Fontes de Energia - Apostilas - Fisica, Notas de estudo de Física. Universidade do Estado do Amazonas (UEA)
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Brigadeiro6 de Março de 2013

Fontes de Energia - Apostilas - Fisica, Notas de estudo de Física. Universidade do Estado do Amazonas (UEA)

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Apostilas e exercicios de Física sobre o estudo das Fontes de Energia, Energia Nuclear, Energia Elétrica, Energia Eólica.
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A Energia Nuclear

A energia nuclear é a energia concentrada no núcleo do átomo, ou seja, energia nuclear é a energia que possibilita os prótons e nêutrons ficarem juntos. A equivalência entre massa e energia prevista por Einstein, descrita pela equação E=m.c2, explica a origem da energia liberada em alguns processos nucleares.

A quantidade de energia obtida em processos nucleares é muito maior comparada a outros processos. A energia nuclear pode ser obtida através da fissão nuclear ou da fusão nuclear. Na fissão nuclear o núcleo do átomo é subdividido em dois ou mais. Já na fusão nuclear, dois núcleos atômicos se unem para formar um único núcleo. Nestes dois processos acontece a liberação de energia nuclear que pode ser aproveitada de várias maneiras.

Essa energia nuclear pode ser transformada em energia térmica, energia mecânica e, como já vimos, pode ser transformada também em energia elétrica. A energia nuclear tem como vantagens ser menos poluente que a utilização de combustíveis fósseis e produzir maior quantidade de energia comparada com outros processos. E como desvantagem existe o problema do lixo atômico e, de possíveis acidentes que podem ser catastróficos.

Um problema que pode acontecer na utilização de energia nuclear é sua utilização para fins militares o que pode causar a morte de milhões de pessoas como em Hiroshima e Nagasaki.

Se bem utilizada a energia nuclear pode ser uma ótima fonte de energia. As fontes mais utilizadas para este fim são o Tório, plutônio e o mais popular urânio. A fissão nuclear do urânio é o processo mais utilizado nas usinas nucleares.

Nas usinas nucleares, o calor gerado pelas transformações dos núcleos dos átomos aquece a água do sistema primário. Esta água aquece a água do sistema secundário que se transforma em vapor. A alta pressão do vapor gira um sistema de turbinas que estão ligadas a um gerador elétrico.

A Energia Elétrica

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A energia elétrica é a capacidade de uma corrente elétrica realizar trabalho. Essa forma de energia pode ser obtida através da energia química ou da energia mecânica. Através de turbinas e geradores que transformam essas formas de energia em energia elétrica.

Ela é obtida através da aplicação de uma diferença de potencial entre dois pontos de um condutor, gerando uma corrente elétrica entre seus terminais. Hoje em dia a energia elétrica é a principal fonte de energia do mundo.

A principal função da energia elétrica é a transformação desse tipo de energia em outros tipos, como, por exemplo, a energia mecânica e a energia térmica.

Para calcularmos a energia elétrica usamos a equação:

Eel = P . ∆t

Onde:

Eel é a energia elétrica

P é a potência

∆t é a variação do tempo

No sistema internacional (SI), a energia elétrica é dada em joule (J), porém, a unidade de medida mais utilizada é o quilowatt-hora (kWh).

No Brasil, 98% da energia elétrica produzida vêm das usinas hidrelétricas, e o restante é a combinação das usinas nucleares (Angra I e Angra II) e das fontes de energias renováveis (Termoelétricas e energia Eólica).

A Energia Eólica

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O vento gira uma hélice gigante conectada a um gerador que produz eletricidade. Quando vários mecanismos como esse - conhecido como turbina de vento - são ligados a uma central de transmissão de energia, temos uma central eólica.

A quantidade de energia produzida por uma turbina varia de acordo com o tamanho das suas hélices e, claro, do regime de ventos na região em que está instalada. E não pense que o ideal é contar simplesmente com ventos fortes. Além da velocidade dos ventos, é importante que eles sejam regulares, não sofram turbulências e nem estejam sujeitos a fenômenos climáticos como tufões.

