Energia

O que é a energia?

A etimologia da palavra energia é energos (do grego), que significa “em operação”.

A energia é um conceito criado pelos humanos para quantificar as interacções entre fenómenos muito diferentes: é um pouco como uma moeda de troca comum entre os fenómenos físicos. Essas trocas são controladas por leis e princípios da termodinâmica. A unidade SI de energia é o joule (J).

Quando um fenómeno leva a outro fenómeno, a intensidade do segundo depende da intensidade do primeiro. Por exemplo, as reacções químicas nos músculos de um ciclista permitem-lhe provocar uma deslocação na bicicleta. A intensidade dessa deslocação (isto é, a velocidade) depende da intensidade das reacções químicas dos músculos do ciclista, que podem ser quantificadas (a quantidade de açúcar «queimado» pela respiração, o metabolismo do músculo). O conceito de energia vai permitir calcular a intensidade de diferentes fenómenos em função da intensidade do fenómeno inicial.

Força e Energia

A palavra força provem da palavra grega que significa «trabalho». Mas a palavra «trabalho» é também utilizada na física para designar a energia fornecida pela acção de uma força.

Na física, força e energia são duas maneiras diferentes de ver os fenómenos. Por exemplo, pode-se tratar a queda de um objecto de duas formas:

-com a força: aplicando as leis do movimento de Newton, e escrevendo que a aceleração é proporcional à força e inversamente proporcional à massa;

-ou com a energia: formulando que a diminuição da energia potencial de gravidade é igual ao aumento de energia cinética.

Lei da conservação: a energia conserva-se

A noção de conservação é simples de compreender. Se guardarmos num volume alguma coisa e que fechamos bem a caixa, estamos à espera de encontrar, quando abrirmos a caixa, aquilo que lá guardámos. Na física isto chama-se o princípio da conservação; sendo a caixa o conjunto dos fenómenos considerados. Se não encontrarmos lá tudo, significa que uma parte se pode ter escapado de uma forma ou outra, ou mesmo que aquilo que falta (ou aquilo que está a mais) mudou de forma sem que nos tenhamos dado conta. Significa que nos esquecemos de incluir algo no nosso sistema: um fenómeno.

Na verdade, sempre que a energia parece não se ter conservado, ela mudou de forma. A energia de um volume conserva-se, e caso diminua, é porque uma parte saiu do volume ou se transformou em algo que é preciso identificar: calor, massa, radiação, etc. A perca de energia, mesmo mínima, deve-se frequentemente à sua transformação em energia térmica. Diz-se que «a intensidade de um fenómeno pode variar quando ocorre a variação de um outro fenómeno; a soma das energias que representam a intensidade desses fenómenos é uma constante.»

Por razões termodinâmicas (segundo princípio), toda a transformação energética real é irreversível, o que quer dizer que ao inverter a operação (exemplo: re-transformar em movimento via um motor eléctrico a energia produzida pelo dínamo de uma bicicleta) não encontramos a quantidade de energia consumida no princípio. Este facto está ligado às transformações da energia.

Rendimento

A energia «libertada» por um fenómeno dispersa-se em vários outros fenómenos. Assim, numa chama (reacção química), uma parte da energia emanada transforma-se em calor, outra em luz, outra fracção é armazenada nas moléculas complexas, etc. O rendimento é o quociente entre a energia que toma a forma que nos interessa e a energia gasta. Por exemplo, no caso de um motor, aquilo que nos interessa é o movimento mecânico produzido. O resto da energia pode ser considerado como perdido (como o calor que se escapa nos gazes libertados ou o próprio gasto físico e químico do motor. Um motor ideal, converteria toda a energia de combustão da gasolina em movimento mecânico do veículo, e teria o rendimento de 1 (ou 100%). Na realidade, o rendimento de um motor ronda apenas os 25%. O rendimento real é portanto muito inferior a 1.

Formas de Energia

Na prática, distinguem-se diferentes «formas» de energia. No entanto, há que estar consciente que a energia serve para medir a intensidade de um fenómeno, sendo que esta distinção é apenas uma maneira de fazer corresponder a energia ao fenómeno que ela mede. Por outro lado, esta distinção não tem nada de absoluto, mas depende unicamente da posição do observador: o princípio do relativista aplica-se também à energia, de maneira que o mesmo fenómeno pode ser analisado em termos de energia «cinética», «electromagnética», ou «potencial» …

As formas de energia normalmente consideradas são:

. Energia cinética: energia associada ao movimento de um corpo ou duma partícula; isto compreende igualmente a energia electromagnética transportada pelos fotões (luz, ondas rádio, raios X …).

. Energia térmica: energia cinética de um objecto que pode estar em repouso, mas em que se verifica a agitação desordenada das suas partículas.

. Podemos dizer que os outros tipos de energia são energias potenciais: -a energia potencial mecânica (que em conjunto com a energia cinética forma a energia mecânica); -a energia potencial química; -a energia potencial electromagnética (posição instável de uma ou mais partículas electricamente carregadas num campo electromagnético); -calor latente; -energia livre.

No entanto, é vulgarmente dado o nome de «energia» a fontes de potência utilizada pelo homem, que na verdade relevam energia cinética de um fluído em particular (ar, água) ou de partículas (fotões, produtos de fusão nuclear, …):

. Energia nuclear;

. Energia eólica;

. Energia solar;

. …

Por generalização, e principalmente no domínio da nutrição, exprime-se frequentemente a energia em calorias; na verdade, a caloria é a energia que é preciso fornecer para aquecer uma grama de água a um grau Celsius, mas os nutricionistas dão o nome «caloria» àquilo a que os físicos chamam «quilocaloria».

Bibliografia:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Energie

http://www.cea.fr/Fr/jeunes/livret/Energie/definition.html

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