedades da energia nos processos naturais e tecnológicos. Seguem alguns princípios e características da energia que são muito importantes para a ciência: A energia se conserva: isso significa dizer que a quantidade total de energia no Universo sempre foi e sempre será a mesma. Qualquer que seja o processo pelo qual passa a natureza, o total de energia permanece constante. A energia pode ser transformada: há diversas formas de energia e essas diversas formas podem se transformar umas nas outras. Os processos naturais e tecnológicos ocorrem mediante transformação de energia. Para poder ler este texto, por exemplo, você está transformando energia em seu corpo. A energia pode ser armazenada: parte da energia existente está armazenada de diversas formas e pode ser utilizada para gerar movimento. Por exemplo, há energia armazenada na gasolina que, ao ser queimada nos motores dos automóveis, é transformada em energia cinética (energia de movimento), térmica e sonora. É possível expressar a energia de diversas formas, com muitas unidades de medida diferentes. Cada uma delas possui uma definição específica. Você já deve ter lido em embalagens de produtos alimentícios a unidade kcal, que significa quilocaloria. A quilocaloria é uma unidade de medida de energia que indica a quantidade de energia fornecida por um alimento se ele for totalmente utilizado pelo organismo. Outro exemplo é a conta das companhias de energia elétrica em que é utilizado kWh, o quilowatt-hora. Na ciência, a unidade padronizada para a energia é o joule, cujo símbolo é o J. o nome dessa unidade foi dado em homenagem ao físico inglês James Prescott Joule que, juntamente com outros cientistas, desenvolveu o conceito de energia em meados do século XIX. Figura 1. o cientista James Prescott Joule trouxe importantes contribuições para o estudo da energia. 4 Coleção EF8 Digitalizado com CamScannerE ENERGIA A unidade joule representa uma quantidade de energia muito pequena. As outras unidades de energia citadas, quilocaloria e quilowatt-hora, possuem uma equivalência com o joule. Para que se uma comparação, têm-se as seguintes conversões: 1 kcal = 180 J 1 kWh = 3 ENTENDI EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. Ao longo de um dia, você terá realizado inúmeras transformações de energia em processos biológicos e tecnológicos. Respirar, digerir alimentos, correr, pensar, ver televisão ou usar celular são exemplos de processos em que há transformação de energia. Diante desse fato, responda: a quantidade de energia total no Universo está diminuindo? JUSTIFIQUE a sua resposta. 02. Quando foi comprar um aparelho elétrico, uma pessoa tentou ler a quantidade de energia elétrica consumida pelo equipamento. No entanto, o adesivo fixado estava com diversas informações apagadas, somente aparecendo as unidades de medida e os valores, como mostra a figura a seguir: CONGELADOR Energia (Elétrica) HORIZONTAL Fabricante Marca Tipo de degelo Mais eficiente A A B C D E Menos eficiente CONSUMO DE 45,7 293 -18 (kg/24h) 14.9 (h) 28 de Manual PROCEL CONSERVAÇÃO INMETRO A REMOÇÃO DESTA ETIQUETA ANTES DA VENDA ESTA EM DESACORDO COM o CÓDIGO DE DEFESA DO CONSUMIDOR Com base na figura, INDIQUE o valor da energia consumida pelo aparelho. JUSTIFIQUE a sua resposta. 03. o valor da energia elétrica consumida mensalmente em uma residência é fornecido em kWh. No entanto, a unidade de energia padronizada na ciência é o joule. EXPLIQUE a razão de ser feita a opção pelo kWh para apresentar a energia elétrica nas contas da companhia de fornecimento de eletricidade, e não o joule. Bernoulli Sistema de Ensino Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo 2. o trabalho e a energia útil Hoje em dia, é comum se falar em "crise de energia" ou "crise energética", no sentido de que há uma escassez de energia no mundo. Essa afirmativa é imprecisa e equivocada, pois a energia está presente em todas as coisas e em todos os lugares. No entanto, nem sempre ela está disponível para ser utilizada por nós. De maneira geral, a disponibilidade da energia se manifesta quando ela é empregada para mover alguma coisa. Por exemplo, a energia elétrica produzida nas usinas e que chega a um prédio é utilizada para movimentar o elevador para cima e para baixo, e a energia química armazenada nos combustíveis é utilizada para mover grande parte da frota de veículos do mundo. a b 1 Figura 2. Dois exemplos de uso da energia: (a) a energia elétrica é usada para acionar os motores que movem os elevadores do prédio; (b) a energia química do combustível é usada para veículos com motores térmicos. Esses movimentos ocorrem porque uma força está agindo ao longo de um deslocamento. Quando há uma transformação de energia associada a uma força, a quantidade dessa energia recebe o nome de trabalho. Portanto, o conceito de trabalho na ciência pode ser aplicado em todas as situações, naturais ou tecnológicas, em que, por ação de uma força, certa quantidade de energia é transformada ou transferida entre dois objetos. Assim, a medida dessa energia transformada ou transferida é chamada de trabalho. Dessa forma, pode-se falar em realização de trabalho, por exemplo, quando uma pessoa empurra uma caixa que, antes, estava parada no solo, fazendo com que ela percorra certa distância. Ao iniciar o movimento, essa pessoa usa parte da energia que ela obteve dos alimentos e a transfere para a caixa. Assim, a caixa que estava parada entra em movimento com certa velocidade. Nesse exemplo, o trabalho realizado depende da força realizada pelo indivíduo e da distância percorrida pela caixa. A direção do movimento não interfere nisso, ou seja, tanto faz a caixa ser empurrada da esquerda para a direita ou no sentido oposto. F = 40 N d=5m Figura 3. Esse homem usa parte de sua energia armazenada para colocar a caixa em movimento, percorrendo certa distância. 6 Coleção EF8 Digitalizado com CamScannerOutro exemplo ocorre nas academias de ginástica, como mostrado na figura a seguir. Ao levantar o haltere, a pessoa utiliza parte de sua energia (energia química armazenada nas células do corpo) para fazê-lo mu sb Figura 4. Deslocando o haltere para cima, a pessoa realiza um trabalho sobre ele. Um mesmo objeto pode a realização de diversos trabalhos ao mesmo tempo, podendo alguns desses trabalhos fornecer energia a ele, enquanto outros retiram dele energia. É isso que acontece quando você está viajando de carro, com velocidade constante. o trabalho realizado em decorrência das transformações de energia da combustão (queima) da gasolina fornece energia para o carro. No entanto, o trabalho realizado pelas forças de atrito, por exemplo, do pneu na estrada e do carro com o ar, retiram energia do automóvel. Caso esses dois trabalhos tenham o mesmo valor, no balanço geral, o carro nem ganha nem perde energia. Nesse caso, diz-se que o trabalho total é nulo. ENTENDI EXERCÍCIO DE APRENDIZAGEM 04. o conceito social da palavra "trabalho" é bastante