7 − Transformação de energia

Introdução
Nesta Unidade, você vai estudar a energia. Verá que ela é necessária para que as máquinas utilizadas no dia a dia funcionem e que determinada forma de energia pode ser convertida em outra. Também conhecerá as diversas fontes de energia e, por fim, analisará como elas podem ser utilizadas para produzir as correntes elétricas que mantêm as máquinas em funcionamento.
 
Força, trabalho e energia
O objetivo deste Tema é que você compreenda como, ao longo da história, o ser humano desenvolveu diferentes maneiras de utilizar e produzir energia, para garantir sua sobrevivência e para melhorar sua vida.
  • Você já parou para pensar em um mundo sem energia elétrica? Como seria a vida sem TV, computador, máquina de lavar roupa, geladeira? Você conhece outras formas de energia, além da energia elétrica?
  • Seu bairro tem iluminação pública? Ela é suficiente? Por que é necessário iluminar as áreas públicas das cidades à noite? De onde vem a eletricidade que é utilizada para alimentar as lâmpadas?
  • Quais aparelhos funcionam com energia elétrica? Como as cidades eram iluminadas antigamente, antes do uso da energia elétrica?
Essas e outras questões a respeito da importância da energia e sua utilização pelos seres humanos poderão ser respondidas ao longo do estudo deste Tema. Bons estudos!
 
Energia e ação humana
Uma das características que distinguem o ser humano dos outros animais é que ele busca adaptar o meio a seus interesses, em vez de simplesmente se adaptar ao meio. Por exemplo, enquanto um animal que vive na floresta dá a volta em uma montanha, o ser humano é capaz de modificá-la para construir um túnel no meio dela. Um caso conhecido de modificação do ambiente pelo ser humano é o Canal do Panamá, que liga o Oceano Atlântico ao Pacífico para encurtar distâncias.
Diferentemente do que ocorre com os outros animais, o ser humano não age apenas por instinto, ou seja, por impulso natural. Suas ações também são determinadas pelas experiências e conhecimentos que são produzidos e transmitidos de uma geração a outra, por meio da educação e da cultura.
No Paleolítico, o ser humano, na luta pela sobrevivência, desenvolveu uma tecnologia baseada na construção de ferramentas simples de pedra, madeira e outros materiais encontrados na natureza. Isso permitiu aos ancestrais do ser humano dominar e modificar o meio em que viviam.
Os avanços tecnológicos desenvolvidos pelos seres humanos daquele tempo criaram soluções para as necessidades específicas da época, como os instrumentos produzidos para se defender dos predadores, caçar, cortar carne, desenterrar raízes ou preparar comida. Nesse período, surgiram as primeiras máquinas simples, artefatos facilitadores de tarefas diárias, como cortar, triturar e perfurar.
Costuma-se associar a ideia de máquina a aparelhos grandes e sofisticados, como máquinas de lavar roupas, carros, aviões, computadores e, principalmente, as enormes máquinas utilizadas nas diversas indústrias.
Também se usa o termo máquina em referência a times e a atletas de excelente desempenho. Toda máquina, entretanto, por mais complexa que seja, é uma combinação de máquinas simples.
As máquinas simples são constituídas de uma só peça e funcionam com o esforço humano. Combinando várias máquinas simples, constroem-se máquinas compostas, que realizam tarefas mais complexas.
 Em Física, área que estuda cientificamente a natureza e seus fenômenos, são chamados de máquinas os dispositivos capazes de multiplicar a força humana, transferir energia ou apenas facilitar o trabalho das pessoas, como as chaves de fenda, os interruptores de luz, os aparelhos elétricos, as rodas, as facas de cozinha, as rampas de acesso para cadeirantes etc.
As máquinas não produzem força; elas só transferem uma força aplicada a um ponto para outro ponto do espaço, amplificando ou modificando uma ação, ou transformam um tipo de energia em outro.
 
