Módulo 4 - Curso CEF 1 C/E 20/21

Módulo 4 MÓDULO 4

Produção e Consumo de Energia Escola Básica de Camarate Curso CEF 1 - C/E Professor João Santos

Produção e consumo de energia Professor João Santos

© João Santos A industrialização crescente da Sociedade tem exigido um aumento substancial do consumo de energia. Uma gestão correcta da energia, incluindo o recurso às energias renováveis é, cada vez mais, indispensável.

Este Módulo apresenta os mecanismos de transferência de energia, inevitavelmente, acompanhados de perdas de energia útil.

João Santos Escola Básica de Camarate Rua Deficientes das Forças Armadas, n.º 4 2680-120 Camarate

CompetênciasVisadas O aluno deve ser capaz de descrever os meios mais comuns de produção de energia e compreender que, numa transferência de energia, esta se conserva mas perde qualidade.

Conteúdos 1. Produção de energia 1.1 Fontes e receptores de energia 1.2 Energias renováveis e não renováveis 1.3 Guião de trabalho trabalho 1.4 Transferências de energia 1.3 Transferências de energia 1.5 O trabalho e o calor como processos de medir energia 2. Consumo de energia 2.1 Conservação e degradação da energia 2.2 Potência 2.3 Rendimento

Capítulo 1 Fontes e recetores de energia

A

energia está presente em tudo o que fazemos e utilizamos. Nada se faz sem energia.

Todas as atividades envolvem energia.

A energia manifesta-se de

muitas formas:

•quando a água de um rio corre no

seu leito;

•quando as pás de um moinho se

movem;

•quando uma criança salta; •quando uma máquina funciona; •etc. É difícil definir energia, embora seja algo constantemente no dia-a-dia.

de que falamos e ouvimos falar

Para se perceber o que é a energia torna-se necessário saber o que se entende por sistema.

Em Física chama-se sistema à parte do Universo que está a ser objeto do nosso estudo.

Por exemplo, se estamos a estudar o efeito do aquecimento na água contida num recipiente, o sistema é a água. Todo o resto do Universo, incluindo a fonte de energia e o recipiente, é exterior ao sistema.

Qualquer sistema é caracterizado por diferentes grandezas: massa, volume, temperatura, etc., e também energia.

A grandeza energia é muito importante, pois está sempre associada a todas as transformações, sejam elas físicas ou químicas.

Podemos então dizer que a energia é uma grandeza característica de todos os sistemas ou corpos, que permite que se possam produzir transformações nesses sistemas ou noutros.

A grandeza energia representa-se pela letra E e a sua unidade SI é o joule, símbolo J. No entanto também se usam outras unidades, como a caloria (cal), a quilocaloria (kcal) ou o quilowatt-hora (kWh).

Só nos apercebemos de que a energia é uma propriedade de um sistema quando ela se manifesta através de…

Mas qualquer sistema tem energia, mesmo quando ela não se manifesta.

Vamos considerar novamente a situação da água que está a ser aquecida por uma lamparina de álcool.

Neste exemplo: •A água – que recebe energia – funciona como recetor de energia; •O álcool em combustão – que fornece energia à água – funciona como fonte de energia.

Sempre que a energia passa de um sistema para outro diz-se que ocorre uma transferência de energia. Por isso, neste caso, ocorre uma transferência de energia do álcool em combustão para a água.

Fonte de energia – é todo o sistema que fornece energia a outro.

Recetor de energia – é todo o sistema que recebe energia.

Transferência de energia – é a passagem de energia de um sistema para outro. É frequente falar-se em energia elétrica, elástica, térmica, mecânica, química, sonora, luminosa, etc., o que parece indicar que há muitas espécies ou formas de energia.

Na realidade todas as formas de energia se podem englobar em duas categorias: a energia cinética e a energia potencial.

A energia cinética (Ec) é a energia associada ao movimento de um sistema ou de partes de um sistema. Portanto tudo o que se move tem energia cinética.

A energia cinética de um corpo é tanto maior quanto maior for a massa do corpo, e é tanto maior quanto maior for a sua velocidade.

A energia potencial (Ep) é a energia armazenada num sistema, que está pronta a entrar em “ação” e que se deve à interação entre partes do sistema.

Há várias formas de energia potencial: energia potencial gravítica, energia potencial química, energia potencial elástica, etc.

A energia potencial gravítica de um corpo é tanto maior quanto maior for o peso do corpo, e é tanto maior quanto maior for a altura a que o corpo se encontra do solo.

Só nos apercebemos da existência da energia potencial quando ela se transforma em energia cinética.

No dia-a-dia ocorrem constantemente transformações de energia potencial em cinética e de energia cinética em potencial.