diferente do seu conceito mas, em algumas situações, podemos ver que os dois significados estão relacionados. Na situação de uma pessoa aparando a grama, como na figura a seguir, EXPLIQUE a realização de trabalho pela pessoa levando em consideração os dois significados da palavra. Bernoulli Sistema de Ensino 7 Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo 3. A potência e o uso de energia Muitas pessoas se interessam por carros e conhecem detalhes sobre diversos modelos de Uma das características mais observadas por essas pessoas é a potência do motor, um dos fatores importantes para avaliar o desempenho do carro. Por exemplo, a potência do motor de uma Ferrari Portofino 2019 é quase 10 vezes maior do que a de um Fusca 1996. Figura 5. Um Fusca e uma Ferrari possuem potências de motor diferentes. Uma forma de comparar a potência desses dois veículos é pensar que, para um mesmo período de tempo, o motor do Fusca não consegue a mesma quantidade de energia química do combustível que o motor da Ferrari consegue. Ou seja, o motor da Ferrari consegue produzir mais energia em um determinado intervalo de tempo, quando comparado ao do Fusca. Um outro modo de avaliar a potência dos veículos seria colocá-los lado a lado, verificando qual deles alcança determinada velocidade primeiro (teste de arrancada), por exemplo, 100 km/h. Qual deles você acha que alcançaria a velocidade de 100 km/h primeiro? A intuição nos diz que a Ferrari chegaria a 100 km/h primeiro, e desta vez ela está correta. Seu motor gasta 3,4 segundos para sair do repouso e à velocidade de 100 km/h. Já no caso de um Fusca comum (sem nenhuma alteração externa do projeto) produzido em 1996, o motor leva bem mais tempo para chegar a 100 km/h. A razão para isso é que o desempenho de cada motor está associado à quantidade de energia que ele é capaz de utilizar a cada segundo de funcionamento. Não importa, portanto, toda a energia já utilizada no passado. Assim, o motor da Ferrari é capaz de transformar energia mais rapidamente para fazê-lo ganhar velocidade. Na ciência, o conceito utilizado para a rapidez com que a energia é transferida ou transformada é chamada de potência (P). Dessa forma, a potência pode ser entendida como a quantidade de energia utilizada por um sistema qualquer durante um certo tempo. Outra forma de a potência, é considerá-la como a rapidez com que um trabalho é executado. Assim, no exemplo da Ferrari e do Fusca, o motor da Ferrari tem maior potência, ou seja, consegue transformar a energia em menos tempo, por isso, consegue arrancar e atingir uma velocidade alta em menos tempo. A unidade de medida para potência é bem conhecida no cotidiano, pois é um importante parâmetro para estimar o consumo de aparelhos elétricos. Essa unidade de medida é o watt (W), assim nomeado em homenagem ao inglês James Watt. Na padronização científica, a unidade de energia é o joule, e a unidade de tempo é o segundo. Dessa forma, 1 watt representa a transformação de 1 joule por segundo. Além do watt, são usadas duas outras unidades técnicas de potência. Uma delas é o cavalo-vapor e a outra é chamada de horse-power (hp). As equivalências com o watt são as seguintes: 1 CV = 735 W 1 hp = 746 W 8 Coleção EF8 Digitalizado com CamScannerENERGIA Para entender mais o assunto, considere como exemplo um chuveiro elétrico que possui duas indicações de potência correspondentes às posições quente" e morna". Na primeira indicação, a potência do chuveiro é maior, ou seja, o chuveiro consegue fornecer mais energia para a água a cada segundo. Com essa maior quantidade de energia, portanto, a água sai do chuveiro mais quente. Outro exemplo interessante é a comparação entre subir uma escada em passo normal e correndo. Ao subir a escada correndo, o cansaço é maior do que andando, pois a potência despendida é maior, uma vez que o corpo necessita de usar energia mais rapidamente. É importante ressaltar que a energia utilizada nos casos (a) e (b) para que a pessoa suba a escada do ponto mais baixo ao ponto mais alto é a mesma. Na situação (a), a potência é menor que a de (b), porém o tempo necessário para realizar a subida é maior. Já a potência do caso (b) é maior que a de (a), mas, em compensação, o tempo utilizado para subir a escada é menor. (b) (a) Altura = Peso = 600 N Figura 6. Na primeira situação (a), o homem sobe a escada andando. Na segunda situação (b), ele sobe a escada correndo. A potência despendida ao andar é menor que a potência despendida ao subir Assim, podemos definir a potência (P) desenvolvida por qualquer objeto como sendo a razão entre a quantidade de energia utilizada (E) e o intervalo de tempo utilizado para a realização do trabalho (t). A partir da unidade de potência e de tempo, é possível determinar uma unidade técnica para a energia, já mencionada no estudo sobre trabalho: o quilowatt-hora (kWh). Essa unidade é comumente empregada na medição do consumo residencial de energia elétrica. Para usarmos essa unidade, a potência deve ser utilizada em (kW), que representa 1 000 W e o tempo em horas. Por definição, 1 kWh é a energia elétrica despendida por um sistema elétrico de potência igual a 1 kW durante 1 h de funcionamento. A figura a seguir mostra o extrato da conta de luz de uma casa. o valor de 124 kWh representa o consumo de energia elétrica em um mês, sendo que cada 1 kWh custa 0,45487079 (incluindo impostos). Multiplicando esse valor pelo consumo de energia, obtemos R$ 56,40. Adicionando R$7,72 referentes à contribuição de custeio da iluminação pública, encontramos o valor final a ser pago: R$ 64,12. Bernoulli Sistema de Ensino 9 Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo Valores Faturados Descrição Quantidade Preço Valor Energia Elétrica 124 0.45487079 Encargos / Cobrança Custeio 7.72 VALOR A PAGAR Figura 7. Para obter valor a ser pago nessa conta de luz, o consumo de energia elétrica deve ser multiplicado pelo custo unitário do kWh, e o resultado é somado ao valor de custeio da iluminação pública. Vimos anteriormente que o joule é a unidade de energia utilizada como padrão na ciência. Então, por que o joule também não é a unidade utilizada para medir o consumo de energia das casas? A resposta é que o joule representa uma quantidade muito pequena de energia para esse caso. Veja a seguir a equivalência entre o quilowatt-hora e o joule: 1 kW corresponde a 1 000 W e 1 hora corresponde a segundos. Logo, 1 kWh = 1 000 W 3 600 S = 3,6 milhões de joules. Assim, se o consumo de energia das residências fosse expresso em joules, o número que apareceria na conta de luz teria de ser expresso em dezenas de milhões de joules. Por isso, é mais adequado expressar o consumo da conta de luz das casas na unidade kWh. EXPERIMENTANDO Neste experimento, você poderá medir a sua potência ao subir uma escada. Para isso, você deverá medir o trabalho realizado na subida, ou seja, a quantidade de energia utilizada para subir a escada. Faça o experimento