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CONSERVAÇÃO
DA
ENERGIA
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
.
Imagem:
Ascánder
/
NASA
/
Domínio
Público.
A energia está envolvida
em todas as ações que
ocorrem no Universo.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
ENERGIA
Energia - são processos que surgem de várias formas na natureza. Esses
processos estão em sucessivas transformações, uma forma de energia
convertendo-se em outra.
Podemos simplificar o conceito de energia como a capacidade que um corpo
tem de realizar trabalho.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Giligone / GNU Free Documentation License.
Sempre que ocorre uma transferência de energia, a quantidade de energia
total do Universo não se altera: é a mesma antes e depois da transferência.
I. A energia não pode ser criada ou destruída; pode apenas ser transferida ou
transformada de um objeto para outro (Joule).
PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: NASA/ESA, The Hubble Key Project Team and The High-Z Supernova Search Team / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
PRINCÍPIO DA CONSEVAÇÃODE ENERGIA
II. Na maioria das transformações,
parte da energia se converte em
calor, que, ao se dissipar
caoticamente pela vizinhança
torna-se, cada vez, menos
disponível para a realização de
trabalho.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Tosaka / Creative Commons - Atribuição 3.0
Não Adaptada.
Combustível/ ar
misturado
Saída da
Exaustão
Ignição
UNIDADE DE ENERGIA EQUIVALÊNCIAS
Joule (J) unidade de energia do Sistema Internacional (SI)
British Thermal Unit 1 Btu 1.053 J 252 cal
Caloria 1 cal 4,18 J
Caloria Alimentar 1 caloria alimentar 4.180 J 1000 cal = 1 kcal
Kilowatthora 1 kWh 3,6 MJ 860 kcal
Eletrovolts 1 eV 1,6 x 10-19 J
UNIDADE MEDIDA DE ENERGIA
Imagem: Petrus Chaves
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
ENERGIA MECÂNICA
A energia mecânica total de um sistema é uma grandeza que se conserva
sempre que, sobre o sistema, não atuar forças dissipativas, isto é, forças
capazes de converter energia mecânica em calor ou qualquer outra forma de
energia. São exemplos de forças dissipativas: o atrito, a resistência do ar, a
viscosidade.
EM = EC + EP + EPel
Energia Mecânica (EM) - É a soma das Energias Cinética (EC) com a Energia
Potencial Gravitacional(Ep) e/ou a Energia Potencial Elástica (Epel).
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
II. Energia Potencial Gravitacional –
Está associada a altura (posição
que o corpo ocupa em relação,
geralmente, à superfície da
terra).
ENERGIA MECÂNICA
EP = mgh
III. Energia Potencial Elástica –
Está associada à deformação
de um corpo.
I. Energia Cinética –
Está associada ao movimento dos
corpos.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: SEE-PE
Corrida
O atleta acelera
pela pista levando a
vara para o alto
Impulsão
A velocidade diminui
ao baixar a vara para
fincá-la na caixa de
apoio.
1
2
Voo
O impulso para a
frente e a flexibilidade
da vara lançam o
atleta para cima.
3 Queda
Superando o sarrafo,
o atleta estica as
pernas, gira o corpo, e
amortece a queda.
4
Sarrafo
Se cai, o salto
não é válido
Queda
EC = mv²
2
EPel = kx²
2
GERAÇÃO DE ENERGIA
 o consumo de energia no mundo cresceu de maneira significativa com
avanço tecnológico e novos hábitos de vida;
 a intensa atividade industrial e o grande número de veículos automotivos
são os principais responsáveis pela emissão de efluentes particulados na
atmosfera, destacando-se os compostos de chumbo, monóxido de carbono
entre outros;
 toda geração de energia, seja a partir de fontes não renováveis ou
renováveis, causa impactos ambientais com maior ou menor intensidade;
 diante dessa realidade, a sociedade contemporânea está entre o dilema
geração de energia X consumo;
 a questão energética de um país está intrinsecamente ligada às políticas
socioeconômicas e ambientais empreendidas pela gestão pública.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
GERAÇÃO DE ENERGIA
O domínio dos meios de produção de energia tornou-se indispensável para o crescimento
econômico. Qual será o melhor caminho para solucionar a questão energética?
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Petróleo
Gás Natural
Carvão
Biomassa
Eólica
Hídrica
Ondas
Solar
Geotérmica
Refinaria
Central
Térmica
Calor
Eletricidade
Gasolina /
Gasóleo
Residencial
Indústria
Transportes
Serviços
Fonte: http://www.janeladosaber.com/dia_energia/index.htm
Fontes não Renováveis - São aquelas que se esgotam com o uso. Foram
necessários milhões de anos para a sua formação, sob condições específicas
da História geológica da Terra que dificilmente voltarão a se repetir. Portanto,
apresentam suprimento limitado.
FONTES PRIMÁRIAS DE ENERGIA
Exemplo: Combustíveis Fósseis (petróleo, carvão mineral e xisto),
Minerais Energéticos e Radioativos (urânio, plutônio e tório).
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: PlainEarth / Domínio Público
Fontes Renováveis - São aquelas que têm a possibilidade de se renovar.
Recompostas em curto espaço de tempo.
FONTES PRIMÁRIAS DE ENERGIA
Exemplo: Biomassa (resultante de material orgânico em compostagem,
que, ao entrar em decomposição, libera gases combustíveis),
solar, eólica, marés e hidráulica.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Chixoy /GNU Free Documentation License
Energia Elétrica ou Eletricidade - é a propriedade de um sistema elétrico
que permite a realização de trabalho através das cargas elétricas em
movimento (corrente elétrica).