Energia e sobrevivência
A primeira forma de energia utilizada pela espécie humana foi produzida pelo próprio corpo. A energia que o organismo necessita para se manter vivo, movimentando-se, respirando e tudo o mais, tem como única fonte a energia química armazenada nos alimentos.
Para os seres vivos, os alimentos funcionam como combustível. Durante muito tempo, os primeiros hominídeos (ancestrais do atual Homo sapiens), assim como os demais animais e todos os seres vivos, exerceram sua capacidade de realizar tarefas usando apenas seu corpo, sua energia e sua força.
Com o passar do tempo, os ancestrais do ser humano desenvolveram a capacidade de adaptação ao meio ambiente, produzindo instrumentos que facilitavam a coleta e a caça de alimentos.
Quando a caça e/ou a colheita minguavam, eles migravam para outro lugar em busca de melhores condições. Dessa maneira, sua sobrevivência estava fortemente subordinada ao clima e ao ciclo da água, os quais dependem da energia do Sol.
O domínio do fogo fez que parte da energia solar pudesse ser substituída pelo calor e pela luz da chama, permitindo ao ser humano usar mais uma fonte de energia além da proveniente diretamente do Sol e da obtida dos alimentos. Com isso, ele foi capaz de multiplicar sua força de trabalho, iniciando um longo processo de transformação do meio ambiente.
Contribuiu também para esse fato a domesticação dos animais, utilizados tanto em sua alimentação como para ajudá-lo na realização de suas tarefas. Essa domesticação ocorreu apenas a partir dos últimos 15 mil anos.
Também há aproximadamente 15 mil anos, o Homo sapiens teria iniciado o cultivo de plantas. Existem indícios de que, entre 9000 a.C. e 7000 a.C., já se praticava a criação de ovelhas, cabras, vacas e porcos na região que corresponde, atualmente, ao território do Iraque e Israel. Nessa época, o ser humano também começou a cultivar a terra e a irrigá-la. As plantações mais antigas de que se tem notícia são de centeio e cevada.
Essas atividades deram origem aos primeiros povos agricultores, agrupados preferencialmente ao longo dos rios. A produção de artefatos de metal, há cerca de 5 mil anos, favoreceu seu afastamento dos rios. Tais ferramentas e a força (tração) animal passaram a ser utilizadas para arar mais terras, cortar plantas, carregar e empurrar cargas mais pesadas etc., modificando sensivelmente a paisagem. Muitos grupos, então, abandonaram a prática nômade e formaram as primeiras comunidades fixas.
Assim, o ser humano usava diferentes ferramentas e fontes de energia, sobretudo a armazenada nele mesmo e em outros animais, para transformar o meio ambiente, adaptando-o à sua sobrevivência e não mais tendo de se adaptar a ele. Só depois de muito tempo é que o trabalho animal e o trabalho humano começaram a ser substituídos por máquinas mais elaboradas.
Apesar de se ter reduzido a dependência do meio ambiente, até hoje o ser humano é muito influenciado por ele e depende dos seus recursos.
No século XVIII, o surgimento das máquinas a vapor, que transformavam energia térmica em energia mecânica, alterou a organização social drasticamente.
O desenvolvimento científico necessário para amparar a revolução tecnológica passou a ser prioridade em vários países, que se deram conta da necessidade de incentivar o estudo e as pesquisas científicas. Com a produção de máquinas mais complexas, o conceito clássico de força deu lugar a um novo conceito científico: o de energia.
Apesar de o termo energia ser bastante utilizado, sua definição não é fácil, nem mesmo há um acordo sobre ela. No senso comum, são vários os significados, até mesmo místicos, como energia negativa, energia dos minerais, energia dos chacras e energia vital.
A publicidade se aproveita do sentido positivo atribuído à palavra, transmitindo a ideia de que ter energia é sinônimo de saúde, juventude e vitalidade, a fim de induzir as pessoas a consumir remédios, alimentos, bebidas “energéticas”, cosméticos e roupas que têm cores “energéticas” etc.
 
Transformação de energia
O objetivo deste Tema é que você compreenda os processos que permitem a transformação de diferentes formas de energia em outras.
  • Você já parou para pensar como se pode armazenar energia em uma pilha? Por que ela “acaba”?
  • De onde vem a energia que mantém um carro em funcionamento e o coloca em movimento?
  • Você sabe qual é a diferença entre uma usina hidrelétrica e uma usina de energia nuclear?
  • Já ouviu falar em casas e estabelecimentos que utilizam energia solar?
O estudo deste Tema lhe permitirá conferir as respostas para essas questões. Boa leitura!
 