em conjunto e compare o resultado com o dos colegas. Material Uma balança de banheiro Um relógio ou cronômetro Uma régua 10 Coleção EF8 Digitalizado com CamScanner4. Tipos de energia Vimos que um objeto qualquer que possua energia pode estar em movimento ou pode ter a capacidade de entrar em movimento. Dessa maneira, é possível estabelecer, a princípio, duas formas diferentes de energia: a energia cinética e a energia potencial. A primeira está relacionada com o movimento dos objetos e a velocidade. A segunda é uma forma de energia armazenada nos objetos e que pode ser utilizada para gerar movimento. Ainda serão discutidas diversas outras formas de energia, como a energia elétrica, térmica, química e 4.1. A energia cinética A energia cinética é a energia associada ao movimento. Por exemplo, um carro em movimento, as hélices de um ventilador ou de um liquidificador girando, uma fruta que cai do pé. A velocidade é um dos fatores relacionados à energia cinética dos objetos. Por exemplo, um carro a 60 km/h tem mais energia cinética do que esse mesmo carro a 30 km/h. No entanto, a velocidade não é o único fator para a determinação da energia cinética. Mesmo intuitivamente você pode concluir que a quantidade de energia transportada por um caminhão a 30 km/h é muito maior que a de um ciclista, pedalando na mesma velocidade. Assim, nesse exemplo, podemos perceben que a energia cinética depende também da massa do objeto. Portanto, dois objetos com a mesma velocidade podem ter energias cinéticas diferentes se tiverem massas distintas, e dois objetos com massas iguais podem ter energia cinéticas diferentes se tiverem velocidades distintas. 30 km/h km/h Figura 8. Representação do movimento, com mesma velocidade, de um ciclista e de um caminhão. A energia cinética do caminhão é maior que a do ciclista, pois a sua massa é maior. Dessa forma, é possível determinar a energia cinética de um objeto a partir de uma expressão matemática que considera a massa do objeto e sua velocidade: Nessa equação, temos as seguintes representações: = energia cinética do objeto m = massa do objeto V = valor da velocidade do objeto Assim, você pode que o valor da energia cinética está relacionado com dois fatores: a massa e a velocidade do objeto. No entanto, a maneira como essa dependência ocorre é distinta. A energia cinética depende diretamente da massa e do quadrado do valor da velocidade. Bernoulli Sistema de Ensino 13 Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo Dessa forma, podemos fazer algumas relações entre a energia cinética e os valores de velocidade e massa: Se dois objetos possuem a mesma velocidade, o de maior massa terá a maior energia cinética. Por exemplo, se a massa de um objeto for o dobro da massa do outro, então sua energia cinética será, também, duas vezes maior. Isso porque a energia cinética depende diretamente do valor da massa. Se dois objetos possuem a mesma massa, o de maior velocidade terá a maior energia cinética. Assim, se a velocidade de um dos objetos for o dobro da velocidade do outro, então sua energia cinética será quatro vezes maior. Isso ocorre porque a energia cinética depende diretamente do valor da velocidade ao quadrado. Isso pode ser aplicado no cotidiano de várias formas. Por exemplo, se um carro e um caminhão, com a mesma velocidade, colidirem contra um obstáculo, como um poste de iluminação, o dano causado pelo caminhão será maior, pois ele tem maior massa. Se uma bola de futebol for lançada contra uma vidraça, é mais provável que ela quebre o vidro se estiver a uma alta velocidade do que se ela estiver devagar. COTIDIANO Velocidade máxima Ao se calcular a velocidade máxima permitida para os veículos trafegarem em uma via, alguns fatores são levados em consideração pelos especialistas. Dentre esses fatores são considerados as condições da via, a presença de pedestres, o tipo de pavimento, o fluxo de automóveis e a velocidade cinética dos veículos. Por exemplo, uma via que tem muitos pedestres ou escolas, geralmente, tem uma velocidade máxima permitida menor, com o objetivo de garantir maior segurança aos pedestres. A energia cinética também é um fator muito importante na hora de se determinar a velocidade máxima permitida. Mas como ela influencia isso? Vimos que a energia cinética varia com o quadrado da velocidade, assim, quando a velocidade de um carro dobra, a energia cinética fica 4 vezes maior, pois = 4. Quando a velocidade triplica, a energia cinética fica 9 vezes maior = 9). Quanto maior a energia cinética de um carro, maior o dano causado por uma colisão entre ele e um obstáculo e maior o risco de vida para as pessoas envolvidas em um possível acidente com esse automóvel. Em uma via de pequeno porte, com pouco fluxo de carros, destinada ao trânsito local, é permitida a velocidade de 30 km/h. Imagine o aumento de energia cinética, de quatro vezes mais, se um motorista trafega com o dobro dessa velocidade, a 60 km/h! Isso pode ser muito perigoso, colocando em risco a vida desse motorista, dos pedestres e das pessoas em outros carros, caso ocorra um acidente. Você também já deve ter observado que algumas vias, como rodovias, apresentam velocidades máximas diferentes para carros pequenos (veículos leves) e para caminhões e ônibus (veículos pesados), sendo menor a velocidade máxima permitida para os veículos pesados. Isso também está relacionado à energia cinética desses dois tipos de veículos, pois, conforme vimos, como o caminhão ou o ônibus têm maior massa, em uma mesma velocidade que um carro popular comum, a energia cinética deles seria muito maior. Por isso, é necessário que a velocidade dos veículos pesados seja menor do que a dos carros comuns, a fim de garantir a segurança de todos. 14 Coleção EF8 Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo 11. Ao longo de uma corrida de Fórmula 1, um piloto entra na reta principal da pista com uma velocidade de 100 km/h, o que está relacionado com uma energia cinética de 360 000 J. Ao longo da reta, a velocidade desse piloto atinge o valor máximo de 300 km/h. DETERMINE o valor da energia cinética quando a velocidade atinge a velocidade máxima. 12. Considere um objeto que possua uma massa m e esteja se deslocando com uma velocidade V. Nessa situação, sua energia cinética tem valor E. Na tabela a seguir, alguns valores já estão preenchidos. COMPLETE a tabela com os valores da massa, da velocidade ou da energia cinética, de forma a tornar verdadeira cada uma das linhas. Massa Velocidade Energia cinética m V E 3m V m 4v V E/2 m 9E 4m E 13. Considere que dois veículos idênticos estejam parados em um sinal de trânsito. Quando abre o sinal, os dois começam a acelerar, um adquire velocidade final de 30 km/h e o outro de 60 km/h. Nessas condições, DETERMINE qual dos dois veículos adquiriu maior energia cinética. 