ENERGIA ELÉTRICA
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Paulo Camelo / GNU Free Documentation License
Δt
P
E 

CONSUMO DE ENERGIA
P = Potência elétrica do aparelho.
Δt = Intervalo de tempo de funcionamento do aparelho.
E = Energia elétrica consumida pelo aparelho.
O kWh é a energia elétrica consumida durante uma hora de
funcionamento por um aparelho cuja potência média é 1 kW.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Bouchecl / GNU Free
Documentation License
Medidor de Energia
Dados da Aula
O que o aluno poderá aprender com esta aula
1.Qual a relação entre energia expressa em joule e energia expressa em kWh.
2.Como é registrado o consumo de uma residência, através de uma conta de energia.
3.Como identificar os aparelhos que são vilões no consumo de uma residência.
Duração das atividades 50 min
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno
1. Circuito simples
2. Potência elétrica
3. Efeito Joule
Estratégias e recursos da aula
O quilowatt-hora (kWh), o que significa exatamente
um quilowatt-hora?
Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/ficha
TecnicaAula.html?aula=22395
ATIVIDADES
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: KoS / Domínio
Público
Atividade 1. Os medidores de Energia
Use o laboratório de informática para acessar o site abaixo, que traz um infográfico com diversos
eletrodomésticos e sua respectiva potência.
"O que significa o quilowatt-hora" pode ser acessado em:
http://www.gizmodo.com.br/conteudo/o-que-significa-exatamente-um-quilowatt-hora
Logo após a leitura, leve os alunos até o medidor de energia da escola, ou outro mais próximo e
peça-lhes para observarem-no. Leve junto uma conta de energia e uma calculadora.
Questões a serem discutidas em frente ao medidor:
1. O que ele registra?
2. Qual a unidade usada para medir o consumo de energia elétrica?
3. Olhe a conta de energia e observe quantos kWh foram gastos no últimos mês.
4. Compare com o consumo de energia de outros meses, que vêm descritos nessa mesma conta.
5. Faça a divisão do valor pago na conta pelo número de kWh consumido e
6. tenha o valor médio do custo do kWh.
Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/ficha
TecnicaAula.html?aula=22395
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Atividade 2 . Comparando o Joule e o kWh
Distribua o texto "Consumo de energia elétrica", que pode ser obtido do site:
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/consumo.php
1. Peça aos alunos que formem grupos para estudarem o texto.
2. Cada grupo, após o estudo do texto, irá encontrar uma solução para as questões abaixo. Se
necessário, busque informações sobre potência
3.nos sites:
http://www.infopedia.pt/$quilowatt-hora
http://brasiliavirtual.info/tudo-sobre/quilowatt-hora/
4. Após elucidar as seguintes questões, cada grupo deverá apresentar suas soluções. Um dos alunos
deverá ser o mediador do debate.
5. Ao final, os grupos deverão chegar a uma resposta comum, que sintetize de forma clara a solução.
Questões:
1. Como determinar a energia gasta por um aparelho em unidades Joule, partindo de suas
especificações, como potência em watt e voltagem/
2. Em volts? Por quê?
3. Reveja o conceito de POTÊNCIA ELÉTRICA.
4.O que se deve fazer para determinar a energia em kWh?
5. Observe o exemplo do texto, qual das unidades, Joule ou kWh, usa um menor número de
algarismos?
6.Por que as concessionárias de energia usam o kWh?
Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/ficha
TecnicaAula.html?aula=22395
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Atividade 3. Como economizar energia elétrica
3.1. Exibição do filme
Exiba para os alunos a reportagem de TV , mostrando que os brasileiros poderiam economizar até
25% da energia gasta, tomando medidas simples. O filme exibido no telejornal pode ser acessado
pelo endereço: http://www.youtube.com/watch?v=mMvw7hJOpO4&feature=search
3.2. Debate sobre como evitar um apagão no futuro
Após a exibição do filme, crie um debate, em que um dos alunos seja o mediador, levantando as
possibilidades de se economizar energia.
Questione o que cada um tem feito para evitar o alto consumo.
Peça a cada grupo que apresente 5 medidas que a população pode tomar no seu dia a dia para
economizar energia elétrica.
Ao final desse debate, um relator escolhido pela turma irá transcrever as principais medidas
obtidas pelos grupos para economizar energia elétrica.
Como atividade final desta aula, pode ser construído um cartaz para ser afixado em local visível
na escola, de forma que essas medidas de economia sejam utilizadas por todos os alunos.
Dê um título chamativo para o cartaz estimulador.
Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/ficha
TecnicaAula.html?aula=22395
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
A eletricidade pode ser gerada a partir de algumas fontes primárias de
energia, entre elas podemos destacar:
GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
I. Energia Mecânica – Água
II. Energia Térmica – Sol
III. Energia Eólica – Vento
IV. Energia Nuclear – Átomo
V. Célula a Combústivel
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem:
(a)
Mkossick
/
GNU
Free
Documentation
License
(b)
Tennessee
Valley
Authority
/
Tennessee
Valley
Authority
I. MECÂNICA - HIDRELÉTRICA
Produção de energia aproveitando recursos naturais da queda d´água
propiciada pela geografia do relevo de determinadas regiões. Nesse
processo, está envolvida a Energia Mecânica, na sua forma Potencial,
Gravitacional e Cinética, sendo transformada em Energia Elétrica.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
II. ENERGIA SOLAR – CÉLULA FOTOVOLTAICA
O silício, principal semicondutor
utilizado nos painéis fotovoltaicos,
é o segundo elemento mais
encontrado na superfície terrestre.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Fernando Tomás from Zaragoza, Spain /
Creative Commons Attribution 2.0 Generic
A energia do sol é
convertida em
eletricidade DC pelos
painéis.
