Energia

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Para outros usos deste termo, veja-se Energia (desambiguación).

Um raio é uma forma de transmissão de energia.

O termo energia (do grego ἐνέργεια/energeia, actividade, operação; ἐνεργouς/energos=força de acção ou força trabalhando) tem diversas acepciones e definições, relacionadas com a ideia de uma capacidade para fazer, transformar ou pôr em movimento. Em física , «energia» define-se como a capacidade para realizar um trabalho. Em tecnologia e economia, «energia» refere-se a um recurso natural (incluindo a sua tecnologia associada) para extraí-la, transformá-la, e depois dar-lhe um uso industrial ou económico.

O conceito de energia em física

Na física, a lei universal de conservação da energia, que é a base para o primeiro princípio da termodinámica, indica que a energia unida a um sistema isolado permanece no tempo. Não obstante, a teoria da relatividad especial estabelece uma equivalencia entre massa e energia pela qual todos os corpos, pelo facto de estar formados de matéria, contêm energia; ademais, podem possuir energia adicional que se divide conceitualmente em vários tipos segundo as propriedades do sistema que se considerem. Por exemplo, a energia cinética quantifica-se segundo o movimento da matéria, a energia química segundo a composição química, a energia potencial segundo propriedades como o estado de deformação ou à posição da matéria em relação com as forças que actuam sobre ela e a energia térmica segundo o estado termodinámico.

A energia não é um estado físico real, nem uma "substância intangible" senão só uma magnitude escalar que se lhe atribui ao estado do sistema físico, isto é, a energia é uma ferramenta ou abstracção matemática de uma propriedade dos sistemas físicos. Por exemplo, pode-se dizer que um sistema com energia cinética nula está em repouso.
Utiliza-se como uma abstracção dos sistemas físicos pela facilidade para trabalhar com magnitudes escalares, em comparação com as magnitudes vectoriais como a velocidade ou a posição. Por exemplo, em mecânica , pode-se descrever completamente a dinâmica de um sistema em função das energias cinética, potencial, que compõem a energia mecânica, que na mecânica newtoniana tem a propriedade de se conservar, isto é, ser invariante no tempo.

Matematicamente, a conservação da energia para um sistema é uma consequência directa de que as equações de evolução desse sistema sejam independentes do instante de tempo considerado, de acordo com o teorema de Noether.

Energia em diversos tipos de sistemas físicos

A energia também é uma magnitude física que se apresenta baixo diversas formas, está envolvida em todos os processos de mudança de Estado físico, se transforma e se transmite, depende do sistema de referência e fixado este se conserva.^[1] Portanto todo o corpo é capaz de possuir energia, isto graças a seu movimento, a sua composição química, a sua posição, a sua temperatura, a sua massa e a algumas outras propriedades. Nas diversas disciplinas da física e a ciência, dão-se várias definições de energia, por suposto todas coerentes e complementares entre si, todas elas sempre relacionadas com o conceito de trabalho.

Física clássica

Na mecânica encontram-se:

Energia mecânica, que é a combinação ou soma dos seguintes tipos:
- Energia cinética: relativa ao movimento.
- Energia potencial: a sócia à posição dentro de um campo de forças conservativo. Por exemplo, está a Energia potencial gravitatoria e a Energia potencial elástica (ou energia de deformação, telefonema assim devido às deformações elásticas). Uma onda também é capaz de transmitir energia ao se deslocar por um médio elástico.

Em electromagnetismo tem-se à:

Energia electromagnética, que se compõe de:
- Energia radiante: a energia que possuem as ondas electromagnéticas.
- Energia calórica: a quantidade de energia que a unidade de massa de matéria pode desprender ao se produzir uma reacção química de oxidación.
- Energia potencial eléctrica (veja-se potencial eléctrico)
- Energia eléctrica: resultado da existência de uma diferença de potencial entre dois pontos.

Na termodinámica estão:

Energia interna, que é a soma da energia mecânica das partículas constituintes de um sistema.
Energia térmica, que é a energia libertada em forma de calor, obtida da natureza (energia geotérmica) mediante a combustão.

