Introdução à física/Energia

Alguns conceitos fundamentais.

Energia: Na física pode ser definida como resultado da realização de um trabalho.

Propriedades da energia:

• Adimensional – que não tem dimensão, não possuindo massa nem volume.
• Sensitiva – a energia pode ser conhecida, mas não pode ser tocada;
• Conservativa – A energia não pode ser criada ou destruída.
• Transformativa – A energia pode se transformada, A energia elétrica se transforma em luminosa quando acendemos uma lâmpada
• Transferível – a energia pode ser passada de um corpo para outro, mas não em parte total.

Tipos de energia:

Energia cinética: é a energia associada ao movimento;

Energia potencial:  é aquela que depende da posição do corpo. Existem muitas formas de energia potencial, como a energia potencial gravitacional, a energia potencial elétrica, a energia potencial elástica, entre outras.

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

Energia química: é a forma de energia encontrada nas ligações químicas e também pode ser obtida a partir da queima de combustíveis.

Energia térmica: é aquela contida em corpos que estejam acima da temperatura do zero absoluto. Quando a energia térmica é transferida entre corpos, ela passa a ser chamada de calor.

Energia elétrica: é aquela que se obtém a partir da interação entre cargas elétricas, separadas a uma certa distância uma das outras.

Energia nuclear: é a energia que é obtida a partir da fissão dos núcleos atômicos. Essa energia resulta da interação entre prótons e nêutrons, que são atraídos por um tipo de força fundamental da natureza conhecido como força nuclear forte.

Energia eólica:  é a energia proveniente do vento, e pode ser transformada em outros tipos de energia.

Energia solar: é a energia proveniente da luz solar, também conhecida como energia luminosa.

Energia renovável e não renovável: energia renováveis utilizam recursos que não se esgotam ou se renovam na natureza. Já as fontes de energia não renováveis utilizam recursos que se esgotam na natureza e, por isso, podem gerar diversos problemas para o meio ambiente.

Conservação de energia: é algo que não muda. Isto significa que a variável de uma equação que representa uma grandeza conservativa é constante ao longo do tempo. A variável tem o mesmo valor antes e depois de um evento.

Conversão de energia: é o processo de converter a energia de uma forma em outra.

Energia útil: é aquela que podemos usufrui, energia fornecida a uma máquina, uma parte é transformada em energia útil, ou seja, em energia que é na verdade aproveitada pela máquina.

Balanço de energia: é uma exposição sistemática dos fluxos e transformações de energia em um sistema. valores de entrada e saída.

Propriedades

A energia tem as seguintes propriedades:

• Adimensional - a energia não ocupa local do espaço, assim, não possui massa ou volume;
• Sensitiva - a energia pode ser sentida, mas não pode ser tocada;
• Conservativa - a quantidade de energia no universo é constante, logo, a energia não se extingue ou se cria;
• Transformativa - o tipo da energia pode ser alterado, mas nunca em um rendimento total;
• Transferível - a energia pode ser transferida de um corpo para o outro, mas nunca em totalidade;

As luzes e os sons em uma danceteria são exemplos claros da propriedade sensitiva.

Adimensional e sensitiva

O fato de a energia não poder ser tocada, é justamente por ela não ter massa ou volume. No entanto, ela pode ser sentida. A luz (visão), o som (audição) e o calor (tato) são exemplos de energias sensitivas.

Conservativa

A energia segue o mesmo princípio da matéria: não se pode criar nem extinguir. Desta forma, para qualquer sistema é verdadeiro afirmar que a energia antes a um evento (E_i) é igual a energia depois de um evento (E_f):

$E_{i}=E_{f}$

Transformativa

Um tipo de energia pode-se transformar em outro, mas sempre haverá uma perda extra de energia. Podemos afirmar, então, que em uma transformação, nunca se tem 100% de energia transformada em um único tipo(ΔE):

${\frac {100\Delta E}{E_{i}}}\neq 100$

Transformações que possuem 100% de aproveitamento são transformações em objetos ideais. Em uma transformação em objetos ideais, não há perdas extras de energia (o rendimento é igual a 100%). Tais objetos não existem, mas são bastante utilizados didaticamente.