1 O inversor converte a
atual eletricidade DC em
AC para ser utilizada
normalmente em sua
casa.
2
A eletricidade AC que
não é utilizada é enviada
de volta para a rede
3
Imagem:
OLU
/
Creative
Commons
Attribution-
Share
Alike
2.0
Generic
III. ENERGIA EÓLICA – USINA EÓLICA
Captada por sistema de hélices, a energia eólica é transformada em
eletricidade nos aerogeradores.
Seu aproveitamento ocorre
através da conversão da energia
cinética de translação em
energia cinética de rotação, com
o emprego de turbinas eólicas
(aerogeradores) para a geração
de energia elétrica, ou através
de cataventos e moinhos para
trabalhos mecânicos, como
bombeamento de água.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Hans Hillewaert / Creative Commons
Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
IV. ENERGIA NUCLEAR
A utilização da energia nuclear vem crescendo a cada dia entre os países
desenvolvidos ou países centrais. É uma das alternativas menos poluentes,
permitindo a geração de uma grande quantidade de energia e instalações de usinas
perto dos centros comerciais, minimizando o custo de distribuição de energia.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
UTILIZAÇÃO DA ENERGIA NUCLEAR
reator nuclear
plutônio para
armas nucleares
isótopos
radioativos
trocador
de calor
vapor
gerador elétrico
turbina
energia elétrica
motor a turbina
propulsão naval
USINA TERMONUCLEAR
A Usina Nuclear é uma eficiente geradora de energia, através de processos de
transformação de alguns núcleos atômicos (urânio, tório e actínio). Como
resultado desses processos, tem-se uma grande quantidade de calor gerado,
que pode ser utilizado para ferver a água de uma caldeira, transformando-a em
vapor. O vapor movimenta uma turbina que, por sua vez, aciona um gerador
produzindo energia elétrica (eletricidade).
São conhecidas duas formas
de liberação de energia por
núcleos atômicos: fissão e
fusão. Hoje as usinas
termonucleares funcionam
gerando energia pelo
processo de fissão nuclear.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Gelpgim22 / GNU Free Documentation License
FISSÃO NUCLEAR
Fissão Nuclear - É a ação que provoca a divisão de um átomo para formar
dois outros átomos mais leves, liberando grande quantidade de energia e
um nêutron livre.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Stefan-Xp / GNU Free Documentation License
FUSÃO NUCLEAR
Fusão Nuclear - É a união de dois ou mais núcleos atômicos produzindo
um único núcleo maior, com liberação de grande quantidade de energia.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Panoptik / GNU Free Documentation License
COMO FUNCIONAM CÉLULAS A COMBUSTÍVEL
O mais importante numa célula a combustível é a
PEM (em inglês, Membrana para Troca de Prótons),
revestida em ambos os lados por platina que
funciona como catalisador. A membrana, que possui
alguns décimos de milímetro de espessura, é
protegida nos dois lados por eletrodos permeáveis
ao hidrogênio gasoso. Prótons (íons de hidrogênio)
são as únicas partículas que atravessam a
membrana que separa a reação entre os gases
hidrogênio e oxigênio. Os prótons são produzidos no
anodo, onde o hidrogênio é oxidado e os elétrons
liberados. Simultaneamente o oxigênio do ar sofre
redução no catodo. As partículas de oxigênio
juntam-se com os prótons para formar água. A
diferença de potencial (voltagem) gerada entre os
dois eletrodos é então aproveitada como energia
elétrica.
Fonte: http://bestcars.uol.com.br/artigos/celula-2.htm
V. CÉLULA A COMBUSTÍVEL
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem: Sunshineconnelly / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
O ano de 2012 promete ser voltado para a conscientização ambiental e
utilização de energia sustentável, pois a ONU – Organização das Nações
Unidas já estabeleceu que será o Ano Internacional da Energia Sustentável
para Todos.
Fonte: http://www.smartkids.com.br/especiais/energia-sustentavel.html
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Imagem:
Sunshineconnelly
/
Creative
Commons
Attribution
3.0
Unported
QUESTÕES
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
1. (UnB-DF) Considerada uma questão estratégica para as atividades econômicas de
qualquer país, a energia está sendo atualmente focalizada conjuntamente com o problema
dos respectivos impactos ambientais desde a fase de exploração até a de consumo. Com
referência às inter-relações existentes do aproveitamento dos recursos energéticos com a
questão ambiental, julgue os itens abaixo.
( ) O aumento da eficiência energética ajuda a evitar maiores danos ao ambiente e
mudanças climáticas globais.
( ) A maior parte da energia primária consumida no Brasil é proveniente de fontes
renováveis.
( ) Ao contrário do que ocorre com as fontes não renováveis, a energia, como o petróleo e
o carvão, inexistem problemas ambientais na obtenção e no uso do álcool carburante a
partir da cana-de-açúcar por tratar-se de biomassa, isto é, uma fonte renovável.
( ) O único resíduo proveniente da queima de combustíveis fósseis nocivos ao ambiente é
o dióxido de carbono.
Está CORRETO:
a) FFVV b) FVVF c) VFFV d) VVFF e) FVFV
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
V
V
F
F
2. (U. Católica-DF ) “Quando os estudiosos relacionam as causas promotoras do
crescimento econômico ou da recessão, três são as mais citadas: taxa de juros, taxa de
câmbio e déficit público. Nos últimos dias, a discussão ganhou um novo ingrediente:
energia.”
Julgue as afirmativas , relativas aos recursos energéticos, conforme (V) ou (F).
( ) Para contornar uma crise energética, deve-se desenvolver a capacidade geradora de
energia das fontes alternativas, no intuito de diversificar ao máximo as fontes de consumo
energético.