Física relativista

Na relatividad estão:

Energia em repouso, que é a energia devida à massa segundo a conhecida fórmula de Einstein , E=mc², que estabelece a equivalencia entre massa e energia.
Energia de desintegração, que é a diferença de energia em repouso entre as partículas iniciais e finais de uma desintegração.

Ao redefinir o conceito de massa, também se modifica o de energia cinética (se veja relação de energia-momento).

Física cuántica

Em física cuántica, a energia é uma magnitude unida ao operador hamiltoniano. A energia total de um sistema não isolado de facto pode não estar definida: em um instante dado a medida da energia pode arrojar diferentes valores com probabilidades definidas. Em mudança, para os sistemas isolados nos que o hamiltoniano não depende explicitamente do tempo, os estados estacionários sim têm uma energia bem definida. Além da energia associadas à matéria ordinária ou campos de matéria, em física cuántica aparece a:

Energia do vazio: um tipo de energia existente no espaço, inclusive em ausência de matéria.

Química

Em química aparecem algumas formas específicas não mencionadas anteriormente:

Energia de ionización, uma forma de energia potencial, é a energia que faz falta para ionizar uma molécula ou átomo.
Energia de enlace, é a energia potencial armazenada nos enlaces químicos de um composto. As reacções químicas libertam ou absorvem esta classe de energia, em função da entalpía e energia calórica.

Se estas formas de energia são consequência de interacções biológicas, a energia resultante é bioquímica, pois precisa das mesmas leis físicas que aplicam à química, mas os processos pelos quais se obtêm são biológicos, como norma geral resultante do metabolismo celular (se veja Rota metabólica).

Energia potencial

Artigo principal: Energia potencial

É a energia que se lhe pode associar a um corpo ou sistema conservativo em virtude de sua posição ou de sua configuração. Se em uma região do espaço existe um campo de forças conservativo, a energia potencial do campo no ponto (A) define-se como o trabalho requerido para mover uma massa desde um ponto de referência (nível de terra) até o ponto (A). Por definição o nível de terra tem energia potencial nula. Alguns tipos de energia potencial que aparecem em diversos contextos da física são:

A energia potencial gravitatoria sócia à posição de um corpo no campo gravitatorio (no contexto da mecânica clássica). A energia potencial gravitatoria de um corpo de massa m em um campo gravitatorio constante vem dada por: $E_p = mgh\,$ onde h é a altura do centro de massas com respeito ao zero convencional de energia potencial.
A energia potencial electrostática V de um sistema relaciona-se com o campo eléctrico mediante a relação:

$\mathbf{E} = - \operatorname{grad}\ V$

A energia potencial elástica sócia ao campo de tensões de um corpo deformable.

A energia potencial pode definir-se somente quando existe um campo de forças que é conservativa, isto é, que cumpra com alguma das seguintes propriedades:

O trabalho realizado pela força entre dois pontos é independente do caminho percorrido.
O trabalho realizado pela força para qualquer caminho fechado é nulo.
Quando o rotor de F é zero (sobre qualquer domínio simplesmente conexo).

Pode-se demonstrar que todas as propriedades são equivalentes (isto é que qualquer delas implica a outra). Nestas condições, a energia potencial em um ponto arbitrário define-se como a diferença de energia que tem uma partícula no ponto arbitrário e outro ponto fixo chamado potencial zero".

Energia cinética de uma massa pontual

A energia cinética é um conceito fundamental da física que aparece tanto em mecânica clássica, como mecânica relativista e mecânica cuántica. A energia cinética é uma magnitude escalar sócia ao movimento da cada uma das partículas do sistema. Sua expressão varia ligeiramente de uma teoria física a outra. Esta energia costuma-se designar como K, T ou E_c.

O limite clássico da energia cinética de um corpo rígido que se desloca a uma velocidade v vem dada pela expressão:

$E_c = {1 \over 2} mv^2$

Uma propriedade interessante é que esta magnitude é extensiva pelo que a energia de um sistema pode se expressar como "soma" da energia de partes disjuntas do sistema. Assim por exemplo já que os corpos estão formados de partículas, se pode conhecer sua energia somando as energias individuais da cada partícula do corpo.

