Transformações Energéticas no dia a dia – Física Enem e vestibular

Veja a Energia Solar, Energia Eólica, Biogás, Energia Nuclear, e a Geração por Hidrelétricas também. Já dizia Lavosier: "Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma". Na aula de hoje, vamos estudar as transformações energéticas e mostrar como elas estão presentes em nosso cotidiano. Confira!

Pense rápido: quantos tipos de energia você conhece? No Blog do Enem, por exemplo, você encontra posts sobre Energia Potencial Gravitacional, a Energia Cinética e a Energia Elástica. Mas quantas existem na natureza?

Lembrando que Energia é a capacidade de um corpo de realizar trabalho, você conseguiu chegar a que número? Provavelmente, o primeiro tipo de energia que veio a sua cabeça foi a elétrica, não é mesmo? Isso porque esta é a forma de energia mais utilizada no mundo e ela nasce por meio de diferentes transformações energéticas. Confira abaixo:Transformações energéticasEnergia solar: o nome é autoexplicativo, é o tipo de energia originária do sol.  O que nós terráqueos chamamos de Energia Solar é a conversão da energia que chega até à terra, e que no Sol é fruto de uma fusão nuclear, e que fazemos aqui a conversão para energia elétrica.

O Sol, você já sabe, é uma fonte de energia nuclear que vai funcionar ainda por bilhões de anos. No Sol ocorre uma fusão nuclear permanente com átomos de hidrogênio que se ‘fundem’ no núcleo do sol.

A cada quatro átomos de hidrogênio se forma um átomo de hélio. No processo ocorre uma liberação de energia. No conjunto, o sol libera energia nuclear constantemente, e que chegam à terra na forma de luz e calor.

Aqui na Terra coletamos esta energia do sol em painéis com várias células fotovoltaicas responsáveis pelas transformações energéticas. Veja na imagem o telhado de uma casa equipado com painéis de células fotovoltaicas para captação de energia solar e conversão em energia elétrica.Resultado de imagem para paineis de energia solar Nestes painéis fotovoltaicos a energia solar é transformada em energia elétrica. Uma de suas principais vantagens é não causar danos ambientais diretos.

Mas, há métodos mais simples também de captar a energia do sol. Por exemplo, se você enrolar metros e metros de mangueira preta expostos ao sol a cor escura ‘absorve’ a energia na forma de calor, que pode esquentar a água no interior da mangueira.

Também é possível concentrar a energia solar através de um jogo de espelhos e com isso apontar o foco de calor para uma caldeira. No Ensino Fundamental é frequenta experiência de pegar uma lupa e concentrar os raios do sol através da lente para ‘queimar’ pedaços de papel. Tudo isto são formas de uso da Energia Solar.

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Para saber mais sobre ela, assista ao vídeo abaixo:

A Energia Nuclear

O uso que nós humanos fazemos da Energia Nuclear está consolidado na produção de eletricidade pelas usinas nucleares. Nelas ocorrem vários processos físico-químicos que transformam a energia nuclear em energia elétrica.  Veja na imagem aula gratuita sobre a Energia Nuclear:Energia NuclearQuer saber como as transformações energéticas ocorrem no interior das usinas nucleares e nos reatores de água fervente e pressurizada? Confira o vídeo abaixo!

A Energia Eólica:

Há um velho ditado popular que diz assim: Quem conseguir engarrafar o vento, fica rico. Pois então, isto já é possível pelo uso dos geradores eólicos. A Energia Eólica nada mais é do que captar a energia do ar em movimento. Ou seja, é a transformação da energia do vento em energia elétrica por meio de aerogeradores.  Veja na imagem uma ‘fazenda de energia eólica’: Resultado de imagem para torres de energia eólicaAssim como a energia solar, ela também não causa danos ao meio ambiente. Para saber como funcionam os aerogeradores e o potencial energético eólico brasileiro, confira o vídeo abaixo:

O Biogás –

Este combustível é produzido a partir da decomposição de resíduos orgânicos por bactérias. Ele é gasoso e composto por metano, dióxido de carbono e contém traços de outros gases. No processo de obtenção do biogás, há diferentes transformações energéticas.

A energia química do gás é convertida em energia mecânica por meio de um processo de combustão. Depois, a energia mecânica gerada ativa um gerador que fornece a energia elétrica. Para saber mais detalhes desse processo, confira o vídeo abaixo:

E quais as transformações energéticas oriundas da Energia Elétrica?

Energia térmica: ao passar roupas, secar o cabelo ou tomar uma ducha, a energia elétrica é transformada em energia térmica.

Energia luminosa: a iluminação dos ambientes é feita devido a transformação de energia elétrica em luminosa no interior das lâmpadas.

Transformações energéticas nos eletrodomésticos

Vamos fazer um teste com alguns eletrodomésticos da sua casa? O foco será na cozinha, abaixo indicaremos três objetos e gostaríamos que fizessem uma lista com todas as transformações energéticas que ocorrem no funcionamento deles:

Fogão: Leve em conta as transformações de energia desde o gás até os movimentos que ocorrem na água durante o preparo dos alimentos.

Liquidificador: A energia vem da rede elétrica e sofre algumas transformações durante o funcionamento do liquidificador. O som também é uma forma de energia cinética, porque se dá através do deslocamento do ar. O que mais podemos listar?

Exemplo 1: Na figura abaixo está esquematizado um tipo de usina utilizada na geração de eletricidade.

