DO SOL AO AQUECIMENTO A ENERGIA NO AQUECIMENTO/ ARREFECIMENTO DE SISTEMAS

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1 DO SOL AO AQUECIMENTO A ENERGIA NO AQUECIMENTO/ ARREFECIMENTO DE SISTEMAS

2 Dulce Campos 2 O que é de facto ENERGIA? ENERGIA Ainda não sabemos o que é energia " Ainda não sabemos o que é energia. Não sabemos ainda por ser a energia uma coisa estranha '. A única coisa de que temos certeza e que a Natureza nos permite observar é uma realidade, ou se prefere, uma lei chamada "Conservação da Energia Richard Feynman

3 Dulce Campos 3 "Esta lei diz que existe 'algo', uma quantidade que chamamos energia, que se modifica em forma, mas que a cada momento que a medimos ela apresenta sempre o mesmo resultado numérico. É incrível que algo assim aconteça. Na verdade é muito abstracto, matemático até.

4 Área Dulce Campos 4 Física Baseia-se nas observações e nas experiências que permitem formular leis habitualmente expressas por equações matemáticas TERMODINÂNICA GREGO Therme (calor) e dynams (potência) Sendo uma descrição dos primeiros esforços para converter calor em potência Çengel et al, 2001

5 Dulce Campos 5 Estuda: TERMODINÂNICA os fenómenos e as leis que governam as diversas formas de energia os processos de conversão da energia (E) nas suas diversas formas (semanticamente quer dizer movimento da energia térmica e como a energia induz movimento). A conversão de uma forma de energia noutra é designada por transformação de energia, enquanto o processo de passagem de energia de um sistema para outro é designado transferência de energia

6 Dulce Campos 6 TERMODINÂNICA Baseia-se em leis empíricas (os Princípios da Termodinâmica), Os fenómenos são interpretados a partir de uma abordagem macroscópica da estrutura da matéria, por análise dos efeitos da alteração da temperatura, pressão e volume dos sistemas físicos (propriedades que podemos medir no laboratório). Estas propriedades fundamentais estão relacionadas entre si por relações matemáticas designadas equações de estado É o estudo das propriedades macroscópicas dos sistemas, não assumindo um modelo para a constituição da matéria.

7 Dulce Campos 7 TERMODINÂNICA Os dois pontos de vista, macroscópicos e microscópicos, são incompatíveis? Não, porque as poucas propriedades mensuráveis, cuja especificação constitui o ponto de vista macroscópico, são médias, durante um dado período de tempo, de um grande número de propriedades microscópicas.

8 Dulce Campos 8 TERMODINÂNICA A soma de todas as formas microscópicas de energia de um sistema é designada por Energia Interna - U. Esta está relacionada com a estrutura molecular e com a actividade molecular A energia interna pode ser vista como a soma das energias cinética e potencial das partículas constituintes da matéria (moléculas e respectivos constituintes)

9 Dulce Campos 9 TERMODINÂNICA Energia Interna - U Energia Sensível Energia química Energia latente Energia Nuclear

10 Dulce Campos 10 Energia Sensível Associada à energia cinética dos átomos, das moléculas e dos seus componentes traduzida pelo nível de translações, rotações e vibrações

11 Dulce Campos 11 Energia Sensível Quanto maior for a temperatura, maior será o número destes movimentos, maior será a energia sensível e consequentemente a energia interna.

12 Dulce Campos 12 Energia latente Associada ao estado físico do sistema, ou seja, às forças de ligação intermoleculares e elas serão maiores nos sólidos do que nos líquidos e maior nestes do que nos gases

13 Dulce Campos 13 Energia química Associada às ligações entre átomos numa molécula. Durante uma reacção química, a energia de um sistema pode aumentar ou diminuir (geralmente transferindo ou recebendo calor para as ou das vizinhanças). Energia Nuclear Associada às interacções no interior do núcleo dos átomos, constituído por protões e neutrões, os quais, por sua vez, são compostos por partículas ainda mais elementares: os quarks.

14 Dulce Campos 14 Energia Interna de um Sistema - U U = E sen + E lat + E qui + E nuc Energia Térmica Vulgo Calor Sendo assim designada por corresponder à fracção da energia interna de um corpo que pode ser transferida devido a uma diferença de temperatura

15 Dulce Campos 15 O que distingue a Termodinâmica da outras áreas? A variável tempo não é considerada explicitamente; As coordenadas espaciais não são relevantes; A variável temperatura é essencial para descrever os sistemas e suas propriedades.

16 Dulce Campos 16 Uma das vertentes mais importantes da Termodinâmica É o estudo das alterações dos estados de um sistema, entre um estado de equilíbrio final (f) e outro inicial (i), sem, no entanto, dar informação quanto à velocidade com que se alcançam os referidos estados.