Por exemplo, quando um corpo cai há uma transformação de energia potencial gravítica em energia cinética.

A energia não se cria nem se perde, apenas se transfere e se transforma, manifestando-se de diversos modos.

Capítulo 2 Energias renováveis e não renováveis

C

ada vez mais a nossa vida diária depende da utilização de fontes de energia.

Quase não somos capazes de imaginar o nosso dia-a-dia sem o recurso à electricidade, ao gás butano, à gasolina ou ao gasóleo.

A electricidade, o gás butano, a gasolina e o gasóleo são exemplos de fontes secundárias de energia, porque são obtidas a partir de outras que ocorrem na Natureza.

A electricidade é uma fonte secundária de energia, pois pode ser produzida recorrendo à água, nas centrais hídricas, ao carvão, petróleo ou gás natural, nas centrais térmicas, ao urânio, nas centrais nucleares, ao vento, nas centrais eólicas, e ao Sol, nas centrais solares.

O gás butano, a gasolina e o gasóleo, combustíveis que usamos diariamente, também são fontes secundárias de energia, pois provêm do petróleo bruto (fig. 7).

A água, o carvão, o urânio, o vento e o petróleo bruto, que ocorrem na Natureza, assim como o Sol, são alguns exemplos de fontes primárias de energia.

O Sol é a principal fonte de energia; até se pode dizer que é a origem de todas as fontes de energia.

Sem ele, nada na Terra existiria.

Fontes de energia renováveis e não renováveis É habitual classificar as fontes primárias de energia em: •Fontes de energia renováveis são aquelas que estão em contínua renovação, podendo ser utilizadas constantemente; •Fontes de energia não renováveis são aquelas cujas reservas são limitadas, podendo vir a esgotarse, pois o seu processo de formação é muito lento comparado com o ritmo de consumo que o Homem faz delas (demoram milhões de anos a formarem-se!...).

O Sol, que irradia energia constantemente para o espaço, o vento, a água dos rios e oceanos, a matéria orgânica em decomposição (biomassa), e o calor proveniente do interior da Terra (geotermia), são exemplos de fontes de energia renováveis. Estas fontes de energia também são chamadas energias limpas, visto não causarem poluição.

O petróleo, o gás natural e o carvão, que são combustíveis fósseis, assim como o urânio, que é um combustível nuclear, esgotam-se à medida que os utilizamos. São fontes de energia não renováveis.

As fontes de energia não renováveis são ainda hoje as mais utilizadas, mas causam problemas.

São a grande causa da poluição ambiental. Os combustíveis fósseis provocam poluição química; os combustíveis nucleares provocam poluição radioactiva.

Por outro lado, correspondem a reservas que um dia virão a esgotar-se. É por esta razão que se torna cada vez mais importante a utilização de fontes de energia renováveis.

Exercícios Data de entrega: 21/01/2021 Modo de entrega: Entrega do manual ao professor com os exercícios resolvidos 1. As questões que se seguem são de escolha múltipla.

Para cada uma das questões assinala a única resposta correcta.

1.1 – A energia associada a uma lâmpada de incandescência acesa pode manifestar-se sob as formas de: A – Luz e calor B – Luz e electricidade C – Luz e som 1.2 – Quando cozinhamos alimentos num fogão a gás, a fonte e o receptor de energia são, respectivamente: A – Gás e fogão B – Gás e recipiente com água C – Gás e recipiente com alimentos 1.3 – Os combustíveis fósseis são considerados fontes de energia não renováveis porque: A – Nunca mais voltam a ser produzidos.

B – São produzidos e consumidos de imediato.

C – Demoram muito mais tempo a serem produzidos do que a serem consumidos.

1.4 – As fontes renováveis de energia são: A – De fácil acesso B – Poluentes C – Inesgotáveis 1.5 – Um exemplo de fonte secundária de energia é o: A – Vento B – Petróleo C – Gás butano 1.6 – São fontes de energia não renováveis, por exemplo: A – A água e o vento B – O vento e o Sol C – O carvão e o petróleo 1.7 – Uma central hidroeléctrica aproveita: A – A energia associada à água armazenada numa albufeira.

B – A energia química associada ao carvão.

C – A energia solar armazenada na água.