O Brasil tem um dos maiores potenciais eólicos do planeta e, embora hoje o vento seja responsável por míseros 29 megawatts (MW) dos cerca de 92 mil MW instalados no país, há planos ambiciosos para exploração dessa fonte de energia. Apoiado no Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia (Proinfa), lançado pelo Ministério de Minas e Energia, o Brasil pretende atingir, em 2008, cerca de 1.500 MW gerados pelo vento - um terço disso será instalado no Ceará e deve suprir mais da metade da demanda do estado.

O que impede a instalação de mais centrais eólicas ainda é o preço. A energia gerada por uma central eólica custa entre 60% e 70% a mais que a mesma quantidade gerada por uma usina hidrelétrica. Por outro lado, a energia do vento tem a grande vantagem de ser inesgotável e causar pouquíssimo impacto ao ambiente.

A Energia Solar

Os constantes problemas ambientais causados pela utilização de energias não renováveis, aliados ao esgotamento dessas fontes, têm despertado o interesse pela utilização de fontes alternativas de energia.

A energia solar é uma boa opção na busca por alternativas menos agressivas ao meio ambiente, pois consiste numa fonte energética renovável e limpa (não emite poluente).

Sua obtenção ocorre de forma direta ou indireta.

A forma direta de obtenção se dá através de células fotovoltaicas, geralmente feitas de silício. A luz solar, ao atingir as células, é diretamente convertida em eletricidade. No entanto, essas células fotovoltaicas apresentam preços elevados. O efeito fotovoltaico ocorre quando fótons (energia que o Sol carrega) incidem sobre os átomos, proporcionando a emissão de elétrons, que gera corrente elétrica.

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Para obter energia elétrica a partir do sol de forma indireta, é necessária a construção de usinas em áreas de grande insolação, pois a energia solar atinge a Terra de forma tão difusa que requer captação em grandes áreas. Nesses locais são espalhadas centenas de coletores solares.

Normalmente, a energia solar é utilizada em locais mais isolados, secos e ensolarados. Em Israel, aproximadamente 70% das residências possuem coletores solares, outros países com destaque na utilização da energia solar são os Estados Unidos, Alemanha, Japão e Indonésia. No Brasil, a utilização de energia solar está aumentando de forma significativa, principalmente o coletor solar destinado para aquecimento de água.

Apesar de todos os aspectos positivos da energia solar (abundante, renovável, limpa, etc.), ela é pouco utilizada, pois os custos financeiros para a obtenção de energia são muito elevados, não sendo viável economicamente. Necessita de pesquisas e maior desenvolvimento tecnológico para aumentar sua eficiência e baratear seus custos de instalação.

A Energia Térmica

A matéria é formada por átomos e moléculas que estão em permanente estado de agitação térmica. A energia térmica é a energia associada a esta agitação térmica, e a temperatura é um valor numérico que a expressa.

Quando um corpo é colocado próximo de outro com uma temperatura diferente, a energia térmica é transferida do corpo com temperatura maior para o de temperatura menor, até estes atingirem a mesma temperatura. Neste processo, a energia térmica em trânsito é chamada de calor.

Lembrando que é importante saber a diferença entre calor e temperatura. O calor é a energia térmica em movimento. Esta transferência de energia ocorre quando dois corpos possuem temperaturas diferentes, tendendo ao equilíbrio térmico, ou seja, a transferência de energia térmica ocorre enquanto existir a diferença de temperatura.

A energia térmica de um corpo, associada a agitação térmica, também pode ser entendida como sendo a energia cinética total de suas moléculas. Os processos pelos quais esta energia pode ser transferida, processos de transferência de calor, são: condução, convecção e radiação.

Esta definição de calor foi demonstrada a partir dos trabalho experimentais de Benjamim Thompson e James Prescott Joule. Antes destes trabalhos, acreditava-se que um corpo mais quente possuía uma maior quantidade de um fluido chamado calorífico. Quando um corpo

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estava em presença de outro com temperatura diferente, o calorífico fluía do mais quente para o mais frio.

Referências:

http://planetasustentavel.abril.com.br/noticia/educacao/conteudo_224740.shtml

http://www.efeitojoule.com/2009/01/calor-energia-termica-calor-energia.html

http://www.efeitojoule.com/2008/12/energia-nuclear-fissao-energia-nuclear.html

http://www.brasilescola.com/fisica/energia-eletrica.htm

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