O que é transformação de energia

Você sabe como ocorrem as transformações de energia? Sabe quando a energia total de um sistema se conserva? Conhece o que é a lei de conservação de energia total? Não? Então revise as transformações energéticas nesta aula para mandar bem em Física no Enem e nos vestibulares.

Nessa aula de Física, você irá compreender tudo sobre a transformação de energia. Irá compreender que a aplicação de estudos em sistemas conservativos nos faz entender muito sobre as várias formas de energia existentes.

Você vai aprender ainda que essas transformações energéticas estão presentes em nosso cotidiano e estão acontecendo neste momento em que você lê este post.

A 1ª Lei da Termodinâmica

Para você compreender a transformação de energia é preciso dominar o fundamento básico do princípio de conservação da energia.

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Acompanhe agora um resumo com o professor de física Otávio Bocheco, o “Seco” do Curso Enem Gratuito:

Como ocorre a transformação de energia

Podemos dizer que o estudo de sistemas conservativos é útil na análise de várias situações como as montanhas-russas dos parques de diversão.

Nesse brinquedo, as pessoas ficam dentro de carrinhos que se deslocam com velocidade significativa por cima de um trilho ou de uma rede de trilhos, armados em declives e aclives acentuados e sucessivos.

Durante a subida, o maquinário do brinquedo ergue o carrinho por uma espécie de esteira. Nesse processo, o maquinário aplica forças que realizam trabalho, fornecendo energia ao carrinho, a qual fica armazenada sob a forma de energia potencial gravitacional.

No ponto mais alto da trajetória, o carrinho é abandonado, solto da esteira que o mantinha, e a energia potencial gravitacional se converte em energia cinética.

Desprezando as forças de atrito e de resistência do ar, podemos considerar o sistema de uma montanha russa como conservativo, e a energia mecânica, como constante.

Observe, no esquema e na tabela a seguir, alguns valores possíveis para o trabalho realizado pelas forças que o maquinário aplica ao carrinho em cada ponto da trajetória e os correspondentes valores das energias mecânica, cinética e potencial.

Analisando a tabela com a transformação de energia, podemos observar:

• Inicialmente no ponto A o carrinho não tem energia;
• Com a realização de trabalho de A para B, o carrinho recebe do maquinário 12000 J de energia, e sua energia mecânica aumenta;
• Durante todo o movimento, as energias cinética e potencial podem variar seguidamente, porém a soma dessas energias (energia mecânica) permanece constante.
• Nesse sistema hipotético, a energia potencial vai se transformando em energia cinética a medida que o carrinho de movimenta, ou vice-versa.

Exemplos de transformação de energia

Vamos ver mais um exemplo de transformação energética: um surfista descendo uma onda.

E o oposto ocorre quando o surfista sobe a onda. Desprezando as forças de atrito, o sistema prancha-surfista pode ser considerado conservativo, o que permite ao surfista deslizar na onda durante um intervalo de tempo significativo.

Lei da conservação da energia total

A Conservação da energia mecânica é uma situação particular, que ocorre apenas em sistemas conservativos. Porém, em todos os sistemas não conservativos envolvidos nos fenômenos naturais, observa-se que, embora a energia mecânica não se conserve, a energia total do sistema sempre se conserva.

Isso pode ser traduzido pela lei da conservação da energia total, uma das mais relevantes nas ciências da natureza e que pode ser assim enunciada:

“Quando somamos todas as modalidades de energia envolvidas em um sistema de corpos, antes e depois de certo fenômeno, verificamos que a energia total do sistema permanece constante”

Vamos entender essa lei com mais dois exemplos:

Funcionamento de uma tv:

Para que esse aparelho funcione, devemos conectá-lo a uma tomada, responsável pelo fornecimento de energia elétrica. Na televisão, a energia elétrica é convertida em outras modalidades de energia, como energia térmica nos fios e nos transformadores, energia luminosa na tela e energia acústica nos autofalantes.

De acordo com a lei de conservação da energia, a energia elétrica total fornecida a televisão é igual â soma de todas as modalidades de energia envolvidas em seu funcionamento, como a térmica, a luminosa e a acústica.

Funcionamento do corpo humano:

É igualmente possível verificar a conservação de energia no funcionamento do corpo humano. Nesse caso, a principal fonte de energia é a energia química contida nos alimentos que ingerimos.

As diversas ações engendradas pelo metabolismo do corpo humano convertem essa energia original em outras modalidades.

Como a energia cinética, que se manifesta quando o corpo se movimenta; a energia térmica, usada para manutenção da temperatura corpórea; a energia potencial, que se manifesta quando subimos uma ladeira ou deformamos um elástico; ou, ainda, a energia elétrica que é transmitida em pulsos de um neurônio a outro.

Podemos aqui nesse caso esquematizar a lei da conservação de energia da seguinte forma:

Como você pôde ver ao longo dos exemplos, a energia não some em um sistema. Ela apenas se transforma em outros tipos de energia.

Nem sempre a energia em que a energia inicial se transforma é “útil” (como no motor de um carro, onde parte da energia do combustível se converte em calor que “se perde” para o ambiente), ainda assim, ela não deixa de existir, apenas se transforma.

