O que é energia?

A energia é tudo o que produz ou pode produzir ação, podendo por isso tomar as mais variadas formas: Energia termoelétrica, energia cinética, hidroeletricidade (energia hidrelétrica), energia solar, energia eólica, energia nuclear, etc. A energia não se cria nem se destrói, apenas se transforma, da qual o homem pode aproveitar e extrair da natureza e sem a qual não consegue viver. Durante muito tempo só o ouro e as pedras preciosas eram considerados riqueza, hoje são os recursos energéticos que determinam a riqueza dos países, mas o consumo de energias foi tão devastador, que aumentará cerca de 46% até 2010 que levará á sua existência apenas algumas dezenas de anos. Presentemente 85% de energia gasta em todo o mundo provém do petróleo e do carvão.

Fonte: O que é energia?

Energia Termoelétrica

» O que é? 
É a geração de energia elétrica/eletricidade a partir da energia liberada por qualquer produto que possa gerar calor, seja por meio da queima de petróleo, carvão mineral, gás natural ou outros combustíveis. É utilizada, por exemplo, em satélites.

» Como é produzida?
Assim como na energia hidrelétrica, em que um gerador, impulsionado pela água, gira, transformando a energia potencial em energia elétrica, nas termelétricas a fonte de calor aquece uma caldeira com água gerando vapor d'água em alta pressão, e o vapor move as pás da turbina do gerador. 

» A primeira usina termoelétrica no Brasil
A primeira termoelétrica no Brasil foi inaugurada em 1883, em Campos (RJ), com a potência de 52 kW.

» Vantagens das usinas termoelétricas
Soluciona três problemas de uma hidrelétrica: gasta bem menos em rede (fios), porque essas usinas podem ser construidas diretamente no local de consumo (Ex: no centro da cidade); pode-se queimar o lixo da cidade, evitando a super lotação dos lixões e não imunda cidades a beira-rio (como as hidrelétricas).

» Desvantagens das usinas termoelétricas
Polui muito o ar. É o tipo de usina que só perde para a nuclear em questão de poluimento (deveria ser a que polui mais porque polui em mais quantidade, porém o lixo radioativo é bem mais danificante a saúde), mas pode ser considerada a que mais polui.

» Resumo sobre as usinas termoelétricas 
De modo geral as termoelétricas são horríveis, pois mesmo produzindo energia e economizando mais do que as outras usinas (menos para as renováveis: solar, eólica, etc.) polui muito o ar. Isso acelera ainda mais o aquecimento global. E um dado interessante: a raça humana será extinta de qualquer jeito, pois de todas as espécies já catalogadas por cientistas, 99% já estão extintas. É só uma questão de tempo para chegar a nossa hora. Mesmo que amenizem o aquecimento global (o que é muito difícil), o Sol irá se apagar por completo daqui a 50 bilhões de anos. Óbvio que até lá teremos tecnologia para sobrevivermos. Ou será que só os ricos terão?

Fonte: Usina Termoelétrica

Fonte: Vantagens e Desvantagens das Usinas Termoelétricas

Fonte: Termoeletricidade

Energia Cinética

» O que é? 
Em física, a variação da energia cinética é a quantidade de trabalho a ser realizado sobre um objeto para modificar a sua velocidade (seja a partir do repouso - velocidade zero - ou a partir de uma velocidade inicial não-nula).

Para um objeto de massa m a uma velocidade v(t), a sua energia cinética é expressa na mecânica clássica como:

» Dedução da energia cinética
Da definição de energia cinética como trabalho para colocar um corpo em movimento, podemos obter a expressão geral dada acima para o cálculo da energia cinética:

Como o deslocamento em instante infinitesimal de tempo é ds=vdt, obtemos:

Cancelando o dt na expressão acima podemos escrever (para uma massa constante):

Exemplo: A energia cinética de uma pessoa de massa 50 kg movendo-se com a velocidade de 5 m/s é

ou seja, sua energia cinética é 625 joules.

Fonte: Energia Cinética

Hidroeletricidade (Energia Hidrelétrica)

» O que é? 
Hidroeletricidade é a energia proveniente de usinas hidrelétricas que são usinas que usam a força da água para mover turbinas e gerar eletricidade. Obtida através do aproveitamento da energia potencial gravitacional de água, contida em uma represa elevada. A potência gerada é proporcional à altura da queda de água e à vazão do líquido.

