9º ano - resumo do capítulo 5 - TRANSFORMAÇÕES DA ENERGIA

O cientista é o profissional que investiga, que descobre. No sentido literal, todos somos cientistas. Afinal, cientista é aquele que busca ciência, sinônimo de conhecimento, algo que obtemos todos os momentos.

Já o engenheiro é o profissional que busca soluções práticas para explorar ou usufruir aquilo que a ciência já descobriu.

 

Transformação da energia > processos de transformação

O tempo todo ocorre transformações de energia em todos os lugares. Seja ao nosso redor ou em qualquer lugar do universo. Como exemplo, temos a energia solar. Esta movimenta as moléculas de ar (o ar quente sobe e o ar frio desce, formando os ventos) que movimentam as águas. É um processo de transormação de energia térmica em cinética (energia de movimento). O movimento é captado pelos geradores de usinas hidrelétricas, que transforma a energia cinética em elétrica. A energia elétrica aquece o chuveiro, voltando a se tornar energia térmica.

Começaremos estudando as fontes primordiais de energia, que descendem dos elementos químicos:

1.Reação química: não é uma energia atômica, sendo assim de menor ganho. Os átomos para se unirem precisam de energia. Quando unidos a energia fica guardada até o momento da reação. Na reação a energia é liberada e os átomo das moléculas são separados. Exemplo: combustão separa as moléculas, gerando calor.

2.Fissão nuclear: ocorre artificialmente nas usinas nucleares. Átomos de núcleo pesados como o urânio (U-235) recebem um bombardeio de nêutrons (lembre-se que o núcleo atômico é formado por prótons e nêutrons, enquanto ao seu redor giram os elétrons). Torna-se então U-236, que é instável. Por isso se desintegra liberando muita energia em forma de radiação. Cerca de 15% da energia do planeta é obtida desta forma. É de certa forma mais econômica, mas quando ocorre um desastre, as conseqüências são quase irremediáveis.

3.Fusão nuclear: oposto a fissão. Os núcleos leves se juntam formando um núcleo pesado, liberando muita energia. Ocorre nas estrelas, como o sol. Não foi ainda fabricada pelo homem.

Como se forma uma estrela: tudo começa com uma NEBULOSA, conjunto de matéria vagando no espaço. Devido a gravidade esta matéria vai se juntando. Quanto mais próxima, maior a força de gravidade. Então há a fusão dos núcleos de hidrogênio (H) para se transformarem em hélio (He), onde a liberação de energia, o que provoca o brilho. Um dia a termofusão acaba com os hidrogênios. Começa uma nova fase; sua matéria está agora compactada. A estrela diminui de tamanho ficando nas dimensões de um planeta, pois não há mais expansão por fusão de hidrogênio. A estrela começa a sofrer um novo tipo de fusão nuclear devido a proximidade provocada pela compactação: os átomos de hélio (He) se colidem e se fundem formando átomos de carbono. Ocorre agora um novo brilho, avermelhado. Nasce uma GIGANTE VERMELHA, uma estrela muito maior que a primeira e com brilho vermelho. Um dia no entanto, os hélios também se acabarão e, dependendo do tamanho da estrela, ela poderá explodir devido a forte atração gravitacional, liberando mais energia e fragmentos, nascendo uma nova nebulosa. Esta por sua vez recomeça o ciclo (há exceções: quando a explosão for muito forte ao invés de ocorrer a nebulosa, ocorrerá o "buraco negro", que suga tudo ao seu redor através da gravidade, até mesmo o brilho de estrelas próximas).

Provavelmente nosso Sol um dia tornara-se-a uma estrela vermelha.

Transformação da energia > tipos de energia

A energia produzida nas estrelas alcança inclusive a Terra. Essa energia proveniente da estrela Sol é nossa principal fonte energética, mas também há outras. Conheceremos alguns tipos de energia:

1.Calor (energia térmica): um corpo transfere energia em forma de calor devido a diferença de temperatura. Exemplo: a água na panela recebe calor do fogo.

2.Química: é a energia da reação química, citada no começo do texto

3.Radiação: são as faixas do espectro eletromagnético (micro-ondas, infravermelho, ultravioleta, visível, raio x , raio gama...) que possuem energia a qual se transforma ao atingir a matéria.

4.Potencial: é relacionada a posição do objeto. Exemplo: energia transferida de um guindaste para um bloco colocado no 10º andar. O bloco, apesar de imóvel, armazena energia potencial.

5.Cinética: está relacionada à velocidade do objeto. Exemplo: um carro à 100km/h possui mais energia do que um carro à 50km/h. Podemos verificar isso em uma batida, onde o carro com maior velocidade terá uma deformação maior.

6.Nuclear: é a fissão ou a fusão nuclear, já vistas acima.

7.Elétrica: é a ordenação do sentido dos elétrons presentes na matéria em um único sentido.

Lei de conservação das massas

Combustão ou queima é uma reação química exotérmica (a energia é transferida para um meio do seu interior ao exterior, assim esquentando o ambiente) entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente), geralmente o oxigênio (O₂), para liberar calor. Em uma combustão completa, um combustível reage com um comburente, e como resultado se obtém compostos resultantes da união de ambos, além de energia, sendo que alguns desses compostos são os principais agentes causadores do efeito estufa. Exemplos de combustão: carro queimando o combustível para poder mover-se, vela acesa, papel sendo queimado, madeira da fogueira sendo queimada. Veja agora a representação química da queima de uma fogueira:

Na combustão da fogueira, a madeira possui moléculas de glicose que reagem com o oxigênio da atmosfera. Essa reação terá como resultado a produção de moléculas de gás carbônico e moléculas de água, além da liberação de energia química que estava acumulada nas ligações dos átomos das moléculas de glicose. Essa energia química é transformada, portanto, em energia térmica (calor).