17 Dulce Campos 17 O que significa equilíbrio termodinâmico? Um sistema está em equilíbrio termodinâmico se as variáveis que o caracterizam estão definidas e permanecem constantes. Por questões conceptuais e de análise o equilíbrio termodinâmico divide-se em equilíbrio térmico, mecânico e químico. A existência de um estado de equilíbrio num sistema depende da sua proximidade de outros sistemas, e da natureza da fronteira que o separa dos outros sistemas.

18 Dulce Campos 18 Mar SOL Vento Fonte Energia Renovável Sistemas que contêm energia armazenada e a podem transferir para outros sistemas

19 Dulce Campos 19 Dependendo da Fonte Energia Solar - ou Radiante, energia proveniente do sol que se propaga através das ondas electromagnéticas Energia Sonora - movimento ondulatório das partículas/corpúsculos constituintes da matéria Energia Eólica - movimento do ar Energia Hídrica - movimento da água de superfície ou subterrânea Energia das marés e das ondas Energia da Biomassa - produzida a partir de produtos florestais, agrícolas ou de resíduos urbanos Energia Geotérmica - calor proveniente do interior da Terra

20 Dulce Campos 20 Dependendo da Fonte Energia Eléctrica - movimento de electrões Energia Elástica - associada a um corpo elástico, como uma mola Energia Magnética - energia armazenada num material que produz um campo magnético Energia Química - armazenada nas ligações químicas Energia térmica - que se transmite por diferença de temperaturas, conhecida popularmente por calor Energia Nuclear - armazenada nas ligações nucleares

21 Dulce Campos 21 Duas Formas Energia Básicas de uma fonte de energia Energia Cinética Interna associada ao movimento vibracional, rotacional, translacional, electrónico, etc das partículas que constituem o sistema (moléculas e respectivos constituintes) Energia Potencial Interna armazenada no sistema e que resulta das interacções entre essas partículas Esta pode ser libertada ou convertida noutras formas de energia, incluindo a cinética.

22 Dulce Campos 22 Energia Cinética Interna Energia Interna Sistema + Energia Potencial Interna Quando se adiciona energia ao sistema sob a forma de calor, esta fica armazenada como energia cinética e potencial internas

23 Dulce Campos 23 TRANFERÊNCIAS E TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA

24 Dulce Campos 24 Tudo o que existe no Universo possui energia e tem a faculdade de, em dado momento e sob certas circunstâncias, a manifestar, transformar e/ou transferir. Todas as manifestações de energia correspondem apenas a duas formas fundamentais de energia:

25 Dulce Campos 25 Energia Cinética E c Energia Potencial Ep E c Macroscópica E c Microscópica E p Macroscópica E p Microscópica Um automóvel que se desloca numa estrada, uma bola que é lançada ao ar, os planetas que orbitam em torno do Sol A nível atómico ou molecular manifesta na translação, rotação ou vibração das partículas constituintes de cada material, independentemente do estado físico em que ele se encontre e uma <energia em potência>, que depende da posição relativa das partículas que constituem o sistema. Corresponde à energia armazenada em condições de vir a ser utilizada, transformada ou transferida

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28 Dulce Campos 28 Todas as manifestações de energia envolvem transformações e/ou transferências de energia

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32 Dulce Campos 32 Exercícios

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34 Dulce Campos 34 DEGRADAÇÃO DE ENERGIA. RENDIMENTO

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36 Dulce Campos 36 Um processo é tanto mais eficiente quanto menor for a parcela de energia dissipada, ou seja, quanto maior for a parcela correspondente à energia que é aproveitada de uma forma útil.

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38 Dulce Campos 38 Balanço energético ou diagrama de Sankey. Somente 5 % do total de energia fornecida à Lâmpada é aproveitado de uma forma útil. A restante parte (95 %) corresponde à parcela de energia dissipada. Ou seja, o seu rendimento é de 5%

39 Dulce Campos 39 Exercícios

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41 Dulce Campos 41 Exercícios

42 Dulce Campos 42 Uso racional das fontes de energia Em Física, diz-se que a energia total do Universo se conserva, isto é, a sua quantidade total mantém-se constante.

43 Dulce Campos 43 A energia, embora se conserve, degrada-se. É possível poupar energia tornando os processos mais eficientes (com maior rendimento), ou seja, reduzindo as perdas inerentes à utilização de máquinas e equipamentos, nos transportes, na indústria e na agricultura. Problemas ambientais decorrentes da produção e do consumo excessivo de combustíveis fósseis. O recurso a fontes de energia renováveis para a produção de energia elétrica permitirá menores emissões poluentes, ou seja, o impacto sobre o delicado equilíbrio ambiental da Terra será muito menor.

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