4.2. A energia potencial A energia potencial é um tipo de energia que fica armazenada em um sistema e pode ser liberada em determinadas situações e se transformar em energia cinética. A energia potencial depende da posição do corpo. Existem muitas formas de energia potencial: elétrica, gravitacional, química, elástica e outras. Por exemplo, quando um arqueiro arma o arco para lançar a flecha, ele transfere parte da energia química presente em seu corpo para o instrumento realizando um trabalho sobre o arco. Essa energia que foi transferida do arqueiro para o arco fica armazenada na forma de energia potencial elástica (a) enquanto ele estiver deformado e, ao liberar o arco, a energia potencial elástica (a) é transformada em energia cinética (b), a qual se manifesta com o ganho de velocidade da flecha. (a) (b) Figura 9. (a) trabalho da força do arqueiro se converte em energia potencial elástica do sistema arco- -corda-flecha. (b) Quando a corda é solta, a energia potencial se converte em energia cinética da flecha. 16 Coleção EF8 Digitalizado com CamScannerMATERIA E ENERGIA Intuitivamente é perceber que, quanto mais a corda do arco for puxada, mais longe a flecha pode ir. Isso significa dizer que, quanto maior a deformação do arco, mais energia potencial elástica ele tem armazenada e, por isso, mais energia cinética a flecha pode ganhar. Essa é uma que pode ser encontrada em diversos tipos de objetos, como elásticos e molas. Todos eles, quando estiverem deformados, possuem energia potencial elástica. É o que ocorre em antigos carrinhos a corda, como o que está mostrado na figura a seguir. Quando gira a chave lateral, uma mola que está no seu interior é comprimida. Quando a chave é solta, a mola volta ao seu comprimento inicial e, nesse processo, faz com que carrinho entre em Dessa forma, a pessoa que girou a chave realizou um trabalho sobre a mola, ou seja, transferiu parte de sua energia química para a energia potencial elástica da mola. Em seguida, essa energia potencial elástica foi, em parte, transformada em energia cinética para o carrinho. Figura 10. Carrinho de brinquedo, movido a corda. A chave lateral, quando girada, comprime uma mola, que adquire energia potencial elástica, a qual é usada para fazer o carrinho andar. Outra importante forma de energia potencial é a energia potencial gravitacional. Essa é a energia que um corpo possui devido à sua posição em um campo gravitacional. o estudo que será feito aqui se refere a situações que ocorrem nas proximidades da superfície da Terra. Para essas situações, o valor da energia potencial depende, de forma diretamente proporcional, da altura em que o objeto está em relação ao solo e à massa desse objeto. Imagine que você solte, do alto de uma escada, uma pequena bola de metal e uma bola de boliche. Nessa situação, poderá ser observado que o impacto da bola de boliche contra o chão é muito mais violento, embora as duas tenham partido de uma mesma altura. Um dos fatores que influenciam a ocorrência desse fato é a bola de boliche possuir maior massa e, assim, ela começa o seu movimento com mais energia potencial. Enquanto cai, essa energia potencial gravitacional vai se transformando em cinética. Dessa forma, ao chegar ao chão, a bola de boliche possui mais energia cinética que a outra. Figura 11. Quando duas bolas de massas diferentes são lançadas de uma mesma altura, a bola de maior massa terá também maior energia potencial. Bernoulli Sistema de Ensino 17 Digitalizado com CamScannerAlém disso, se a mesma bola de boliche for abandonada de duas alturas diferentes, ela causará maior impacto na colisão com o chão quando for solta da maior altura. Assim, podemos concluir que a energia potencial depende da massa do corpo e da sua altura. Uma aplicação muito interessante da energia potencial gravitacional está ligada à maneira como as usinas hidrelétricas são construídas. Para essas usinas, são construídas represas com uma grande quantidade de água em um nível mais alto do terreno que o da região onde efetivamente ocorre geração de energia elétrica. A razão disso é que a água represada possui energia potencial gravitacional. Quando o canal é liberado e a água desce pelo duto, ela vai ganhando energia cinética. Assim, quando a água passa pela turbina, ela está em movimento e, portanto, possui energia cinética. Com isso, ocorre a geração de energia elétrica. Note que, quanto maior a energia potencial da água represada, maior será a capacidade da usina em gerar energia elétrica. Energia potencial gravitacional da Energia elétrica água convertida no Reservatório gerador Linhas de Casa de força distribuição de energia Canal Gerador Duto III Turbina Rio Energia potencial da Energia cinética coloca água se transforma a turbina em rotação em energia cinética Figura 12. Esquema de funcionamento de uma usina hidrelétrica. ENTENDI EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 14. Em uma competição de arco e flecha, os competidores se esforçam para atingir um alvo localizado a determinada distância. Imagine que um dos competidores na categoria iniciante tenha lançado uma flecha com velocidade muito baixa e ela nem chegou ao alvo. INDIQUE uma alteração que o competidor pode realizar no próximo lançamento para que a flecha tenha velocidade suficiente para ao alvo. 18 Coleção EF8 Digitalizado com CamScanner15. Uma atração bem radical em parques de diversão são as Nesse brinquedo, as pessoas ficam sentadas em um trenzinho que é içado até a parte mais alta, mostrada pela seta na figura. A partir desse ponto, o trenzinho se move sem propulsão, ou seja, não há qualquer motor que o impulsione. Parte mais alta da montanha-russa EXPLIQUE a necessidade de o trenzinho começar seu movimento a partir do ponto mais alto da montanha-russa. 4.3. A energia térmica Por meio do tato, as pessoas conseguem ter as sensações ligadas aos fenômenos de aquecimento e de resfriamento. Nessas situações, estamos lidando com um tipo de energia chamada de energia térmica, que está relacionada à temperatura de um sistema. Para entender isso, é necessário relembrar que toda a matéria é formada de partículas invisíveis para nós - os átomos. Esses átomos possuem duas propriedades muito importantes: eles podem estar ligados uns aos outros para compostos mais complexos e estão em constante movimento. Figura 13. Uma barra de ouro é formada de particulas (átomos) que estão em constante movimento. Uma constatação realizada pela ciência é que, quanto mais rapidamente se movem essas partículas, maior é a temperatura do objeto. Como já estudado, todo objeto que se move possui energia cinética. Assim, você pode concluir que a temperatura de qualquer corpo está associada à energia cinética das partículas desse corpo. Dessa forma, corpos com altas temperaturas possuem partículas com energia cinética elevada, e corpos com baixas temperaturas possuem partículas com energia cinética pequena. Quando dois objetos estão com temperaturas diferentes, as suas possuem energia cinética diferentes. Bernoulli Sistema de Ensino 19 Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo Baixa temperatura Alta temperatura Partículas menos agitadas Partículas mais agitadas Figura 14. Representações das em um corpo de baixa e de alta temperatura. Se esses dois objetos forem colocados em contato, vai ocorrer uma transferência de energia entre eles até que suas temperaturas se igualem. Para isso, o objeto que estiver a uma maior temperatura vai fornecer energia térmica para o de menor temperatura. Quando os dois objetos atingirem a mesma temperatura, a transferência de energia vai cessar. Portanto, calor se refere à transferência de energia motivada pela diferença de temperatura. CORPO A CALOR CORPOB TEMPERATURA A TEMPERATURA B Figura 15. Representação do fluxo de calor entre dois objetos. calor sempre flui naturalmente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. Note que, ao contrário do que se costuma falar no cotidiano, a palavra "calor" não se refere, na ciência, a algo quente. Essa é uma grande diferença de uso da palavra que exige um cuidado em situações práticas. Em geral, quando alguém menciona a palavra "calor" é para dizer que a temperatura está elevada (está quente), por exemplo, "hoje está calor". Nesse sentido, é como se a pessoa estivesse dizendo que calor é sinônimo de temperatura alta, o que não é correto cientificamente, embora muito comum no cotidiano. Apesar de relacionados, calor e temperatura são conceitos diferentes. A temperatura se refere à energia cinética das partículas de um corpo qualquer. o calor é a transferência de energia entre dois corpos que estão em temperaturas diferentes. Assim, se você estiver no polo Sul, onde as temperaturas atingem valores muito baixos, haverá um fluxo de calor de seu corpo para o ambiente. Da mesma forma, há uma confusão muito grande entre os conceitos de calor e de energia térmica. A energia térmica é aquela que os objetos possuem em função da energia das partículas. Isso significa dizer que, enquanto a energia está dentro de um corpo, não faz sentido dizer que há calor. Há diversos sistemas que se valem da liberação da energia térmica para funcionarem. Há aqueles que usam a energia térmica somente para realizar aquecimento, como os fornos de grandes siderúrgicas ou o fogão residencial. Alguma fonte inicial de energia é queimada para liberar energia térmica, que é absorvida por outros objetos e, com isso, eles se aquecem. 20 Coleção EF8 Digitalizado com CamScannerAinda nesse caso, o aquecimento ELETRICIDADE pode ser tão intenso a ponto de fazer com que o objeto passe a emitir luz, como ocorre nas lâmpadas incandescentes. Em outras situações, a energia GERADOR térmica pode ser utilizada para fazer mais do que, simplesmente, aquecer os objetos. Em usinas termoelétricas, CALDEIRA por exemplo, a queima de carvão libera energia que vai aquecer certa quantidade de água líquida até TURBINA que ela se transforme em vapor na caldeira. Esse vapor, então, é usado para mover uma turbina, que é o elemento capaz de gerar energia elétrica (gerador). Dessa forma, AR temos a transformação de parte QUEIMA DE CARVÃO da energia térmica que estava no Figura 16. Esquema de uma carvão em energia elétrica utilizada usina termoelétrica. em residências. Após a geração da energia elétrica, o vapor passa por um condensador, de onde parte da energia térmica é transferida para o ambiente, geralmente em cursos-d'água ou lagos, provocando o aumento de temperatura destes. A energia térmica também pode ser usada em motores de automóveis. Nesses casos, por meio da combustão de algum combustível (gasolina, álcool ou parte da energia térmica é liberada e usada para movimentar o carro. Nessa situação, a energia térmica é transformada em energia cinética. Observe, na figura seguinte, um resumo dessas transformações. Energia cinética motores de automóveis, por exemplo. Energia elétrica usinas ENERGIA termoelétricas, por exemplo. TÉRMICA Energia luminosa lâmpadas incandescentes, por exemplo. Energia térmica fogões residenciais, por exemplo. Figura 17. A energia térmica pode ser transformada em outras formas de energia ou ser utilizada por nós como energia térmica. Bernoulli Sistema de Ensino 21 Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo ENTENDI EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 16. DIFERENCIE calor de temperatura. 17. EXPLIQUE a razão de estar cientificamente incorreta a frase "Hoje está calor". 18. Qual dos dois sistemas possui maior quantidade de energia térmica: um grande lago ou um pequeno copo de água, ambos a 20 °C? JUSTIFIQUE a sua resposta. 4.4. A energia eólica A energia eólica é aquela proveniente da movimentação de massas de ar. Portanto, essa energia é, em essência, uma manifestação da energia cinética associada ao movimento do ar. Lembre-se de que os ventos são formados em consequência dos diferentes aquecimentos em massas de ar distintas. Dessa forma, a energia eólica depende fortemente da atividade solar sobre a Terra. Essa é uma alternativa muito importante para a geração de energia elétrica, pois permite aproveitar o regime de ventos e não utiliza a queima de combustíveis. Os parques eólicos são constituídos de torres com grandes hélices, que são postas em movimento pela ação dos ventos no local. Essas hélices estão ligadas aos geradores de energia elétrica. Nesse caso, portanto, a energia cinética do ar é, em parte, transformada em energia cinética das hélices e, então, em energia elétrica nos geradores. Figura 18. Parque eólico, onde a energia dos ventos é transformada em energia elétrica. 4.5. A energia solar o Sol é a principal fonte de energia para os processos naturais e tecnológicos que ocorrem na Terra. Direta ou indiretamente, o Sol é responsável pela manutenção da vida no planeta, pelas variações climáticas, pelos ventos, pelo ciclo da água e por diversos outros fenômenos importantes para os seres vivos. 22 Coleção EF8 Digitalizado com CamScannero Sol é uma estrela de cerca de 4 bilhões de anos de idade que emite ao espaço uma quantidade enorme de energia de diversas formas: ondas de rádio, calor, luz visível e ultravioleta. A luz emitida pelo Sol é essencial para que ocorra fenômeno da fotossíntese na superfície da Terra e, com isso, haja a acumulação de matéria e energia química que será transmitida, em parte, ao longo das teias alimentares. É curioso notar que, quando queimamos a madeira em uma fogueira, por exemplo, a luz e o calor que estão sendo emitidos são originários, em última análise, da energia solar. Mas por quê? Isso se justifica, pois há tempos, por meio da fotossíntese, a planta transformou a energia do Sol em energia química, a qual está presente na estrutura da madeira. A energia que pode ser extraida da madeira e de outros compostos (como dejetos animais, matéria orgânica do lixo e do bagaço da cana) recebe o nome de energia de biomassa. Note que sua origem está ligada à energia química armazenada pela fotossíntese solar. Atualmente, a energia