( ) A relação entre energia e crescimento econômico é direta, pois, se a geração de energia
não for suficiente, o país não pode crescer.
( ) Desde que o preço do petróleo começou a subir (crise de 1973), o mundo parece ter
atentado para o problema da extrema dependência em relação às escassas fontes de
energia de origem fóssil, que estão nas mãos de um número reduzido de controladores e
das quais não se sabe por quanto tempo serão suficientes para suprir as necessidades
globais.
( ) No Brasil, tanto a potência instalada quanto o consumo de energia elétrica são
importantes indicadores das desigualdades regionais do país.
( ) A importação do gás natural da Bolívia vem sendo incentivada pelo governo brasileiro,
pois a nossa energia provém, principalmente, das usinas termelétricas, fornecedoras de
mais de 90% de toda a energia que é consumida no país.
V
V
V
V
F
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
3. (Enem 2001) A distribuição média, por tipo de equipamento, do consumo
de energia elétrica nas residências, no Brasil, é apresentada no gráfico.
Como medida de economia, em uma residência com 4 moradores, o consumo
mensal médio de energia elétrica foi reduzido para 300kWh. Se essa
residência obedece à distribuição dada no gráfico, e se nela há um único
chuveiro de 5000W, pode-se concluir que o banho diário de cada morador
passou a ter uma duração média, em minutos, de:
a) 2,5. b) 5,0. c) 7,5. d) 10,0. e) 12,0.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Durante um mês, o chuveiro elétrico consome 25 % do consumo mensal
total, que é de 300 kWh. Assim:
E = 25 % ● 300 kWh = 75 kWh
Sendo P = 5 000 W = 5 kW a potência elétrica do chuveiro e Δt o
intervalo de tempo de utilização pelos quatro moradores, em um mês
temos:
E = P x Δt
75 = 5 ● Δt
Δt = 15 h
Em um dia, o tempo de utilização é de Δt = 15 /30 h = 0,5 h => Δt = 30 min.
Logo, o banho diário de cada morador tem duração de:
min
5
,
7
min
4
30


t
RESOLUÇÃO:
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
4. (Enem 2005) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa
considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que
apenas os aparelhos que constam da tabela abaixo fossem utilizados
diariamente da mesma forma.
Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 kWh é de R$ 0,40, o
consumo de energia elétrica mensal dessa casa é, de aproximadamente:
a) R$ 135. b) R$ 165. c) R$ 190.
d) R$ 210. e) R$ 230.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Aparelho Potência (KW)
Tempo de uso
diário (horas)
Ar Condicionado 1,2 8
Chuveiro Elétrico 4 1/3
Freezer 0,3 10
Geladeira 0,35 10
Lâmpadas 0,8 10
Ar condicionado E = 1,5 ● 8 = 12 kWh
Chuveiro elétrico E = 3,3 ● 1/3 = 1,1 kWh
Freezer E = 0,2 ● 10 = 2 kWh
Geladeira E = 0,35 ● 10 = 3,5 kWh
Lâmpadas E = 0,1 ● 6 = 0,6 kWh
E total= 19,5 ● 30 = 576 kWh
1 kWh = R$ 0,40
576 kWh = X
R$ 230,4
RESOLUÇÃO:
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
5. O Sol terá liberado, ao final de sua vida, 1044 joules de energia
em 10 bilhões de anos, correspondendo a uma conversão de
massa em energia, em um processo governado pela equação
E=mc2 (onde E é a energia, m é a massa e c2, a velocidade da
luz ao quadrado), deduzida pelo físico alemão Albert Einstein
(1879-1955), em sua teoria da relatividade, publicada em
1905" (Revista "Ciência Hoje" 27, número 160, pág. 36).
A massa perdida pelo Sol durante esses 10 bilhões de anos
será, aproximadamente, em quilogramas (use c = 3×108 m/s):
a) 1021 b) 1027 c) 1023 d) 1025 e) 1029
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
RESOLUÇÃO:
6. O funcionamento de uma usina nucleoelétrica típica baseia-se na liberação
de energia resultante da divisão do núcleo de urânio em núcleos de menor
massa, processo conhecido como fissão nuclear. Nesse processo, utiliza-se
uma mistura de diferentes átomos de urânio, de forma a proporcionar uma
concentração de apenas 4% de material físsil. Em bombas atômicas, são
utilizadas concentrações acima de 20% de urânio físsil, cuja obtenção é
trabalhosa, pois, na natureza, predomina o urânio não físsil. Em grande
parte do armamento nuclear hoje existente, utiliza-se então, como
alternativa, o plutônio, material físsil produzido por reações nucleares no
interior do reator das usinas nucleoelétricas. Considerando-se essas
informações, é correto afirmar que
a) a disponibilidade do urânio na natureza está ameaçada devido à sua
utilização em armas nucleares.
b) a proibição de se instalarem novas usinas nucleoelétricas não causará
impacto na oferta mundial de energia.
c) a existência de usinas nucleoelétricas possibilita que um de seus
subprodutos seja utilizado como material bélico.
d) a obtenção de grandes concentrações de urânio físsil é viabilizada em
usinas nucleoelétricas.
e) a baixa concentração de urânio físsil em usinas núcleoelétricas
impossibilita o desenvolvimento energético.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
7. Na avaliação da eficiência de usinas quanto à produção e aos impactos ambientais, utilizam-se
vários critérios, tais como: razão entre produção efetiva anual de energia elétrica e potência
instalada ou razão entre potência instalada e área inundada pelo reservatório. No quadro seguinte,
esses parâmetros são aplicados às duas maiores hidrelétricas do mundo: Itaipu, no Brasil, e Três
Gargantas, na China.
Com base nessas informações, avalie as afirmativas que se seguem.