» Como é o processo de obtenção?
Durante o processo de obtenção, antes de se tornar energia elétrica, esta energia deve ser convertida em energia cinética. O momento desta transformação acontece na passagem da água numa máquina hidráulica, denominada turbina hidráulica. A energia liberada pela passagem de certa quantidade de água move a turbina, que aciona um gerador elétrico. A queda d' água pode ser natural, como na Usina de Paulo Afonso, ou artificial, criada por uma barragem como na Usina Hidrelétrica de Tucuruí e na Usina Hidrelétrica de Itaipu. A queda também pode ser pequena, como no caso de uma usina maremotriz, que utiliza apenas o desnível das marés.

» Vantagens da hidroeletricidade
Não requer o uso de combustíveis para a produção de energia, pois converte a energia potencial gravitacional da água represada nas barragens através de turbinas diretamente para energia elétrica. O preço não varia. Por não depender de combustíveis, o preço é constante. Para produzir energia hidrelétrica, um país não precisa importar combustível. É uma energia não poluente e renovável, pois não queima nenhum tipo de combustível. A energia elétrica gerada não depende da queima de quaisquer tipos de gases e matérias de partículas, sem criar poluição do ar. A água das barragens pode ser utilizada para a irrigação de lavouras, melhorando a produtividade agrícola no decorrer do ano, além de prevenir inundações. Nas imediações da barragens a água do reservatório pode ainda ser utilizada para a criação de espaços públicos de lazer e de prática de esportes.

» Desvantagens da hidroeletricidade
Em alguns casos ocorre a inundação de grandes áreas, contribuindo para o aumento do efeito estufa, já que árvores submersas podem produzir gases tóxicos, e o deslocamento de populações. A construção das grandes usinas pode ainda tornar-se cara e demorada. Para evitar o problema do impacto ambiental, o Conselho Nacional do Meio Ambiente criou a resolução nº 347, de 10 de setembro de 2004, que obriga as construções de usinas hidrelétricas a terem uma compensação ecológica.

Fonte: Hidroeletricidade
Fonte: O que é hidroeletricidade?

Energia Solar

» O que é? 
A Energia solar é a designação dada a todo tipo de captação de energia luminosa, energia térmica (e suas combinações) proveniente do sol, e posterior transformação dessa energia captada em alguma forma utilizável pelo homem, seja directamente para aquecimento de água ou ainda como energia eléctrica ou energia térmica. A radiação solar, juntamente com outros recursos secundários de alimentação, tal como a energia eólica e das ondas, hidro-electricidade e biomassa, são responsáveis por grande parte da energia renovável disponível na terra. Apenas uma minúscula fracção da energia solar disponível é utilizada.

» Como a utilizamos?
As plantas utilizam diretamente essa energia no processo de fotossíntese. Nós usamos essa energia quando queimamos lenha ou combustíveis minerais. Existem técnicas experimentais para criar combustível a partir da absorção da luz solar em uma reação química de modo similar à fotossíntese vegetal - mas sem a presença destes organismos.

» A energia do Sol
A Terra recebe 174 petawatts de radiação solar na zona superior da atmosfera. Dessa radiação, cerca de 30% é refletida para o espaço, enquanto o restante é absorvido pelas nuvens, mares e massas terrestres. O espectro da luz solar na superfície da Terra é mais difundida em toda a gama visível e infravermelho e uma pequena gama de radiação ultravioleta. A superfície terrestre, os oceanos e atmosfera absorvem a radiação solar, e isso aumenta sua temperatura. O ar quente que contém a água evaporada dos oceanos sobe, provocando a circulação e convecção atmosférica. Quando o ar atinge uma altitude elevada, onde a temperatura é baixa, o vapor de água condensa-se, formando nuvens, que posteriormente provocam precipitação sobre a superfície da Terra, completando o ciclo da água. O calor latente de condensação de água aumenta a convecção, produzindo fenómenos atmosféricos, como o vento, ciclones e anti-ciclones. O total de energia solar absorvida pela atmosfera terrestre, oceanos e as massas de terra é de aproximadamente 3.850.000 exajoules (EJ) por ano. A energia solar pode ser aproveitado em diferentes níveis em todo o mundo. Consoante a localização geográfica, quanto mais perto do equador, mais energia solar pode ser potencialmente captada. As áreas de deserto, onde as nuvens são baixas e estão localizadas em latitudes próximas ao equador são mais favoráveis à captação energia solar.Os desertos que se encontram relativamente perto de zonas de maior consumo em países desenvolvidos têm a sofisticação técnica necessária para a captura de energia solar. Realizações cada vez mais importantes como o Deserto de Mojave (Califórnia), onde existe uma planta termosolar com uma capacidade total de 354 MW.

» Tipos de energia solar
Energia térmica e energia fotovoltaica.