Magnitudes relacionadas

A energia define-se como a capacidade de realizar um trabalho. Energia e trabalho são equivalentes e, por tanto, expressam-se nas mesmas unidades. O calor é uma forma de energia, pelo que também há uma equivalencia entre unidades de energia e de calor. A capacidade de realizar um trabalho em uma determinada quantidade de tempo é a potência.

Transformação da energia

Para a optimização de recursos e a adaptação a nossos usos, precisamos transformar umas formas de energia em outras. Todas elas se podem transformar em outra cumprindo os seguintes princípios termodinámicos:

“A energia não se cria nem se destrói; só se transforma”. Deste modo, a quantidade de energia inicial tanto faz ao final.

“A energia degrada-se continuamente para uma forma de energia de menor qualidade (energia térmica)”. Dito de outro modo, nenhuma transformação realiza-se com um 100% de rendimento, já que sempre se produzem umas perdas de energia térmica não recuperable. O rendimento de um sistema energético é a relação entre a energia obtida e a que fornecemos ao sistema.

Unidades de medida de energia

A unidade de energia definida pelo Sistema Internacional de Unidades é o julho, que se define como o trabalho realizado por uma força de um newton em uma deslocação de um metro na direcção da força, isto é, equivale a multiplicar um Newton por um metro. Existem muitas outras unidades de energia, algumas delas em desuso.

Nome	Abreviatura	Equivalencia em julhos
Caloría	cal	4,1855
Frigoría	fg	4.185.5
Termia	th	4.185.500
Kilovatio hora	kWh	3.600.000
Caloría grande	Cal	4.185,5
Tonelada equivalente de petróleo	Tep	41.840.000.000
Tonelada equivalente de carvão	Tec	29.300.000.000
Tonelada de referigeração	TR	3,517/h
Electronvoltio	eV	1.602176462 × 10^-19
British Thermal Unit^[2]	BTU	1.055,05585
Board of Trade unit^[3]	BTu	3600000
Cheval vapeur heure^[4]	CVh	3.777154675 × 10^-7
Ergio	erg	1 × 10^-7
Foot pound	ft × lb	1,35581795
Poundal foot^[5]	pdl × ft	4.214011001 × 10^-11

A energia como recurso natural

Artigo principal: Energia (tecnologia)

Em tecnologia e economia, uma fonte de energia é um recurso natural, bem como a tecnologia associada para explodí-la e fazer um uso industrial e económico do mesmo. A energia em si mesma nunca é um bem para o consumo final senão um bem intermediário para satisfazer outras necessidades na produção de bens e serviços. Ao ser um bem escasso, a energia é fonte de conflitos para o controle dos recursos energéticos.

Veja-se também

Portal:Energia. Conteúdo relacionado com Energia.
Aceleração
Inércia
Energia do ponto zero
Energia livre de Gibbs
Energia interna
Energia livre de Helmholtz
Entalpía
Entropía
Exergía
Força
Massa
Negentropía
Princípio de conservação da energia
Trabalho
Lista de temas energéticos
Energia de um sinal
Teoria da relatividad
Julio (unidade)
Electromecânica

Referências

↑ http://dialnet.unirioja.é/servlet/articulo?codigo=2934611&ordem=202245&info=link#page=159
↑ Introduzir em Google "a abreviación da unidade + joule", este dar-te-á o resultado de uma conversão da unidade a um joule
↑ Sizes, Inc. (ed.): «Board of Trade unit» (em inglês). Consultado o 6 de julho de 2009.
↑ «Measurement unit conversion: cheval vapeur heure» (em inglês). Consultado o 6 de julho de 2009. «The SE derived unit for energy is the joule. 1 joule = 3.77672671473E-7 cheval vapeur heure»
↑ unitconversion.org. «Joules to Poundal foots» (em inglês). Consultado o 6 de julho de 2009.