I. A energia elétrica gerada anualmente e a capacidade nominal máxima de geração da hidrelétrica
de Itaipu são maiores que as da hidrelétrica de Três Gargantas.
II. Itaipu é mais eficiente que Três Gargantas no uso da potência instalada na produção de energia
elétrica.
III. A razão entre potência instalada e área inundada
pelo reservatório é mais favorável na hidrelétrica Três Gargantas do que em Itaipu.
É correto apenas o que se afirma em:
a) I b) II c) III d) I e III e) II e III
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
parâmetros Itaipu Três Gargantas
potência instalada 12.600MW 18.200 MW
produção efetiva
de energia elétrica
93 bilhões de
kWh/ano
84 bilhões de
kWh/ano
área inundada pelo
reservatório
1.400 km²
1.000 km²
8. (Enem 2000) A energia térmica liberada em processos de fissão nuclear pode ser utilizada na
geração de vapor para produzir energia mecânica que, por sua vez, será convertida em energia
elétrica. Abaixo está representado um esquema básico de uma usina de energia nuclear.
http://professor.bio.br/fisica/imagens/questoes/8829.jpg
A partir do esquema são feitas as seguintes afirmações:
I. A energia liberada na reação é usada para ferver a água que, como vapor a alta pressão, aciona a
turbina.
II. A turbina, que adquire uma energia cinética de rotação, é acoplada mecanicamente ao gerador
para produção de energia elétrica.
III. A água depois de passar pela turbina é pré-aquecida no condensador e bombeada de volta ao
reator.
Dentre as afirmações acima, somente está(ão) correta(s):
a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
9. (Enem 2002) Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de
energia elétrica em uma residência, destacamos as seguintes:
• Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas.
• Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição "inverno" ou "quente".
• Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma
só vez.
• Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente.
• Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados às suas
finalidades.
A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de
economizar energia através da tentativa de, no dia a dia, reduzir:
a) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos.
b) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos.
c) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica.
d) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica.
e) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
10. (Enem 2001) A padronização insuficiente e a ausência de controle na
fabricação de refrigeradores podem também resultar em perdas
significativas de energia através das paredes da geladeira. Essas perdas, em
função da espessura das paredes, para geladeiras em condições de uso
típicas, são apresentadas na tabela.
Considerando uma família típica, com consumo médio mensal de 200kWh, a
perda térmica pelas paredes de uma geladeira com 4 cm de espessura,
relativamente a outra de 10 cm, corresponde a uma porcentagem do
consumo total de eletricidade da ordem de:
a) 30%. b) 20%. c) 10%. d) 5%. e) 1%.
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Espessura das paredes (cm) Perda térmica mensal (kWh)
2 65
4 35
6 25
10 15
Geladeira de espessura 10 cm
100% - 200 kWh
X1 - 15 kWh
X1 = 7,5 %
Geladeira de espessura 4 cm
100% - 200 kWh
X2 - 35 kWh
X2 = 17,5 %
X = x2 – x1 = 10 %
RESOLUÇÃO:
FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio
Conservação da Energia
Tabela de Imagens
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3 Ascánder / NASA / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_Sun_
with_Prominence.jpg
21/08/2012
4 Giligone / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Compact_
Fluorescent-bw.jpg
21/08/2012
5 NASA/ESA, The Hubble Key Project Team and
The High-Z Supernova Search Team /
Creative Commons Attribution 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SN1994D.j
pg
21/08/2012
6 Tosaka / Creative Commons - Atribuição 3.0
Não Adaptada
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Diesel_Engine
_(4_cycle_running).gif
21/08/2012
9 SEE-PE Acervo SEE-PE 25/08/2012
12 PlainEarth / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Gusher_Okem
ah_OK_1922.jpg
22/08/2012
13 Chixoy /GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surtidor_d
e_biodiesel.JPG
22/08/2012
14 Paulo Camelo / GNU Free Documentation
License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alfandega-
noite-2.jpg
22/08/2012
Tabela de Imagens
n° do
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Acesso
15 Bouchecl / GNU Free Documentation
License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Compteur
_HQ.JPG
21/08/2012
16 KoS / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Compteur_ele
ctrique.jpg
21/08/2012
21.a Mkossick / GNU Free Documentation
License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PA_I_II_III.j
pg
22/08/2012
21.b Tennessee Valley Authority / Tennessee
Valley Authority
http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Hydroelec
tric_dam_portuguese.PNG
22/08/2012
22.a OLU / Creative Commons Attribution-Share
Alike 2.0 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ancient_a
nd_modern_in_Llanwrin_-_geograph.org.uk_-
_240623.jpg
24/10/2012
22.b Fernando Tomás from Zaragoza, Spain /
Creative Commons Attribution 2.0 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_Pane
ls.jpg
22/08/2012
23 Hans Hillewaert / Creative Commons
Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Windmills
_D1-D4_(Thornton_Bank).jpg
21/08/2012
25 Gelpgim22 / GNU Free Documentation
License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Esquema_
de_un_reactor_nuclear_-_Tecn%C3%B3polis.JPG
22/08/2012
26 Stefan-Xp / GNU Free Documentation
License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kernspaltu
ng.png
22/08/2012
Tabela de Imagens
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Acesso
27 Panoptik / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:D-
T_fusion.svg
22/08/2012
28 Érick Luiz Wutke Ribeiro / GNU Free
Documentation License
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Fuel_cell_PT.sv
g
22/08/2012
29 Sunshineconnelly / Creative Commons
Attribution 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_sustai
nable_business3.jpg
22/08/2012

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  • 1. CONSERVAÇÃO DA ENERGIA FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia .
  • 2. Imagem: Ascánder / NASA / Domínio Público. A energia está envolvida em todas as ações que ocorrem no Universo. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 3. ENERGIA Energia - são processos que surgem de várias formas na natureza. Esses processos estão em sucessivas transformações, uma forma de energia convertendo-se em outra. Podemos simplificar o conceito de energia como a capacidade que um corpo tem de realizar trabalho. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Giligone / GNU Free Documentation License.
  • 4. Sempre que ocorre uma transferência de energia, a quantidade de energia total do Universo não se altera: é a mesma antes e depois da transferência. I. A energia não pode ser criada ou destruída; pode apenas ser transferida ou transformada de um objeto para outro (Joule). PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: NASA/ESA, The Hubble Key Project Team and The High-Z Supernova Search Team / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
  • 5. PRINCÍPIO DA CONSEVAÇÃODE ENERGIA II. Na maioria das transformações, parte da energia se converte em calor, que, ao se dissipar caoticamente pela vizinhança torna-se, cada vez, menos disponível para a realização de trabalho. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Tosaka / Creative Commons - Atribuição 3.0 Não Adaptada. Combustível/ ar misturado Saída da Exaustão Ignição
  • 6. UNIDADE DE ENERGIA EQUIVALÊNCIAS Joule (J) unidade de energia do Sistema Internacional (SI) British Thermal Unit 1 Btu 1.053 J 252 cal Caloria 1 cal 4,18 J Caloria Alimentar 1 caloria alimentar 4.180 J 1000 cal = 1 kcal Kilowatthora 1 kWh 3,6 MJ 860 kcal Eletrovolts 1 eV 1,6 x 10-19 J UNIDADE MEDIDA DE ENERGIA Imagem: Petrus Chaves FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 7. ENERGIA MECÂNICA A energia mecânica total de um sistema é uma grandeza que se conserva sempre que, sobre o sistema, não atuar forças dissipativas, isto é, forças capazes de converter energia mecânica em calor ou qualquer outra forma de energia. São exemplos de forças dissipativas: o atrito, a resistência do ar, a viscosidade. EM = EC + EP + EPel Energia Mecânica (EM) - É a soma das Energias Cinética (EC) com a Energia Potencial Gravitacional(Ep) e/ou a Energia Potencial Elástica (Epel). FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 8. II. Energia Potencial Gravitacional – Está associada a altura (posição que o corpo ocupa em relação, geralmente, à superfície da terra). ENERGIA MECÂNICA EP = mgh III. Energia Potencial Elástica – Está associada à deformação de um corpo. I. Energia Cinética – Está associada ao movimento dos corpos. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: SEE-PE Corrida O atleta acelera pela pista levando a vara para o alto Impulsão A velocidade diminui ao baixar a vara para fincá-la na caixa de apoio. 1 2 Voo O impulso para a frente e a flexibilidade da vara lançam o atleta para cima. 3 Queda Superando o sarrafo, o atleta estica as pernas, gira o corpo, e amortece a queda. 4 Sarrafo Se cai, o salto não é válido Queda EC = mv² 2 EPel = kx² 2
  • 9. GERAÇÃO DE ENERGIA  o consumo de energia no mundo cresceu de maneira significativa com avanço tecnológico e novos hábitos de vida;  a intensa atividade industrial e o grande número de veículos automotivos são os principais responsáveis pela emissão de efluentes particulados na atmosfera, destacando-se os compostos de chumbo, monóxido de carbono entre outros;  toda geração de energia, seja a partir de fontes não renováveis ou renováveis, causa impactos ambientais com maior ou menor intensidade;  diante dessa realidade, a sociedade contemporânea está entre o dilema geração de energia X consumo;  a questão energética de um país está intrinsecamente ligada às políticas socioeconômicas e ambientais empreendidas pela gestão pública. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 10. GERAÇÃO DE ENERGIA O domínio dos meios de produção de energia tornou-se indispensável para o crescimento econômico. Qual será o melhor caminho para solucionar a questão energética? FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Petróleo Gás Natural Carvão Biomassa Eólica Hídrica Ondas Solar Geotérmica Refinaria Central Térmica Calor Eletricidade Gasolina / Gasóleo Residencial Indústria Transportes Serviços Fonte: http://www.janeladosaber.com/dia_energia/index.htm
  • 11. Fontes não Renováveis - São aquelas que se esgotam com o uso. Foram necessários milhões de anos para a sua formação, sob condições específicas da História geológica da Terra que dificilmente voltarão a se repetir. Portanto, apresentam suprimento limitado. FONTES PRIMÁRIAS DE ENERGIA Exemplo: Combustíveis Fósseis (petróleo, carvão mineral e xisto), Minerais Energéticos e Radioativos (urânio, plutônio e tório). FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: PlainEarth / Domínio Público
  • 12. Fontes Renováveis - São aquelas que têm a possibilidade de se renovar. Recompostas em curto espaço de tempo. FONTES PRIMÁRIAS DE ENERGIA Exemplo: Biomassa (resultante de material orgânico em compostagem, que, ao entrar em decomposição, libera gases combustíveis), solar, eólica, marés e hidráulica. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Chixoy /GNU Free Documentation License
  • 13. Energia Elétrica ou Eletricidade - é a propriedade de um sistema elétrico que permite a realização de trabalho através das cargas elétricas em movimento (corrente elétrica). ENERGIA ELÉTRICA FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Paulo Camelo / GNU Free Documentation License
  • 14. Δt P E   CONSUMO DE ENERGIA P = Potência elétrica do aparelho. Δt = Intervalo de tempo de funcionamento do aparelho. E = Energia elétrica consumida pelo aparelho. O kWh é a energia elétrica consumida durante uma hora de funcionamento por um aparelho cuja potência média é 1 kW. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Bouchecl / GNU Free Documentation License Medidor de Energia
