Transformações de energia
Energia é uma função de estado que é melhor definida como a capacidade de fazer trabalho ou de produzir calor. Há muitas formas de energia (por exemplo, energia radiante, energia cinética, energia potencial, etc.) cada uma das quais pode ser convertida noutras formas de energia. A lei fundamental da termodinâmica afirma que a energia total do universo é fixa e que a energia não pode ser criada ou destruída apenas de uma forma para outra.
A energia pode ser alterada, ou transformada, de uma forma para outra. A transformação de energia é também chamada conversão de energia. A unidade do Système International d’Unités (SI) para energia é o joule (J), com o nome de James Joule, que demonstrou que o trabalho pode ser convertido em calor. O Joule é a unidade fundamental de energia tanto para o trabalho como para o calor e é o trabalho realizado por uma força de um Newton que actua a uma distância de um metro. O Joule é também igual a 1/4.184 de uma caloria. A energia é frequentemente expressa como a caloria (cal), que é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama de água em um grau Celsius a uma pressão de uma atmosfera. Uma caloria é igual a 4.184 joules. A caloria (Cal; também chamada de quilocaloria) que é utilizada para expressar a energia nos alimentos, é igual a 1.000 calorias.
A energia cinética é a energia de um objecto em movimento e está relacionada pela fórmula newtoniana 1/2mv2 (onde m é igual a massa em Kg e v é igual a velocidade em metros/segundo). Um objecto em movimento pode fazer com que outro objecto faça trabalho colidindo com ele, fazendo-o deslocar-se a uma determinada distância. Os objectos em colisão podem ser um martelo a oscilar sobre um prego, ou dois átomos a colidir numa reacção química. Exemplos de energia cinética incluem a energia mecânica (causada pelo movimento de peças) e a energia térmica (causada pelo movimento aleatório de partículas de matéria). Um objecto que tem energia potencial tem energia em virtude da posição e está relacionado pela equação Newtoniana PE=mgh (onde m é igual a massa em Kg, g a aceleração devido à gravidade – aproximadamente 9,8 m/s2 perto da superfície da Terra – e h é igual a altura em metros). A dada altura, esse objecto teve trabalho realizado sobre ele, o que resultou no armazenamento de energia. Um exemplo de trabalho realizado num objecto para lhe dar energia potencial é a elevação de um corpo contra a força gravitacional da Terra. Ao ser levantado, o corpo ganha energia potencial que é convertida em energia cinética à medida que o corpo cai.
Outro exemplo de energia potencial é a água num tanque elevado. Se for permitida a queda de água numa roda e a roda girar, a roda giratória pode ser utilizada para produzir electricidade . A água no tanque tem energia potencial gravitacional. A energia potencial da água é transformada em energia mecânica da roda, que é posteriormente transformada em energia eléctrica.
Em 1845, Joule realizou uma experiência que demonstrou a transformação de energia tanto qualitativa como quantitativamente. A experiência não foi complicada – ele colocou uma roda de pás num tanque de água e mediu a temperatura da água. Ele manivelava a roda na água durante um período de tempo, e depois lia novamente a temperatura. Descobriu que a temperatura da água subiu à medida que manivelava a roda de pás. Joule quantificou esta observação e descobriu que uma quantidade igual de energia era sempre necessária para aumentar a temperatura da água em um grau. Descobriu também que não tinha de ser energia mecânica; podia ser energia sob qualquer forma. Obteve os mesmos resultados com energia eléctrica ou magnética que obteve com a energia mecânica. As experiências de Joule mostraram que diferentes formas de energia são equivalentes e podem ser convertidas de uma forma para outra.
Interessantemente, como Joule o expressou, a energia necessária para aumentar um quilo de água em um grau na escala de Fahrenheit é igual à quantidade de energia obtida por um peso de 890 libras após a queda de um pé no campo gravitacional da Terra.
Estas observações conduziram ao que agora se chama a “Lei de conservação de energia”. Esta lei afirma que a qualquer momento a energia é transferida entre dois objectos, ou convertida de uma forma para outra, nenhuma energia é criada e nenhuma é destruída. A quantidade total de energia envolvida no processo permanece a mesma.
A maior parte das reacções químicas envolve transformações na energia. Uma reacção química é simplesmente o processo pelo qual são quebradas ligações entre átomos e são feitas novas ligações.
O exemplo final de transformação de energia é o da energia radiante do Sol . Toda a energia na Terra tem origem no Sol, energia remanescente da formação da Terra (geralmente energia térmica causada pelo colapso gravitacional da matéria), ou energia derivada da decadência nuclear no interior da Terra). A energia térmica no interior da Terra impulsiona a tectónica de placas e, à superfície, a energia radiante do Sol é convertida pelas plantas em energia química através do processo de fotossíntese. Esta energia química é armazenada sob a forma de açúcares e amidos. Quando estas plantas são comidas por animais (ou seja, como parte da cadeia alimentar), esta energia química é transformada noutra forma de energia química (gorduras ou músculo) ou utilizada para energia mecânica ou térmica. Em relação aos combustíveis fósseis , os combustíveis utilizados na era moderna derivam das transformações da energia solar ao longo de milhões de anos.
p>Veja também a Terra (planeta); Terra, estrutura interior; Terramotos; Evento K-T; Deslizamento de terras; Movimento de massas; Radioactividade