Repare que no desenho da combustão todos os átomos reagentes também aparecem como produtos. Ou seja: na reação química nenhum átomo desapareceu e nenhum átomo surgiu; houve apenas rearranjo, transformações das ligações. Esse fato constitui uma lei da química, também chamada de 1ª Lei de Lavoisier ou lei de conservação das massas, que em resumo é: “NADA SE PERDE, NADA SE CRIA, MAS TUDO SE TRANSFORMA”.

Problemas ambientais relacionados à produção de energia

Infelizmente quase todo o tipo de fabricação de energia feita pelo homem resulta em poluição ambiental. Estudaremos cinco dos principais exemplos dessa poluição: chuva ácida, poluição radioativa, buraco na camada de ozônio, desmatamento e aquecimento global.

1. Chuva ácida: é formada pelas nuvens de poluição resultante da liberação de gases tóxicos de origem da queima do carvão e do petróleo. É uma nuvem de chuvas normais que passa por nuvens cheias de poluição, causando a chuva ácida. Ela tem esse nome porque é capaz até de corroer estátuas e de destruir a fauna e a flora em lugares como lagos e florestas. Os lugares onde mais ocorrem as chuvas ácidas são no Canadá, nos EUA e na Alemanha. Na Alemanha há inclusive a Floresta Negra que está morrendo por causa da chuva ácida.

2. Poluição radioativa: desde o início da era atômica, as centenas de experiências com material nuclear para produção de armas ou energia, têm jogado quantidades enormes de resíduos radioativos na atmosfera. As correntes de ar, por sua vez, se encarregam de distribuir este material para todas as regiões da Terra. Com o tempo, a suspensão é trazida para o solo e para os oceanos, onde será absorvida e incorporada pelos seres vivos. O contato contínuo à radiação causa danos aos tecidos vivos, tendo como principais efeitos a leucemia, tumores, queda de cabelo, diminuição da expectativa de vida, mutações genéticas, lesões a vários órgãos etc.

 O órfão Sasha sofre com as consequências deixadas pela explosão da usina nuclear de Chernobyl

3. Buraco na camada de ozônio: na atmosfera há uma camada formada pelo gás ozônio (O₃) que bloqueia a entrada da radiação ultravioleta. A radiação ultravioleta altera a vida na terra, inclusive por ser a responsável pelo câncer de pele. O buraco na camada de ozônio é agravado pelo uso do gás artificial CFC (clorofluorcarboneto) presente em alguns produtos aerosóis e refrigeradores. O buraco se acumula na Antártica.

Em azul, o buraco na camada de ozônio.

4. Desmatamento: o desmatamento está relacionado com a produção de energia por vários motivos, entre eles: assoreamento e espaço para construção de uma usina hidrelétrica, derrubada de florestas para plantação de cana-de-açúcar pra fabricação do etanol usado em automóveis, derrubada de árvores para produção de carvão.

5. Aquecimento global (aumento do efeito estufa): o aquecimento global é o assunto ecológico mais cogitado da atualidade. O gás carbônico (CO₂) é liberado pelos seres na expiração e absorvido pelos seres clorofilados (plantas e algas) para produzir energia, em um processo natural.O efeito estufa é um efeito natural necessário à vida, causado por uma camada atmosférica que contém especialmente gás carbônico liberado pelos seres vivos (CO₂). Essa camada impede a saída de todo o calor vindo das ondas infravermelhas do sol, deixando a Terra aquecida e com temperatura mais estável. O problema é o aumento dessa camada pela liberação artificial de CO₂, fazendo com que aumente o calor terrestre. Isso está alterando todo o ecossistema terrestre, podendo levar a extinção da própria espécie humana em curto prazo.

Para qualificarmos as fontes de energia ecologicamente, utilizamos alguns termos:

-fonte de energia limpa: é aquela que praticamente não causa impactos ambientais. Exemplo: energia eólica (ventos) e energia solar.

-fonte de energia livre de carbono: fonte que não resulta na poluição por átomos de carbono. Exemplo: usina hidrelétrica, energia eólica, energia solar.

-fonte de energia renovável: fonte de energia que pode ser reposta. Exemplo: álcool (etanol) e o biodiesel utilizado em automóveis.

-fonte de energia não-renovável: fonte que não pode ser reposta. Exemplo: queima de combustível fóssil (petróleo), como a gasolina e o diesel.

Desenvolvimento sustentável

É um termo muito utilizado no mundo inteiro atualmente, que significa desenvolver economicamente e ao mesmo tempo preservar meio-ambiente. Exemplo: projeto Tamar, que garante a preservação das tartarugas e ao mesmo tempo ajuda no crescimento econômico dos locais onde estão suas bases, como Ubatuba, através do turismo.

Energia Potencial e energia cinética

Energia cinética é a energia do movimento (cine = movimento). Exemplo: um carro com velocidade média de 10km/h tem menos energia cinética que um carro à 100km/h. Se esses carros colidirem cada um em um muro, veremos que o que estava à 100km/h sofreu um estrago muito maior, pois tinha mais energia cinética.

Energia potencial é a energia relacionada à posição de um objeto à sua altura. Exemplo: uma maçã caindo de um metro de altura possui menos energia potencial que uma maçã caindo de dez metros de altura. Isso ocorre devido a um das leis gravitacionais que diz que quanto mais próximos os corpos (maçã e a Terra), maior a atração gravitacional (o que provoca a aceleração na queda do objeto, aumentando a energia cinética). Ou seja, um objeto em queda perde energia potencial e ganha energia cinética.