solar tem sido aproveitada diretamente para as atividades humanas. Assim, a energia do Sol pode ser utilizada em coletores solares, onde é transformada em energia térmica, que é utilizada para esquentar a água. A utilização desse tipo de energia pode evitar ou diminuir uso de chuveiros elétricos, que utilizam a energia vinda das usinas Figura 19. Coletor solar, onde a energia solar é convertida em energia térmica. Assim, a água é aquecida e armazenada no cilindro que está acima das placas. A energia solar ainda pode ser utilizada em placas fotoelétricas para a transformação da energia luminosa em energia elétrica, que pode abastecer casas, lojas, escolas, indústrias, etc. Figura 20. Placas fotoelétricas instaladas no telhado de casas. Nelas, a energia luminosa é transformada em energia elétrica. Bernoulli Sistema de Ensino 23 Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo As previsões feitas pelos estudiosos sobre o tempo de vida de estrelas apontam que o Sol ainda terá cerca de 6 bilhões de anos. Isso significa dizer que se trata de uma fonte de energia inesgotável para os padrões de vida dos seres humanos. ! TÁ NA MÍDIA A produção de energia elétrica em grandes quantidades é recente na História da humanidade. Acesse o QR Code para aprender mais sobre os modos de produção de energia elétrica. 4.6. A energia nuclear No século XX, a humanidade conheceu mais uma forma de energia que não havia sido manipulada antes: a energia nuclear. Essa forma de energia está associada com alguns processos que ocorrem no núcleo dos átomos. Atualmente, a energia nuclear é explorada em usinas nucleares, que se assemelham muito às Torre de resfriamento usinas termoelétricas. A diferença Rede fundamental é que uma usina elétrica termoelétrica utiliza, em geral, carvão, gás ou petróleo como Reator Vapor fonte original de energia. Já as de água Turbina usinas nucleares utilizam materiais, de vapor como urânio, que, ao sofrerem um fenômeno denominado fissão nuclear, liberam grande quantidade Gerador de de energia na forma de energia eletricidade térmica. Daí em diante, o processo Agua Condensador se assemelha ao das usinas fria Água termoelétricas. A grande produção Fonte quente de energia e o custo barato do de água fresca combustível são as principais (mar, rios ou lagos) vantagens da energia nuclear. Figura 21. Esquema de funcionamento de uma usina nuclear. No entanto, há alguns problemas graves na utilização de materiais como o urânio para a produção de energia, pois eles emitem uma radiação altamente prejudicial para os seres vivos. Em caso de acidentes, parte do material contido no interior da usina pode vazar e contaminar uma grande área, em um raio de quilômetros. Devido a esse risco, as usinas nucleares possuem um sistema de segurança sofisticado que entra em ação em caso de acidente. o maior acidente desse tipo na História ocorreu na Usina Nuclear de Chernobyl, na Ucrânia, em 1986, quando a explosão de um reator liberou uma nuvem radioativa de urânio e grafite, resultando na morte de cerca de 4 pessoas, direta e indiretamente, segundo dados oficiais de 2005. Até os dias atuais, a cidade apresenta altos índices de radioatividade. Mais recentemente, em 2011, um acidente nuclear aconteceu em Fukushima, no Japão, quando um terremoto atingiu o país causando danos nos reatores nucleares. 24 Coleção EF8 Digitalizado com CamScannerMATERIA E ENERGIA PARA REFLETIR Muitos países utilizam a energia proveniente do petróleo para gerar energia elétrica e, com isso, movimentam o comércio e a economia mundial. No entanto, a utilização de combustíveis fósseis agrava o efeito estufa. Há outras formas de produzir energia? Qual seria uma alternativa ao uso dos derivados do petróleo como fonte de energia? É possível um país abrir mão do lucro em favor de uma melhoria na qualidade de vida da população e da conservação do meio ambiente? Existe uma fonte de energia que seja considerada mais sustentável que outras? 5. A conservação da energia Vimos que a energia pode ser transformada e transferida entre dois objetos por meio da realização de Além de poder ser transformada e transferida, a energia possui outra característica fundamental: ela é sempre conservada! o Princípio Geral da Conservação da Energia afirma que, em todas as transformações pelas quais a energia passa na natureza, o seu valor total permanece constante. Isso significa dizer que a quantidade total de energia do Universo é a mesma, desde o Big Bang até os dias de hoje. Esse princípio é um dos mais importantes da ciência e é levado em consideração nas pesquisas científicas avançadas sobre a constituição da matéria e na produção da tecnologia moderna. Para ilustrar esse princípio, veja o exemplo a seguir. Nele, um homem solta uma pedra no alto de um monte. Imagine que a energia potencial da pedra no momento em que foi solta era de 7 500 joules. À medida que cai, a pedra vai perdendo altura e ganhando velocidade. Assim, a energia potencial dela vai diminuindo e a sua energia cinética vai aumentando. No entanto, a energia inicial da pedra também se transforma em energia sonora (o barulho que é possível escutar durante a queda da pedra é proveniente da energia potencial gravitacional inicial) e em energia térmica (a pedra, o chão e o próprio an se aquecem ligeiramente em decorrência da queda). Dessa forma, a energia cinética da pedra no final da descida é menor do que a energia potencial no alto do monte. Essa diferença corresponde ao que foi transformado em energia sonora, em energia térmica e em modificações em sua estrutura. Energia potencial = 7 500 ] dissipada na forma de som 300 Figura 22. No alto do morro, a energia potencial gravitacional da pedra é de Epg 7 500 J, mas, na base, a energia cinética da pedra é de apenas E, = 1 200 J. A diferença entre a energia inicial e final é explicada pela transformação da energia, na forma de calor e som. Bernoulli Sistema de Ensino 25 Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo Assim, é possível enunciar o Princípio Geral da Conservação da Energia: a energia não pode ser criada e nem destruída, mas transformada de uma forma em outra, com a energia total permanecendo sempre a mesma. A transformação e a conservação da energia estão presentes em todas as partes e ocorrem o tempo todo na natureza. Por exemplo: a energia cinética de rotação de uma turbina em uma usina hidrelétrica é convertida em energia elétrica no gerador (uma parte também é convertida em energia térmica); a energia cinética de um carro é convertida em energia térmica nas rodas e nos discos de freio durante a frenagem do veículo; e a energia química proveniente dos alimentos que ingerimos é convertida na energia que faz o nosso corpo se mover (uma parte é liberada na forma de calor do corpo para o ambiente). Um dos exemplos mais interessantes da transformação da energia é a conversão da energia solar em outras formas de energia. Os organismos fotossintetizantes, como