Tipos de energia

Quanto aos tipos de energia, elas podem ser classificadas como:

Energia potencial gravitacional	Energia potencial elástica	Energia cinética
Energia sonora (ou acústica)		Energia térmica (ou calorífera)
Energia elétrica	Energia química	Energia magnética

Abaixo, temos uma breve explicação de cada uma:

• Energia mecânica - Veja: energia mecânica;
• Energia potencial gravitacional - Esta energia é acumulada em corpos que estão longe do nível do mar, e faz com que se aproximem deste (onde pode ser encontrada: rios de planalto, aviões, pássaros, etc);
• Energia potencial elástica - Esta energia deforma os corpos através da elasticidade (onde pode ser encontrada: arcos, balões, molas, etc);
• Energia cinética - Esta energia faz com que os corpos se movimentem (onde pode ser encontrada: planetas, vento, gases, etc);
• Energia sonora (ou acústica) - Esta energia provoca sons através do movimento da matéria, e é totalmente associada às transformações energéticas (onde pode ser encontrada: músicas, movimentos, etc);
• Energia luminosa - Esta energia provoca a luz (onde pode ser encontrada: estrelas, lâmpadas, materiais fluorescentes, etc);
• Energia térmica (ou calorífera) - O acumulo desta energia faz as temperaturas se elevarem, e, assim como a energia sonora, está associada às demais energias (onde pode ser encontrada: fogo, reações químicas, etc);
• Energia elétrica - Esta energia trata-se de correntes elétricas (onde pode ser encontrada: raios, eletricidade, etc);
• Energia química - Esta energia é resultante de transformações da matéria (onde pode ser encontrada: reações químicas);
• Energia magnética - Esta energia provoca a atração ou repulsão de determinados objetos (onde pode ser encontrada: imãs, bússolas, cartões de crédito, etc).

A prática de esportes está ligada às diversas energias.

Exemplos

As transformações energéticas ocorrem comumente em nosso cotidiano. Veja, abaixo, alguns exemplos:

• Prática de exercícios físicos - Ao praticarmos exercícios físicos, a energia química (dos alimentos) presente em nosso organismo, transforma-se em energia cinética (movimento). Parte da energia química é transformada em energia térmica, o que faz com que suemos;
• Produção de fogo por atrito - Para produzir fogo por atrito, a energia cinética deve ser transformada em energia térmica, o que fará uma faísca. Logo, a energia térmica transformar-se-á em energia química, caso a reação seja possível. Depois, a energia química transformar-se-á em energia luminosa e térmica;
• Criação de luz no sol - a fusão de átomos de hidrogênio no interior do sol, transforma a energia química em luminosa e térmica.
• Transformação de energia numa usina hidrelétrica - Em uma usina hidrelétrica, a energia potencial gravitacional da água faz as turbinas se moverem (energia cinética), acionando os geradores (energia magnética), e produzindo energia (energia elétrica).

Tais transformações energéticas podem ser lentas ou rápidas. A grandeza que relaciona o tempo e a transformação da energia é a potência.

Ao consumirem estes deliciosos sorvetes, estas três garotas sederão parte de seu calor.

Transferível

A energia pode ser transferida de um corpo ao outro. Em uma transferência energética, podemos notar que:

$\Delta E<0$ - Quando a diferença de energia é menor que zero, o corpo doou energia a outro corpo;

$\Delta E=0$ - Quando a diferença de energia é igual a zero, a quantidade de energia se manteve;

$\Delta E>0$ - Quando a diferença de energia é maior que zero, o corpo recebeu energia.

Também, é impossível um corpo doar toda sua energia - o que nos revela que não existem corpos sem energia:

$E_{i}\neq 0$

$E_{f}\neq 0$

Com essa propriedade, esquematizamos a lei de conservação de energia. Ela nos mostra que nas transferências energéticas, se um corpo perde uma determinada quantidade de energia, outro corpo, obrigatoriamente, adquire tal quantidade de energia, mantendo a quantidade de energia sempre constante.

$\sum E=E_{1}+E_{2}+E_{3}+...+E_{n}=0$

Definição de joule

O joule (j) é a unidade padrão de energia. Um joule é definido pelo trabalho das forças, em que, tal é a quantidade de energia para exercer um newton de força. Sendo assim, um joule é a quantidade de energia necessária para mover um objeto de um quilograma por um metro. Abaixo, a transformação entre joules e calorias:

$4,18\ j=1\ cal$

A definição de calorias pode ser vista aqui.