  • 15. Dados da Aula O que o aluno poderá aprender com esta aula 1.Qual a relação entre energia expressa em joule e energia expressa em kWh. 2.Como é registrado o consumo de uma residência, através de uma conta de energia. 3.Como identificar os aparelhos que são vilões no consumo de uma residência. Duração das atividades 50 min Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno 1. Circuito simples 2. Potência elétrica 3. Efeito Joule Estratégias e recursos da aula O quilowatt-hora (kWh), o que significa exatamente um quilowatt-hora? Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/ficha TecnicaAula.html?aula=22395 ATIVIDADES FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: KoS / Domínio Público
  • 16. Atividade 1. Os medidores de Energia Use o laboratório de informática para acessar o site abaixo, que traz um infográfico com diversos eletrodomésticos e sua respectiva potência. "O que significa o quilowatt-hora" pode ser acessado em: http://www.gizmodo.com.br/conteudo/o-que-significa-exatamente-um-quilowatt-hora Logo após a leitura, leve os alunos até o medidor de energia da escola, ou outro mais próximo e peça-lhes para observarem-no. Leve junto uma conta de energia e uma calculadora. Questões a serem discutidas em frente ao medidor: 1. O que ele registra? 2. Qual a unidade usada para medir o consumo de energia elétrica? 3. Olhe a conta de energia e observe quantos kWh foram gastos no últimos mês. 4. Compare com o consumo de energia de outros meses, que vêm descritos nessa mesma conta. 5. Faça a divisão do valor pago na conta pelo número de kWh consumido e 6. tenha o valor médio do custo do kWh. Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/ficha TecnicaAula.html?aula=22395 FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 17. Atividade 2 . Comparando o Joule e o kWh Distribua o texto "Consumo de energia elétrica", que pode ser obtido do site: http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/consumo.php 1. Peça aos alunos que formem grupos para estudarem o texto. 2. Cada grupo, após o estudo do texto, irá encontrar uma solução para as questões abaixo. Se necessário, busque informações sobre potência 3.nos sites: http://www.infopedia.pt/$quilowatt-hora http://brasiliavirtual.info/tudo-sobre/quilowatt-hora/ 4. Após elucidar as seguintes questões, cada grupo deverá apresentar suas soluções. Um dos alunos deverá ser o mediador do debate. 5. Ao final, os grupos deverão chegar a uma resposta comum, que sintetize de forma clara a solução. Questões: 1. Como determinar a energia gasta por um aparelho em unidades Joule, partindo de suas especificações, como potência em watt e voltagem/ 2. Em volts? Por quê? 3. Reveja o conceito de POTÊNCIA ELÉTRICA. 4.O que se deve fazer para determinar a energia em kWh? 5. Observe o exemplo do texto, qual das unidades, Joule ou kWh, usa um menor número de algarismos? 6.Por que as concessionárias de energia usam o kWh? Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/ficha TecnicaAula.html?aula=22395 FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 18. Atividade 3. Como economizar energia elétrica 3.1. Exibição do filme Exiba para os alunos a reportagem de TV , mostrando que os brasileiros poderiam economizar até 25% da energia gasta, tomando medidas simples. O filme exibido no telejornal pode ser acessado pelo endereço: http://www.youtube.com/watch?v=mMvw7hJOpO4&feature=search 3.2. Debate sobre como evitar um apagão no futuro Após a exibição do filme, crie um debate, em que um dos alunos seja o mediador, levantando as possibilidades de se economizar energia. Questione o que cada um tem feito para evitar o alto consumo. Peça a cada grupo que apresente 5 medidas que a população pode tomar no seu dia a dia para economizar energia elétrica. Ao final desse debate, um relator escolhido pela turma irá transcrever as principais medidas obtidas pelos grupos para economizar energia elétrica. Como atividade final desta aula, pode ser construído um cartaz para ser afixado em local visível na escola, de forma que essas medidas de economia sejam utilizadas por todos os alunos. Dê um título chamativo para o cartaz estimulador. Fonte: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/ficha TecnicaAula.html?aula=22395 FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 19. A eletricidade pode ser gerada a partir de algumas fontes primárias de energia, entre elas podemos destacar: GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA I. Energia Mecânica – Água II. Energia Térmica – Sol III. Energia Eólica – Vento IV. Energia Nuclear – Átomo V. Célula a Combústivel FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 20. Imagem: (a) Mkossick / GNU Free Documentation License (b) Tennessee Valley Authority / Tennessee Valley Authority I. MECÂNICA - HIDRELÉTRICA Produção de energia aproveitando recursos naturais da queda d´água propiciada pela geografia do relevo de determinadas regiões. Nesse processo, está envolvida a Energia Mecânica, na sua forma Potencial, Gravitacional e Cinética, sendo transformada em Energia Elétrica. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 21. II. ENERGIA SOLAR – CÉLULA FOTOVOLTAICA O silício, principal semicondutor utilizado nos painéis fotovoltaicos, é o segundo elemento mais encontrado na superfície terrestre. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Fernando Tomás from Zaragoza, Spain / Creative Commons Attribution 2.0 Generic A energia do sol é convertida em eletricidade DC pelos painéis. 1 O inversor converte a atual eletricidade DC em AC para ser utilizada normalmente em sua casa. 2 A eletricidade AC que não é utilizada é enviada de volta para a rede 3 Imagem: OLU / Creative Commons Attribution- Share Alike 2.0 Generic
  • 22. III. ENERGIA EÓLICA – USINA EÓLICA Captada por sistema de hélices, a energia eólica é transformada em eletricidade nos aerogeradores. Seu aproveitamento ocorre através da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas (aerogeradores) para a geração de energia elétrica, ou através de cataventos e moinhos para trabalhos mecânicos, como bombeamento de água. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Hans Hillewaert / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