as plantas, transformam a energia do Sol em energia química, que fica incorporada no seu corpo. Posteriormente, as plantas servem de alimento para os animais. Assim, os seres vivos presentes na Terra dependem, direta ou indiretamente, da energia do Sol. Muitas formas de energia presentes na Terra são provenientes da energia do Sol, por exemplo, o petróleo, o gás natural e o carvão são substâncias oriundas de processos biológicos que ocorreram com absorção da energia de raios solares. Os ventos, que nos permitem utilizar a energia eólica, são gerados pelo aquecimento diferenciado das regiões da Terra, que também tem participação da energia do Sol. TÁ NA MÍDIA Por meio do QR Code, você terá acesso a um simulador no qual poderá observar as transformações das energias cinética, potencial e térmica, além da conservação da energia total em um sistema. EXPERIMENTANDO Nesta seção, veremos um fenômeno diretamente relacionado às transformações de energia. Material Um barbante de aproximadamente 1 m Um objeto para servir de peso Procedimento 1. Amarre um peso fixo em uma das extremidades de um barbante, que tenha mais ou menos 1 m de comprimento. 2. Erga o peso a cerca de 10 cm de altura e solte-o. 3. Observe que o peso balança para o outro lado, atingindo o mesmo nível de partida (a). 4. Agora, erga e solte novamente o peso, mas (a) (b) peça a um colega que intercepte a trajetória do barbante com um lápis posicionado a alguns centímetros acima do nível de partida (b). o que você acha que acontecerá nessa nova situação? Discuta com o seu colega antes de testar esse procedimento. Execute o procedimento e observe o que acontece. 26 Coleção EF8 Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo 6. Fontes renováveis e não renováveis de energia o Princípio Geral da Conservação da Energia é um dos mais importantes da ciência, pois permite a compreensão dos processos de transformação, naturais ou tecnológicos. Como mencionado anteriormente, a quantidade total de energia no Universo sempre foi e sempre será - a mesma desde os seus primórdios até os dias atuais. Note que, dessa forma, a expressão "geração de energia", muito comum no dia a dia, está incorreta do ponto de vista Assim, para estar adequada do ponto de vista da ciência, é mais indicado falarmos em "transformação de energia". No entanto, o que tem sido noticiado pela imprensa e discutido entre governos de todo o mundo parece contradizer o consenso científico do Princípio da Conservação de Energia, pois fala-se muito em "crise energética" e "falta de recursos energéticos". Como é possível o planeta enfrentar uma crise energética se a energia não pode ser criada e nem destruída? Apesar de ser, sempre, conservada, a energia nunca está 100% disponível para ser utilizada na realização de trabalho. Por exemplo, há grande quantidade de energia química armazenada na gasolina. No entanto, somente em condições especiais dentro do motor de um automóvel é que essa energia pode ser transformada em energia cinética do carro. Durante essa transformação, uma parte muito grande da energia é transformada em energia sonora e térmica. Em outras palavras, não basta ter a gasolina e a sua energia armazenada. É necessário construir um dispositivo, nesse caso, o motor do carro, que crie as condições para que tal energia possa ser aproveitada para a realização do trabalho que fará o carro se mover. Essa é uma característica geral de todos os processos, desde os naturais (como a digestão, a ocorrência dos ventos, a emissão da energia do Sol, etc.) até os tecnológicos (como o funcionamento das usinas hidrelétricas, o funcionamento da televisão e do celular, etc.). Nesses processos de transformação de energia, o sistema que possui a energia antes da transformação recebe o nome de fonte de energia. As fontes de energia podem ser classificadas em renováveis e não renováveis em razão da sua capacidade ou não de se regenerar em um curto espaço de tempo, compatível com a vida humana. 6.1. Fontes renováveis As fontes de energia são consideradas renováveis se puderem ser utilizadas pelo ser humano durante um grande intervalo de tempo sem se esgotarem. Nesse sentido, o Sol, os ventos e as marés, por exemplo, podem ser considerados como fontes de energia renováveis. A seguir, serão sistematizadas algumas dessas fontes. Biomassa: é a fonte em que se utiliza a matéria orgânica para liberar energia que pode ser aproveitada em diversas atividades humanas. o uso da biomassa como fonte de energia pelo ser humano é antigo, por exemplo, quando alguém queima a madeira para fazer comida em um fogão a lenha ou faz uma fogueira para se aquecer no inverno, está sendo utilizada a energia da biomassa. Outro exemplo é a utilização de dejetos urbanos ou agropecuários na produção de biogás, que será usado como fonte de energia. Uma das vantagens do uso da biomassa é a possibilidade do aproveitamento de materiais que seriam descartados (como o bagaço de e a palha de arroz) e a possibilidade de cultivo para a produção de óleos vegetais (por exemplo, extraídos da mamona, do dendê e do babaçu), 28 Coleção EF8 Digitalizado com CamScannerMATERIA ENERGIA que serão utilizados em combustíveis para motores. A queima da biomassa libera gás carbônico, que é um dos gases responsáveis pelo efeito estufa, no entanto, os vegetais capturam parte desse gás durante o seu crescimento, no processo de fotossíntese. Dessa forma, a energia de biomassa tem uma baixa emissão de gases poluentes quando comparada a outras fontes de energia, como a queima de petróleo ou de carvão mineral. No Brasil, calcula-se que cerca de 9% da energia elétrica produzida seja gerada a partir da biomassa. Sol: trata-se de uma fonte inesgotável de energia que não polui e não gera resíduos. Como o Sol, provavelmente, ainda durará cerca de 6 bilhões de anos, é uma fonte renovável de energia para os padrões humanos de tempo. No entanto, há alguns problemas de ordem econômica ligados aos altos custos de implantação e manutenção para que essa seja uma fonte utilizada em larga escala nos dias atuais. Estimativas indicam que, no Brasil, apenas cerca de 2,5% da produção de energia tenha como fonte a energia solar. No entanto, há pesquisas promissoras sobre a utilização da energia solar para a geração de energia elétrica de forma mais eficiente. Ventos: a energia dos ventos, também conhecida como energia eólica, é uma fonte renovável e limpa de energia. Há regiões no planeta em que o regime de ventos é muito intenso e abundante, assim, o uso da energia eólica é aconselhável pelo seu baixo custo de manutenção. No entanto, há um limitador, que é a dependência do regime de ventos para que processo seja eficaz. Não se pode basear toda a geração de energia elétrica de um país na energia eólica porque pode haver períodos de baixa incidência de ventos que inviabilizariam seu uso. o uso da energia eólica no Brasil tem crescido e estima-se que em pouco tempo ela seja