Conceitos de energia, Slides de Energia

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Prof. Marcos Santos [email protected] Medianeira, Agosto de 2017

CONCEITOS DE ENERGIA E TIPOS DE

FONTE

Energia e Eficiência Energética – EE59B

Energia: Conceitos básicos

 Aristóteles: Século 4 AC

▪ Energeia → “Realidade em movimento”;

 Séc. XIX:

▪ Thomas Young

• Primeiro a utilizar o termo com o significado moderno; ▪ Termodinâmica → Inúmeros fenômenos físicos ▪ Medida da capacidade de realizar trabalho;
• Isso não válido para todas as formas de energia! ▪ Ex.: Calor → parcialmente conversível em trabalho.

Energia: Conceitos básicos

 Séc. XIX: James Clerk Maxwell (1872)

▪ “Energia é aquilo que permite uma mudança na configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste à esta mudança”

• Permite obter as modificações de estado! ▪ Definição mais abrangente;

Energia: Conceitos básicos

 Potência: Associado à energia

▪ Fluxo de energia no tempo; ▪ Taxa de transformação da energia; ▪ Processos modernos:

• A taxa de utilização do fluxo energético é tão importante quanto a sua disponibilidade!
• Ex.: Lâmpada de 100W ligada por 1 hora Lâmpada de 10W ligada por 10 horas

Energia Nuclear

 Fusão: “Motor” das estrelas, fusão do núcleo de

átomos leves;

▪ Déficit de massa entre reagentes e os produtos → grandes quantidades de energia. (𝐸 = 𝑚𝑐 2 ) ▪ Grandes aplicações econômicas; (Limpa!) ▪ De difícil controle; ▪ Principal aplicação: Bomba de Hidrogênio;

Energia Nuclear

 Exemplo: ▪ Energia da Fusão do Hidrogênio em Hélio ▪ Massa de 1mol de Hidrogênio = 1.00794g; ▪ Massa de 1mol de Hélio = 4.002602g ▪ Equivale a 100ton de carvão mineral!

Energia Química

 Acumulada nas formas de ligação de átomos e

moléculas;

 Possui extensa aplicação: Conversão para térmica

(Combustíveis), Elétrica (Pilhas e Baterias)

 Ligações dos reagentes = Ligações dos produtos

+ energia;

Energia Química

 Exemplos:

▪ Corpo humano: Energia química dos alimentos → energia mecânica; ▪ Conversão direta de energia química para elétrica (Células de combustível – alta eficiência e baixa temperatura);

Energia Mecânica

 Energia potencial: ▪ Acumula-se por forças estáticas (molas e gases comprimidos); ▪ Ou pela posição de uma massa em um campo gravitacional; ▪ Exemplo: Potencial acumulado na coluna d’água de um represa.  Energia cinética: ▪ Associada a inércia das massas em movimento; ▪ Velocidades lineares: 𝐸𝑐 = 1 2 𝑚 ∙ 𝑣 2 ▪ Movimentos rotacionais: 𝐸𝑐 = 1 2 𝐼 ∙ 𝜔 2 ▪ Exemplo: Volantes de inércia.

 Existem ainda diversas outras formas de energia

de menor importância;

▪ Magnética, elástica, difusiva, etc...

 Sempre que existir algo em transformação,

mudando de aspecto ou de condição, existem

fluxos energéticos se manifestando.

Processos de Conversão Energética

Leis Fundamentais

 Lei da Conservação da Energia: ▪ A energia não pode ser criada nem destruída. A soma da massa e da energia do universo é uma constante; ▪ ΣEentrada = ΣEsaida + ∆ Esistema ▪ 1ª Lei da Termodinâmica ▪ Conceito de eficiência (Rendimento).

 Rendimento: denota o grau de perfeição de um processo de conversão energética;

Recursos Energéticos

 Reservas ou fluxos de energia disponíveis na

natureza;

▪ Não-renováveis: petróleo, gás natural, carvão mineral, urânio;

• Necessariamente finitas; (Energia química) ▪ Renováveis: energia solar, hidráulica, eólica, das ondas, biomassa, talassomotriz, geotérmica;
• Alguns recursos renováveis, se explorados além de sua taxa de reposição, podem exaurir;
• 1kWh de energia hidráulica é mais “nobre” que a mesma quantia de energia na forma de petróleo; (limites de conversão);