A energia e suas possibilidades de transformação
Mesmo não havendo consenso sobre a definição precisa de energia, a ideia mais aceita é a de que ela está relacionada com a possibilidade de um sistema realizar algum tipo de trabalho físico, ou seja, movimentar algum corpo ou transformar as propriedades da matéria.
Nesses processos, a energia pode ser transferida a outro corpo, muitas vezes mudando de forma e recebendo outro nome. Por exemplo: a energia química armazenada em uma pilha se converte em energia sonora em um rádio ou em energia luminosa em uma lanterna.
Desse modo, chega-se a uma ideia central da Física: o princípio da conservação da energia. Segundo ele, a principal característica da energia é sua conservação, ou seja, a energia não pode ser criada nem destruída.
Ela apenas se transforma, muda de forma, de lugar e, muitas vezes, de nome, mas sempre há, ao final de qualquer processo, a mesma quantidade de energia do início.
Por isso, quando alguma atividade requer energia, esta só pode ser obtida de outra forma de energia já existente, por meio de transformações. A energia associada ao movimento de um automóvel, por exemplo, é obtida pelo motor por meio da transformação da energia química armazenada nos combustíveis (gasolina, álcool, GLP, diesel etc.).
 
Tipos de energia
As formas mais conhecidas de energia são a mecânica, a química, a térmica e a elétrica. Quando a energia está armazenada para ser utilizada, como em uma represa ou em uma pilha, ela é chamada de energia potencial.
Quando está sendo usada para movimentar algo, é denominada energia cinética. A energia cinética está associada ao movimento, e a energia potencial, à possibilidade de gerar um movimento ou uma transformação.
A energia mecânica armazenada nas águas de uma represa se converte em energia elétrica, que é conduzida pela rede de distribuição e transforma-se em luz nas residências.
De acordo com o cientista francês Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794), que é considerado o pai da Química moderna, na natureza nada se cria e nada se perde: tudo se transforma. Esse princípio se aplicava inicialmente à matéria, e foi estendido também para a energia.
A energia utilizada na Terra tem sua origem no Sol. O Sol é uma imensa usina nuclear, já que transforma a energia nuclear (presente no interior dos átomos) em várias outras, como a luz e o calor que o Sol emite para a Terra.
Essa energia atravessa o espaço e incide sobre a Terra, tornando-se sua fonte primária de energia, que ilumina o planeta, aquece a atmosfera e possibilita a vida.
Entre outros fenômenos, ela é responsável pelos ventos, pelos ciclos da água e do carbono e pela fotossíntese – processo realizado pelas plantas em que a energia solar é transformada em energia química, armazenada nas ligações entre os átomos que formam moléculas orgânicas.
Quando você se alimenta, a energia química armazenada nos alimentos é transformada em calor, em energia mecânica (produzindo os movimentos do corpo) e em energia elétrica (responsável pelos impulsos nervosos). Além disso, parte dela é armazenada em novas substâncias, como massa muscular, estrutura óssea, gorduras etc.
Os combustíveis, como o petróleo e seus derivados, o álcool e o biodiesel, também são o resultado da energia proveniente do Sol que foi armazenada nas ligações químicas entre seus átomos e moléculas por diferentes seres vivos. Outro exemplo é o motor de um carro, que, quando acionado, transforma a energia química em energia cinética, fazendo que as rodas girem e o carro se movimente.
As pilhas e as baterias funcionam como pequenas usinas transformadoras de energia química em energia elétrica. Se as pilhas estiverem em um rádio, por exemplo, essa energia elétrica é convertida em som (que transporta uma forma de energia mecânica chamada energia sonora ou energia acústica) pelos alto-falantes.
Já o microfone faz o percurso inverso dos alto-falantes, transformando energia sonora em energia elétrica. Esta, por sua vez, depois pode ser convertida em energia química, mecânica ou eletromagnética e ficar armazenada em um disco ou em uma fita magnética.
Por isso, sempre que você observar alguma coisa acontecendo, pode se questionar: De onde vem a energia para que isso aconteça?
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