Fonte: http://4.bp.blogspot.com/-MIQCBOf2v74/VBsXDr2sjLI/AAAAAAAADb4/su2tj8BfLzo/s1600/zenerg1.png

Analisando o esquema, é possível identificar que se trata de uma usina:

(A) hidrelétrica, porque a água corrente baixa a temperatura da turbina.
(B) hidrelétrica, porque a usina faz uso da energia cinética da água.
(C) termoelétrica, porque no movimento das turbinas ocorre aquecimento.
(D) eólica, porque a turbina é movida pelo movimento da água.
(E) nuclear, porque a energia é obtida do núcleo das moléculas de água.

Trata-se de uma usina hidrelétrica. Há transformação da energia potencial gravitacional da água em energia cinética, o que permite girar a turbina, gerando energia elétrica.

Resposta:
Letra B

Exemplo 2: A eficiência de uma usina, do tipo da representada na figura da questão anterior, é da ordem de 0,9, ou seja, 90% da energia da água no início do processo se transforma em energia elétrica. A usina Ji-Paraná, do Estado de Rondônia, tem potência instalada de 512 milhões de watts, e a barragem tem altura de aproximadamente 120 m. A vazão do rio Ji-Paraná, em litros de água por segundo, deve ser da ordem de:

(A) 50
(B) 500
(C) 5.000
(D) 50.000
(E) 500.000

A potência instalada da usina Ji-paraná é dada por:

Pot = 0,9.m.g.h/Δt => Pot = 0,9.d.V.g.h/Δt
512.106(W) = 0,9.1,0(kg/L).V(L).10(m/s2).120(m)/1,0(s)
V = 474.074 L ≅ 500.000 L

Resposta:
Letra E

Exemplo 3: No processo de obtenção de eletricidade, ocorrem várias transformações de energia. Considere duas delas:
I. cinética em elétrica
II. potencial gravitacional em cinética

Analisando o esquema, é possível identificar que elas se encontram, respectivamente, entre:

(A) I- a água no nível h e a turbina, II- o gerador e a torre de distribuição.
(B) I- a água no nível h e a turbina, II- a turbina e o gerador.
(C) I- a turbina e o gerador, II- a turbina e o gerador.
(D) I- a turbina e o gerador, II- a água no nível h e a turbina.
(E) I- o gerador e a torre de distribuição, II- a água no nível h e a turbina.
Na usina hidrelétrica há a transformação da energia potencial gravitacional da água em energia cinética, antes de atingir as turbinas. Quando a água incide nas turbinas estas entram em rotação e pelo fenômeno da indução eletromagnética ocorre a geração de energia elétrica. Assim, temos as transformações de energia:

Resposta:
Letra D

Exercícios:

1) 13 (ENEM-2002) Em usinas hidrelétricas, a queda d’água move turbinas que acionam geradores. Em usinas eólicas, os geradores são acionados por hélices movidas pelo vento. Na conversão direta solar-elétrica são células fotovoltaicas que produzem tensão elétrica. Além de todos produzirem eletricidade, esses processos têm em comum o fato de

a) não provocarem impacto ambiental.
b) independerem de condições climáticas.
c) a energia gerada poder ser armazenada.
d) utilizarem fontes de energia renováveis.
e) dependerem das reservas de combustíveis fósseis.

2) 14) (ENEM-2003) “Águas de março definem se falta luz este ano”. Esse foi o título de uma reportagem em jornal de circulação nacional, pouco antes do início do racionamento do consumo de energia elétrica, em 2001. No Brasil, a relação entre a produção de eletricidade e a utilização de recursos hídricos, estabelecida nessa manchete, se justifica porque:

a) a geração de eletricidade nas usinas hidrelétricas exige a manutenção de um dado fluxo de água nas barragens.
b) o sistema de tratamento da água e sua distribuição consomem grande quantidade de energia elétrica.
c) a geração de eletricidade nas usinas termelétricas utiliza grande volume de água para refrigeração.
d) o consumo de água e de energia elétrica utilizadas na indústria compete com o da agricultura. e) é grande o uso de chuveiros elétricos, cuja operação implica abundante consumo de água.

3) 9) (ENEM-2001) Segundo um especialista em petróleo (Estado de S. Paulo, 5 de março de 2000), o consumo total de energia mundial foi estimado em 8,3 bilhões de toneladas equivalentes de petróleo (tep) para 2001. A porcentagem das diversas fontes da energia consumida no globo é representada no gráfico.


Segundo as informações apresentadas, para substituir a energia nuclear utilizada é necessário, por exemplo, aumentar a energia proveniente do gás natural em cerca de

a) 10%
b) 18%
c) 25%
d) 33%
e) 50%.

4) 12) (ENEM-2002) Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma residência, destacamos as seguintes: Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas. Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição “inverno” ou “quente”. Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez. Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente. Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados às suas finalidades. A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através da tentativa de, no dia-a-dia, reduzir:

a) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos.
b) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos.
c) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica.
d) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica.
e) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga.

Gabarito:

1) D 2) A 3) D 4) C

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Rosângela Menezes é formada em Licenciatura em Física pela Universidade Federal do Amazonas e em Jornalismo pela Universidade Federal de Santa Catarina. Atuou como professora por 10 anos e, atualmente, escreve textos sobre Ciência e Tecnologia. O post foi complementado com exemplos pela editoria do Blog do Enem.