1.8 – Todas as fontes de energia nos levam: A – Ao vento B – Ao Sol C – À água

2. Identifica a fonte e o receptor de energia em cada uma das seguintes situações:

Fonte Mãos a aquecer numa lareira Barco à vela em movimento Máquina de calcular solar Lâmpada de candeeiro acesa Rapaz a comer cereais Rapariga a empurrar um carrinho de mão 3. Identifica qual a forma de energia associada a cada uma das frases seguintes: A – Energia contida numa pilha. ______________________________________________ B – Energia associada ao vento. ______________________________________________ C – Energia associada à água contida numa albufeira. ___________________ D – Energia associada a uma mola comprimida. ___________________________ E – Energia associada a uma queda de água. _______________________________ F – Energia associada a um automóvel em movimento. ___________________

4. Observa a figura e completa as frases A e B. A – Enquanto o índio mantém o arco encurvado, arco e flecha possuem energia _____________________________.

B – Quando deixa de encurvar o arco, a flecha é disparada com energia ___________________________.

5. A figura representa quatro posições de um carrinho numa montanha russa.

5.1 – Indica em qual das posições assinaladas o carrinho tem: 5.1.1 – maior energia potencial gravítica; ___ 5.1.2 – menor energia potencial gravítica; ___ 5.1.3 – maior energia cinética; ___ 5.1.4 – menor energia cinética. ___ 5.2 – Justifica a afirmação: “Nas posições B e D o carrinho tem aproximadamente a mesma energia potencial gravítica.” ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

6. Associa uma letra da coluna I a um número da coluna II.

Receptor

7. Indica as designações atribuídas às fontes de energia caracterizadas a seguir.

A – Fontes de energia que uma vez utilizadas só serão repostas a muito longo prazo.________________________________ B – Fontes de energia obtidas a partir de outras que existem na Natureza. ______________ C – Fontes de energia que ocorrem na Natureza. _____________________ D – Fontes de energia que são continuamente repostas à medida que as utilizamos.________________________________ 8. Classifica cada uma das seguintes fontes de energia como primária ou secundária.

A – Petróleo bruto ________________________ B – Urânio ________________________ C – Sol ________________________ D – Gasolina ________________________ E – Gás natural ________________________ F – Vento ________________________ G – Corrente eléctrica ________________________

9. Associa correctamente os elementos das duas colunas.

10. Selecciona, de entre as afirmações de A a E, as verdadeiras para cada uma das centrais eléctricas representadas.

A – Usa uma fonte de energia renovável.

B – Usa uma fonte de energia não renovável.

C – Não é poluente.

D – Contribui para a poluição radioactiva do ambiente.

E – Contribui para a poluição química do ambiente.

Capítulo 3 Guião de trabalho O aluno entrega ao docente um trabalho, preferencialmente maquete de uma zona urbana com dimensões de base de uma folha A3.

Nesse trabalho deverá estar representado, e devidamente identificado: • Fonte de energia primária renovável • Fonte de energia secundária renovável • Fonte de energia primária não renovável • Transporte de energia • No mínimo dois recetores de energia

•

Datas para realização do trabalho em sala de aula: • 21, 26 e 28 de janeiro de 2021 • Data de entrega do trabalho: 04/02/2021 Não serão aceites trabalhos para além da data de entrega definida.

Grelha de avaliação do trabalho conforme anexo.

Clareza e objetividade

Qualidade dos conhecimentos

Correção científica

Não é capaz de relacionar os conceitos envolvidos na tarefa

Documento pouco claro, pouco objetivo e sem evidenciar os aspetos fundamentais.

Não revela conhecimentos adquiridos com a tarefa

Documento com várias incorreções ao nível dos conceitos e/ou das informações.

1

Revela alguns conhecimentos elementares, mas tem dificuldade com conhecimentos mais complexos

Documento com algumas incorreções ao nível dos conceitos e/ou das informações.

2

Avaliação de trabalho

Organização conceptual Trabalho muito desorganizado, e visualmente nada apelativo

Trabalho desorganizado e visualmente pouco apelativo

Documento claro, mas pouco objetivo. São apresentados aspetos que saem fora do âmbito da tarefa Relaciona genericamente os conceitos envolvidos, mas tem dificuldades em compreender o significado dessa relação

Apresentação Total

Documento claro, mas com alguns aspetos supérfluos.

Evidencia conhecimentos, embora com dificuldades na aplicação a novas situações.

Documento sem qualquer incorreção ao nível dos conceitos e/ou das informações.

3

Relaciona os diferentes conceitos e explica o significado dessas relações,

Documento claro, objetivo e com evidenciação dos aspetos fundamentais.

Domina com facilidades conhecimentos científicos envolvidos

Documento reveladora de um excelente domínio de conceitos e informações.

4

__/4

__/4

__/4

__/4

__/4

Pontos

__/20

Trabalho organizado, visualmente muito apelativo

Relaciona os diferentes conceitos e compreende o significado dessas relações, revelando dificuldades em explicá-las Trabalho revela alguma organização, e visualmente apelativo