a segunda principal fonte da matriz energética do país. Etanol: produzido da ou da beterraba, além de outros vegetais, o etanol pode ser usado como fonte de combustível para veículos ou em geradores para eletricidade. Apesar de sua combustão liberar gases como o gás carbônico, o crescimento do vegetal contribui para retirar carbono da atmosfera. Por isso, é considerado como renovável e menos poluente que a gasolina ou o diesel, os quais são originados do petróleo, uma fonte não renovável de energia. o uso do etanol representa, no Brasil, cerca de 19% do total de combustíveis utilizados em veículos. Esse número mais que dobrou nos últimos 15 anos. Biodiesel: é uma fonte que tende a substituir o óleo diesel (proveniente do petróleo) como combustível para alguns motores. Por ter uma origem relacionada com vegetais, o biodiesel tem a mesma característica do etanol quanto à retirada de carbono atmosférico. o possui uma participação tímida no total de combustíveis nacionais, com cerca de 3%. No entanto, é uma grande aposta para o futuro. Há planos de aumento progressivo do biodiesel na mistura com o diesel oriundo do petróleo, até que este seja totalmente substituído. 6.2. Fontes não renováveis A fonte de energia é considerada não renovável quando o seu uso causa o esgotamento. Assim, as energias não renováveis têm o seu uso limitado, uma vez que, no futuro, a médio ou longo prazo, não estarão mais disponíveis e terão um fim. Assim, são consideradas fontes não renováveis a energia nuclear, vinda da extração do urânio, e os combustíveis fósseis, como o petróleo, o carvão mineral e o gás natural. Bernoulli Sistema de Ensino 29 Digitalizado com CamScanner7 Energia: a moeda de troca do Universo o petróleo é uma fonte de energia de grande utilização pela sociedade atual. o seu uso como combustível, por exemplo, a gasolina e o diesel, e as diversas aplicações cotidianas, como a fabricação de plásticos e de asfalto, tornam esse material muito valioso e importante para os padrões de consumo da sociedade atual. Além disso, há um mercado internacional muito ativo para a compra e a venda de petróleo que movimenta uma soma de dinheiro Petróleo extremamente alta. No entanto, quando se queimam combustíveis derivados do petróleo, ocorre a liberação de gás carbônico para a atmosfera, o que contribui para o agravamento do efeito estufa e, consequentemente, para o aquecimento global. o petróleo origina-se dos restos de organismos animais e vegetais que viveram há muito tempo e que foram soterrados e Urânio decompostos. Ao longo de milhões de anos, esse material se acumulou no fundo dos oceanos, mares e lagos, e foi submetido a um ambiente com pouco oxigênio, alta pressão e temperatura, originando o petróleo. Logo, o petróleo é formado em condições ambientais especiais, não sendo, portanto, reposto na mesma velocidade com que é consumido pelos seres humanos. Esse é um dos grandes Gás natural problemas de os padrões da vida moderna serem tão dependentes do petróleo, pois, uma vez esgotado, não é possível repor. Assim, é importante a busca por outras fontes de energia e matéria-prima que não dependam desse material. Além disso, a exploração do petróleo gera problemas sociais e até confronto entre os países. Figura 23. Representação de diversas fontes de energia consideradas não renováveis. Carvão PARA SABER MAIS A formação do petróleo na natureza Atualmente, a teoria mais aceita para explicar a origem do petróleo é chamada teoria orgânica. Como o nome já indica, ela afirma que o petróleo foi formado ao longo de milhões de anos a partir da matéria orgânica, originada de restos de plantas e animais que viviam nos oceanos primitivos. Coleção EF8 Digitalizado com CamScannerENERGIA Quando esses organismos morriam, eles se acumulavam no fundo dos mares e oceanos, e acima deles se depositavam alguns tipos de sedimentos, como a areia e a argila, que os deixavam soterrados. Logo após a morte dos organismos, essa matéria orgânica começava a sofrer a ação de bactérias, que modificavam e degradavam parcialmente esse material, no processo de decomposição. Ao longo de um enorme intervalo de tempo e com a deposição contínua de sedimentos, essa matéria orgânica ficou presa por uma camada espessa de sedimentos. Isso fez com que a pressão e a temperatura sobre ela aumentasse, lembrando que nesse momento já não havia a ação das bactérias e nem a presença de oxigênio gasoso Submetida à alta temperatura, as ligações existentes entre as partículas que formam a matéria orgânica são rompidas, o que a degrada e modifica a sua estrutura. A alta pressão, por sua vez, atua na compactação dos sedimentos. Quanto mais profundo ocorrer essa transformação do sedimento, maiores serão a temperatura e a pressão. A formação do petróleo e sua acumulação nas rochas envolvem uma sequência complexa de eventos que devem ocorrer numa ordem predeterminada. Além disso, é necessária a ação de vários fatores, como a atuação da temperatura e da pressão sob um tipo de matéria orgânica específica. A ausência de um dos fatores necessários para a formação do petróleo impossibilita a formação da jazida petrolífera. Assim, podemos perceber que a formação do petróleo é um evento difícil e extremamente lento, o que faz dele um recurso não renovável. Por isso, é essencial que ele seja utilizado de forma sustentável. o petróleo, tal como extraído, é um líquido escuro e viscoso, encontrado apenas em rochas sedimentares. o nome desse composto tem origem nessas características, pois a palavra "petróleo" vem do latim petroleum; petro significa "pedra" e oleum significa ou seja, "óleo de pedra". Na natureza, o petróleo, geralmente, é encontrado entre os grãos das rochas sedimentares porosas, assim, as jazidas petrolíferas podem ser comparadas com uma esponja encharcada de óleo. Ao contrário do que muitas pessoas podem pensar, a extração do petróleo não ocorre em grandes lagos subterrâneos preenchidos com essa substância ou em grandes cavidades em rochas. Hoje, a teoria orgânica da formação do petróleo é bem consolidada na ciência e há inúmeras evidências a favor dela. Uma delas é o fato de o petróleo ser composto, em grande parte, cerca de 80%, por carbono e hidrogênio, que são elementos químicos que constituem o corpo dos seres vivos. Outra importante evidência é o fato de ele só ser encontrado em bacias sedimentares. As rochas sedimentares são formadas por partículas de sedimentos de matéria orgânica que se depositaram e compactaram com o passar do tempo. Por fim, já foi identificada a presença de clorofila e de hormônios vegetais em amostras de petróleo. ! TÁ NA MÍDIA A necessidade de energia da humanidade vem crescendo a cada dia, e nem sempre obtemos essa energia de forma limpa. Mesmo a obtenção de energia por formas limpas pode possuir pontos negativos. Acesse este QR Code e veja os impactos que a produção de energia pode causar. Bernoulli Sistema de Ensino Digitalizado com CamScanner