A térmica, baseia-se em aproveitar o sol da energia para produzir calor que pode ser usado para produzir água quente para uso doméstico, o aquecimento ou a produção de energia e mecânica a partir dele, a electricidade. Também pode ser usado para fazer funcionar uma máquina de refrigeração que utiliza absorção de calor, em vez de electricidade para produzir frio, o que pode condicionar o ar das instalações.

Já a energia fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz em eletricidade. O efeito fotovoltaico, relatado por Edmond Becquerel, em 1839, é o aparecimento de uma diferença de potencial nos extremos de uma estrutura de material semicondutor, produzida pela absorção da luz. A célula fotovoltaica é a unidade fundamental do processo de conversão.

» Vantagens da energia solar
A energia solar não polui durante sua produção. A poluição decorrente da fabricação dos equipamentos necessários para a construção dos painéis solares é totalmente controlável utilizando as formas de controles existentes atualmente.

As centrais necessitam de manutenção mínima.

Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que seu custo vem decaindo. Isso torna cada vez mais a energia solar uma solução economicamente viável.

A energia solar é excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação em pequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão.

Em países tropicais, como o Brasil, a utilização da energia solar é viável em praticamente todo o território, e, em locais longe dos centros de produção energética, sua utilização ajuda a diminuir a demanda energética nestes e consequentemente a perda de energia que ocorreria na transmissão.


» Desvantagens da energia solar
Um painel solar consome uma quantidade enorme de energia para ser fabricado. A energia para a fabricação de um painel solar pode ser maior do que a energia gerada por ele.

Os preços são muito elevados em relação aos outros meios de energia.

Existe variação nas quantidades produzidas de acordo com a situação atmosférica (chuvas, neve), além de que durante a noite não existe produção alguma, o que obriga a que existam meios de armazenamento da energia produzida durante o dia em locais onde os painéis solares não estejam ligados à rede de transmissão de energia.

Locais em latitudes médias e altas (Finlândia, Islândia, Nova Zelândia e Sul da Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de inverno devido à menor disponibilidade diária de energia solar. Locais com frequente cobertura de nuvens (Curitiba, Londres), tendem a ter variações diárias de produção de acordo com o grau de nebulosidade.

As formas de armazenamento da energia solar são pouco eficientes quando comparadas, por exemplo, aos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), a energia hidroelétrica (água) e a biomassa (bagaço da cana ou bagaço da laranja).

Fonte: Energia Solar
Fonte: Energia Térmica e Energia Fotovoltaica

Energia Eólica

» O que é? 
A energia eólica é a energia que provém do vento. O termo eólico vem do latim aeolicus, pertencente ou relativo a Éolo, deus dos ventos na mitologia grega e, portanto, pertencente ou relativo ao vento.

» História da energia eólica
A energia eólica tem sido aproveitada desde a antiguidade para mover os barcos impulsionados por velas ou para fazer funcionar a engrenagem de moinhos, ao mover as suas pás. Nos moinhos de vento a energia eólica era transformada em energia mecânica, utilizada na moagem de grãos ou para bombear água. Os moinhos foram usados para fabricação de farinhas e ainda para drenagem de canais, sobretudo nos Países Baixos.

» Como a energia eólica se transforma em energia elétrica?
Na atualidade utiliza-se a energia eólica para mover aerogeradores (grandes turbinas colocadas em lugares com muito vento). Essas turbinas têm a forma de um catavento ou um moinho. Esse movimento, através de um gerador, produz energia elétrica. Precisam agrupar-se em parques eólicos, concentrações de aerogeradores, necessários para que a produção de energia se torne rentável, mas podem ser usados isoladamente, para alimentar localidades remotas e distantes da rede de transmissão. É possível ainda a utilização de aerogeradores de baixa tensão quando se trata de requisitos limitados de energia elétrica. A energia eólica pode ser considerada uma das mais promissoras fontes naturais de energia, principalmente porque é renovável, ou seja, não se esgota, limpa, amplamente distribuída globalmente e, se utilizada para substituir fontes de combustíveis fósseis, auxilia na redução do efeito estufa. Em países como o Brasil, que possuem uma grande malha hidrográfica, a energia eólica pode se tornar importante no futuro, porque ela não consome água, que é um bem cada vez mais escasso e que também vai ficar cada vez mais controlado.


» Vantagens da energia eólica
A produção de energia elétrica através de energia eólica tem várias vantagens das quais podemos ressaltar as principais:

É uma fonte renovável, não emite gases de efeito estufa, gases poluentes e nem gera resíduos na sua operação, o que a torna uma fonte de energia de baixíssimo impacto ambiental.