A capacidade de transformação da energia é essencial para a manutenção da vida e também de praticamente todas as máquinas e tecnologias que conhecemos.

Videoaula sobre sistemas conservativos de energia

Assista à videoaula abaixo, em que o professor Márcio Rossetto, de Física, explica tudo sobre os sistemas conservativos de energia.

Exercícios sobre transformação de energia

Para finalizar, resolva os exercícios sobre transformação de energia selecionados pelo professor!

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Em relação ao processo secundário de aproveitamento de energia ilustrado na figura,a perda global de energia é reduzida por meio da transformação de energia

• térmica em mecânica.
• mecânica em térmica.
• química em térmica.
• química em mecânica.
• elétrica em luminosa.

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Pergunta 6 de 10

6. Pergunta

(ENEM/2009)

A eficiência de um coletor solar depende de uma série de variáveis. Na tabela abaixo, são mostradas diferenças na radiação solar incidente em diferentes capitais brasileiras localizadas em ordem crescente da latitude.
Energia útil avaliada como média anual para um sistema de aquecimento de água via energia solar. (Coletores solares inclinados de um ângulo igual à latitude, acrescentados mais 10º)

*Energia útil média: índice de aproveitamento da energia solar incidente.
Observação: o sistema de aquecimento conta com uma área de 4 m2 de coletores solares.
LA ROVERE, E., et al. Economia e tecnologia da energia. Rio de Janeiro,
Editora Marco Zero/ Finep. p. 331. 1985 (adaptado).

Considerando os dados mostrados na tabela, na transformação da energia luminosa, observa-se que

• a radiação solar média coletada independe do tamanho da superfície de captação do coletor solar.
• a energia útil média, um índice a ser considerado na comparação com outras opções energéticas, decresce com o aumento da latitude.
• a diferença de radiação solar incidente nas capitais listadas, apesar de ser maior que 20%, deixa de ser determinante em algumas situações.
• as temperaturas alcançadas independem da temperatura inicial da água no processo de aquecimento da água por meio de coletores solares.
• Curitiba, entre as capitais citadas, é inadequada para a utilização de energia solar porque é a capital onde ocorrem as maiores perdas de energia térmica para o ambiente.

Correto

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Pergunta 7 de 10

7. Pergunta

(ENEM/2006)

O carneiro hidráulico ou ariete, dispositivo usado para bombear água, não requer combustível ou energia elétrica para funcionar, visto que usa a energia da vazão de água de uma fonte. A figura a seguir ilustra uma instalação típica de carneiro em um sitio, e a tabela apresenta dados de seu funcionamento.

A eficiência energética ε de um carneiro pode ser obtida pela expressão:

, cujas variáveis estão definidas na tabela e na figura.

No sitio ilustrado, a altura da caixa d’água é o quádruplo da altura da fonte. Comparado a motobombas a gasolina, cuja eficiência energética é cerca de 36%, o carneiro hidráulico do sitio apresenta

• menor eficiência, sendo, portanto, inviável economicamente.
• menor eficiência, sendo desqualificado do ponto de vista ambiental pela quantidade de energia que desperdiça.
• mesma eficiência, mas constitui alternativa ecologicamente mais apropriada.
• maior eficiência, o que, por si só, justificaria o seu uso em todas as regiões brasileiras.
• maior eficiência, sendo economicamente viável e ecologicamente correto.

Correto

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Pergunta 8 de 10

8. Pergunta

(ENEM/2002)

O diagrama mostra a utilização das diferentes fontes de energia no cenário mundial.
Embora aproximadamente um terço de toda energia primária seja orientada à produção de eletricidade, apenas 10% do total são obtidos em forma de energia elétrica útil.
A pouca eficiência do processo de produção de eletricidade deve-se, sobretudo, ao fato de as usinas

• nucleares utilizarem processos de aquecimento, nos quais as temperaturas atingem milhões de graus Celsius, favorecendo perdas por fissão nuclear.
• termelétricas utilizarem processos de aquecimento a baixas temperaturas, apenas da ordem de centenas de graus Celsius, o que impede a queima total dos combustíveis fósseis.
• hidrelétricas terem o aproveitamento energético baixo, uma vez que parte da água em queda não atinge as pás das turbinas que acionam os geradores elétricos.
• nucleares e termelétricas utilizarem processos de transformação de calor em trabalho útil, no qual as perdas de calor são sempre bastante elevadas.
• termelétricas e hidrelétricas serem capazes de utilizar diretamente o calor obtido do combustível para aquecer a água, sem perda para o meio.

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Sobre o(a) autor(a):

Rodinei Pachani é mestre em Geofísica pela USP-SP, com licenciatura plena em matemática, possui pós-graduação em Gerência Financeira e especialização em Estatística Aplicada. Possui experiência de mais de 28 anos em sala de aula, tendo trabalhado com ensino médio, cursinhos e Faculdades. É autor do livro “Ciência ao alcance de todos” e possui um canal no YouTube onde realiza experimentos, explica conteúdos e resolve exercícios de física.

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