No momento em que o homem aprendeu a controlar o fogo, realizou sua primeira grande conquista energética, passando a utilizar a natureza de forma inteligente, para se aquecer, cozinhar e se proteger.
Ao longo dos séculos, outros recursos naturais - como a água, o carvão, o gás e o petróleo - foram utilizados como fontes energéticas e aproveitados pela humanidade para gerar luz, calor e movimento.
Hoje a ciência define energia como a capacidade de realizar um trabalho ou mudanças de estado. Para chegar a este conceito, o homem teve de usá-la, entendê-la e reconhecer seus diversos estágios, formas e fontes.
Estágios da energia
O potencial dos recursos que brotam e são extraídos pelo homem da natureza é chamado de energia primária.
As fontes de energia primárias não renováveis são aquelas que correm o risco de se esgotar por serem utilizadas em velocidade maior do que o tempo necessário para a sua formação. É o caso dos combustíveis fósseis (carvão mineral, petróleo, gás natural) e dos combustíveis radioativos (urânio, tório, plutônio, entre outros).
As fontes primárias renováveis, ao contrário, são as que podemos considerar permanentemente disponíveis (sol, rios, mares, ventos) ou aquelas que os seres humanos podem manejar de acordo com a necessidade, como a biomassa, obtida da cana-de-açúcar, da casca do arroz e de resíduos animais, humanos e industriais.
O resultado da conversão da energia primária, ou seja, da transformação de fontes primárias, renováveis ou não, em calor, força, movimento etc., é chamado de energia secundária ou energia derivada.
Já a energia utilizada pelos consumidores residenciais ou industriais, na cidade ou no campo, é denominada energia final e alguns de seus melhores exemplos são a eletricidade e a gasolina.
Tipos básicos
Há dois tipos básicos de energia: a energia potencial e a energia cinética.
A energia potencial é a energia armazenada por um corpo, também chamada de energia de posição. Por exemplo, as águas do rio Iguaçu têm energia potencial; uma pedra no alto de uma montanha também.
Quando empurramos a pedra e ela começa a se movimentar, sua energia potencial se transforma em energia cinética. As águas do rio Iguaçu, ao caírem em cascata, também transformam sua energia potencial em energia cinética, e se tornam capazes de exercer força e movimentar as pás de uma turbina.
A velocidade da pedra, tanto quanto a força das águas, vão depender da sua energia potencial anterior, ou seja, da sua massa e da altura em que se encontrava. Quanto maior a pedra e mais elevada a sua posição, maior será a energia cinética que ela vai gerar.
Durante o trajeto, tanto a pedra quanto a água apresentam, ao mesmo tempo, os dois tipos de energia, sendo que a energia cinética vai se transformar em energia potencial no fim do caminho.
Formas e Fontes
Quando uma força é aplicada sobre um corpo, fazendo com que ele se desloque por um determinado espaço, dizemos que esta força realizou um trabalho mecânico. Esta é uma forma comum de manifestação da energia, denominada energia mecânica.
A queima ou combustão de um recurso natural - como a lenha ou o carvão - gera calor que é também outra forma comum de manifestação da energia, chamada de energia térmica.
A energia que flui do interior da Terra sob a forma de calor é a energia geotérmica. Ela se concentra nas rochas quentes e secas que se encontram em profundidades que variam entre 3 a 5 Km.
Há ainda a energia radiante ou energia de radiações eletromagnéticas, como a luz e o calor do sol, as ondas de rádio e televisão, os raios X e as microondas.
Já a energia nuclear, também chamada energia atômica, é obtida por alterações no núcleo de um átomo pela fissão ou quebra de núcleos pesados (urânio, tório e plutônio), seja pela fusão ou junção de núcleos leves, como o do hidrogênio.
Energia química é a energia liberada ou formada em uma reação química, como acontece nas pilhas e baterias.
Uma das mais importantes características da energia é a sua capacidade de transformação de uma forma para outra. E estas transformações podem ser controladas. Por exemplo: quando ligamos o motor de um carro, a energia química da bateria se transforma em energia elétrica, que produzirá trabalho fazendo girar o motor. Em seguida, a energia potencial da gasolina se transformará em energia cinética e moverá os pistões que fazem as rodas girar. Ao desligarmos o motor, todas as transformações cessam.
Cadeias energéticas
Chamamos de cadeia energética o conjunto de atividades necessárias para que alguns tipos de energia cheguem onde queremos usá-la. Essas atividades estão relacionadas à obtenção de energia primária, sua transformação em secundária nos centros de transformação e seu transporte de um ponto a outro até o seu consumo final.
Atualmente geramos energia secundária em usinas, destilarias e refinarias, a partir de diversos recursos naturais como a água, o petróleo, a cana-de-açúcar, a lenha, o carvão e o gás natural. Depois, nós a transportamos para as grandes e pequenas cidades, já como energia final, na forma de eletricidade, álcool, gasolina, óleo e gás.
No caso do petróleo, por exemplo, podemos verificar que ele é transportado do poço de onde é extraído para a refinaria por um oleoduto ou navio tanque. Depois é transformado em subprodutos como a gasolina e o óleo diesel e transportado novamente por caminhões-tanque, até os postos distribuidores, onde será adquirido pelo consumidor final. Esta é a cadeia energética do petróleo.
Termodinâmica
A Termodinâmica é o ramo da Física que estabelece as leis básicas da energia e nos ajuda a compreender melhor a sua natureza. Ela estabeleceu dois princípios importantes, que devemos conhecer.
A Lei da Conservação de Energia, que diz que a energia não pode ser criada nem destruída e considera imutável a quantidade total de energia no mundo. Essa seria, na verdade, uma versão da Física para o Princípio de Lavoisier: "na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma".
E a Lei da Entropia demonstra que, quando há transformação, a qualidade da energia permanece igual ou diminui. Jamais aumenta.
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