Os parques eólicos são compatíveis com os outros usos do terreno como a agricultura ou pecuária, já que os atuais aerogeradores têm dezenas de metros de altura.

O grande potencial eólico no mundo aliado com a possibilidade de gerar energia em larga escala torna esta fonte a grande alternativa para diversificar a matriz energética do planeta e reduzir a dependência ao petróleo.

 Em 2011 na União européia ela já representa 6,3% da matriz energética, e no mundo mais de 3,0% de toda a energia elétrica. 

Finalmente, com a tendência de redução nos custos de produção de energia eólica, e com o aumento da escala de produção, deve se tornar uma das fontes de energia mais barata.

» Desvantagens da energia eólica
Apesar de todos os pontos positivos, é preciso tomar cuidado antes de apostar na energia eólica. Se não forem feitos os estudos de mapeamento, medição e previsão dos ventos, ela não é uma fonte confiável. Não há muitos dados sobre o regime de ventos no Brasil, e eles costumam serem aproveitáveis somente durante parte do ano.
Além disso, os parques eólicos produzem poluição sonora e visual. Também podem interferir na rota migratória de pássaros, e os aerogeradores interferem na paisagem do local. E todo o equipamento é caro, o que pode inviabilizar a criação de parques eólicos.

Fonte: Energia Eólica

Energia Nuclear

                           

» O que é? 

Energia nuclear é a energia liberada numa reação nuclear, ou seja, em processos de transformação de núcleos atômicos. Alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de se transformar em outros isótopos ou elementos através de reações nucleares, emitindo energia durante esse processo.

» Em que se baseia?

Baseia-se no princípio da equivalência de energia e massa, segundo a qual durante reações nucleares ocorre transformação de massa em energia.

» Quem a descobriu?

Foi descoberta por Hahn, Straßmann e Meitner com a observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urânio com nêutrons.

» Qual sua finalidade? 

A tecnologia nuclear tem como uma das finalidades gerar eletricidade. Aproveitando-se do calor emitido na reação, para aquecer a água até se tornar vapor, assim movimentando um turbogerador. A reação nuclear pode acontecer controladamente em um reator de usina nuclear ou descontroladamente em uma bomba atômica. Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante emitida.

» Tipos de Reatores

Existem reatores de fissão e reatores de fusão. De fissão podem ser reatores de água leve, reatores de água pesada, reator de rápido enriquecimento ou "reatores incubadores" e outros, dependendo da substância moderador usada. Um reator de rápido enriquecimento gera mais material físsil (combustível) do que consome. A primeira reação em cadeia foi realizada num reator de grafite. O reator que levou o acidente nuclear de Chernobyl também era de grafite. A maioria dos reatores em uso para geração de energia elétrica no mundo são do tipo água leve. Já o emprego pacífico ou civil da energia de fusão está em fase experimental, existindo incertezas quanto a sua viabilidade técnica e econômica. O processo baseia-se em aquecer suficientemente núcleos de deutério até obter-se o estado plasmático. Nesse estado, os átomos de hidrogênio se desagregam permitindo que ao se chocarem ocorra entre eles uma fusão produzindo átomos de hélio. A diferença energética entre dois núcleos de deutério e um de hélio será emitida na forma de energia que manterá o estado plasmático com sobra de grande quantidade de energia útil.

» Bomba Atômica

As bombas nucleares fundamentam-se na reação nuclear descontrolada e portanto explosiva. A eficácia da bomba atômica baseia-se na grande quantidade de energia liberada e em sua toxicidade, que apresenta duas formas: radiação e substâncias emitidas (produtos finais da reação e materiais que foram expostos à radiação), ambas radioativas. A força da explosão é de 5 mil até 20 milhões de vezes maior, se comparada a explosivos químicos. A temperatura gerada em uma explosão termonuclear atinge de 10 até 15 milhões de graus Celsius no centro da explosão.

» Vantagens da energia nuclear
Não contribui para o efeito de estufa (principal vantagem); não polui o ar com gases de enxofre, nitrogénio, particulados, etc.; não utiliza grandes áreas de terreno: a central requer pequenos espaços para sua instalação; não depende da sazonalidade climática (nem das chuvas, nem dos ventos);  pouco ou quase nenhum impacto sobre a biosfera; grande disponibilidade de combustível; é a fonte mais concentrada de geração de energia; a quantidade de resíduos radioactivos gerados é extremamente pequena e compacta; a tecnologia do processo é bastante conhecida; o risco de transporte do combustível é significativamente menor quando comparado ao gás e ao óleo das termoelétricas e não necessita de armazenamento da energia produzida em baterias.

» Desvantagens da energia nuclear

Necessidade de armazenar o resíduo nuclear em locais isolados e protegidos; necessidade de isolar a central após o seu encerramento; mais cara quando comparada às demais fontes de energia; os resíduos produzidos emitem radioatividade durante muitos anos; dificuldades no armazenamento dos resíduos, principalmente em questões de localização e segurança; pode interferir com ecossistemas e há um grande risco de acidente na central nuclear.

Fonte: Energia Nuclear
Fonte: Vantagens e Desvantagens da Energia Nuclear

Catapulta

                                          Referência - Catapulta

Catapultas são mecanismos de cerco que utilizam uma espécie de braço para lançar um objeto (pedras e outros) a uma grande distância, evitando assim possíveis obstáculos como muralhas e fossos. Fora criado possivelmente pelos gregos, durante o reinado de Dionísio I, como arma de guerra. Originalmente, a palavra catapulta referia-se a um lançador de pedras, enquanto balista referia-se a um lançador de dardos, porém, através dos anos, os dois termos trocaram de significados. Catapultas eram usualmente montadas no lugar do cerco, e um exército carregava algumas ou nenhuma de suas peças consigo porque madeira era bastante disponível no lugar.

» Tipos de Catapultas

Catapultas podem ser classificadas de acordo com o conceito físico usado para guardar e liberar a energia requerida para arremessar. As primeiras catapultas eram de tensão, desenvolvidas no início do século IV a.C.na Grécia. Um membro sob tensão propele o braço lançador, muito parecido com uma besta gigante. Subsequentemente, catapultas de torção foram desenvolvidas, como a manganela, o onagro e a balista, a mais sofisticada catapulta. As duas primeiras têm um braço com uma estrutura-suporte para o projétil. A parte de baixo do braço lançador é inserida em cordas ou fibras que são torcidas, fornecendo a força para propelir o braço. Essas catapultas se diferenciam pelo fato de o onagro ter uma prolongação de sua haste. A balista, que embora sendo mais complexa, foi inventada primeiro, possuí dois braços que torcem duas molas paralelas e impulsionam um único projétil que fica sobre uma barra direcional entre as molas, toda a maquina se apoia sobre um eixo universal para flexibilizar a mira. Finalmente, o último tipo de catapulta é o trabuco, que usa gravidade ao invés de tensão ou torção para propelir o braço lançador. Um contrapeso caindo puxa para baixo a parte inferior do braço e o projétil é arremessado de um balde preso a uma corda pendurada no topo do braço, essencialmente como um estilingue preso a uma gangorra gigante. O contrapeso é muito mais pesado do que o projétil.

» História da Catapulta

As catapultas foram completamente desenvolvidas em tempos romanos e medievais, com o trabuco sendo introduzido um pouco antes do aparecimento da pólvora e do canhão, o que tornou a catapulta obsoleta. Na Europa, as primeiras catapultas apareceram em épocas gregas tardias, inicialmente adotadas por Dionísio de Siracusa e Onomarchus da Fócida. Ela foi inventada para ser usada como artilharia no campo de batalha ou durante cercos. Alexandre, o Grande introduziu a ideia de usá-las para promover cobertura no campo de batalha em conjunto ao seu uso durante cercos. Durante épocas medievais, catapultas e mecanismos de cerco relacionados eram as primeiras armas usadas para guerra biológica. As carcaças de animais doentes e daqueles que morreram da peste negra ou de outras doenças eram carregadas como munição e então arremessadas contra as paredes dos castelos para infectar aqueles trancados dentro. Durante a guerra de trincheiras da Primeira Guerra Mundial, catapultas menores eram usadas para lançar granadas de mão sobre a terra de ninguém até as trincheiras inimigas.

Abertura do trabalho "Catapulta"

Nesse trimestre, iremos fazer o trabalho baseado na criação de uma catapulta. Gostamos bastante de fazer o carrinho de bexiga e o aeromodelo. Vamos trabalhar bastante para ter um bom resultado nesse projeto. Desejamos boa sorte a todos os grupos do primeiro ano, fecharemos o ano com esse íncrivel projeto. Gostariamos de parabenizar o Prof. Maurício Ruv Lemes por outra ótima iniciativa.

Novo integrante + metas para o último trimestre

Neste 3º trimestre, ocorreu mais uma mudança no grupo. Temos um novo integrante, Matheus Oliveira (Nº 41). Gostariamos de desejar boas vindas e esperamos ter bons resultados vindo de todos os membros do grupo nesse último trimestre.