  • 23. IV. ENERGIA NUCLEAR A utilização da energia nuclear vem crescendo a cada dia entre os países desenvolvidos ou países centrais. É uma das alternativas menos poluentes, permitindo a geração de uma grande quantidade de energia e instalações de usinas perto dos centros comerciais, minimizando o custo de distribuição de energia. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia UTILIZAÇÃO DA ENERGIA NUCLEAR reator nuclear plutônio para armas nucleares isótopos radioativos trocador de calor vapor gerador elétrico turbina energia elétrica motor a turbina propulsão naval
  • 24. USINA TERMONUCLEAR A Usina Nuclear é uma eficiente geradora de energia, através de processos de transformação de alguns núcleos atômicos (urânio, tório e actínio). Como resultado desses processos, tem-se uma grande quantidade de calor gerado, que pode ser utilizado para ferver a água de uma caldeira, transformando-a em vapor. O vapor movimenta uma turbina que, por sua vez, aciona um gerador produzindo energia elétrica (eletricidade). São conhecidas duas formas de liberação de energia por núcleos atômicos: fissão e fusão. Hoje as usinas termonucleares funcionam gerando energia pelo processo de fissão nuclear. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Gelpgim22 / GNU Free Documentation License
  • 25. FISSÃO NUCLEAR Fissão Nuclear - É a ação que provoca a divisão de um átomo para formar dois outros átomos mais leves, liberando grande quantidade de energia e um nêutron livre. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Stefan-Xp / GNU Free Documentation License
  • 26. FUSÃO NUCLEAR Fusão Nuclear - É a união de dois ou mais núcleos atômicos produzindo um único núcleo maior, com liberação de grande quantidade de energia. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Panoptik / GNU Free Documentation License
  • 27. COMO FUNCIONAM CÉLULAS A COMBUSTÍVEL O mais importante numa célula a combustível é a PEM (em inglês, Membrana para Troca de Prótons), revestida em ambos os lados por platina que funciona como catalisador. A membrana, que possui alguns décimos de milímetro de espessura, é protegida nos dois lados por eletrodos permeáveis ao hidrogênio gasoso. Prótons (íons de hidrogênio) são as únicas partículas que atravessam a membrana que separa a reação entre os gases hidrogênio e oxigênio. Os prótons são produzidos no anodo, onde o hidrogênio é oxidado e os elétrons liberados. Simultaneamente o oxigênio do ar sofre redução no catodo. As partículas de oxigênio juntam-se com os prótons para formar água. A diferença de potencial (voltagem) gerada entre os dois eletrodos é então aproveitada como energia elétrica. Fonte: http://bestcars.uol.com.br/artigos/celula-2.htm V. CÉLULA A COMBUSTÍVEL FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Sunshineconnelly / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
  • 28. O ano de 2012 promete ser voltado para a conscientização ambiental e utilização de energia sustentável, pois a ONU – Organização das Nações Unidas já estabeleceu que será o Ano Internacional da Energia Sustentável para Todos. Fonte: http://www.smartkids.com.br/especiais/energia-sustentavel.html FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Imagem: Sunshineconnelly / Creative Commons Attribution 3.0 Unported
  • 29. QUESTÕES FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 30. 1. (UnB-DF) Considerada uma questão estratégica para as atividades econômicas de qualquer país, a energia está sendo atualmente focalizada conjuntamente com o problema dos respectivos impactos ambientais desde a fase de exploração até a de consumo. Com referência às inter-relações existentes do aproveitamento dos recursos energéticos com a questão ambiental, julgue os itens abaixo. ( ) O aumento da eficiência energética ajuda a evitar maiores danos ao ambiente e mudanças climáticas globais. ( ) A maior parte da energia primária consumida no Brasil é proveniente de fontes renováveis. ( ) Ao contrário do que ocorre com as fontes não renováveis, a energia, como o petróleo e o carvão, inexistem problemas ambientais na obtenção e no uso do álcool carburante a partir da cana-de-açúcar por tratar-se de biomassa, isto é, uma fonte renovável. ( ) O único resíduo proveniente da queima de combustíveis fósseis nocivos ao ambiente é o dióxido de carbono. Está CORRETO: a) FFVV b) FVVF c) VFFV d) VVFF e) FVFV FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia V V F F
  • 31. 2. (U. Católica-DF ) “Quando os estudiosos relacionam as causas promotoras do crescimento econômico ou da recessão, três são as mais citadas: taxa de juros, taxa de câmbio e déficit público. Nos últimos dias, a discussão ganhou um novo ingrediente: energia.” Julgue as afirmativas , relativas aos recursos energéticos, conforme (V) ou (F). ( ) Para contornar uma crise energética, deve-se desenvolver a capacidade geradora de energia das fontes alternativas, no intuito de diversificar ao máximo as fontes de consumo energético. ( ) A relação entre energia e crescimento econômico é direta, pois, se a geração de energia não for suficiente, o país não pode crescer. ( ) Desde que o preço do petróleo começou a subir (crise de 1973), o mundo parece ter atentado para o problema da extrema dependência em relação às escassas fontes de energia de origem fóssil, que estão nas mãos de um número reduzido de controladores e das quais não se sabe por quanto tempo serão suficientes para suprir as necessidades globais. ( ) No Brasil, tanto a potência instalada quanto o consumo de energia elétrica são importantes indicadores das desigualdades regionais do país. ( ) A importação do gás natural da Bolívia vem sendo incentivada pelo governo brasileiro, pois a nossa energia provém, principalmente, das usinas termelétricas, fornecedoras de mais de 90% de toda a energia que é consumida no país. V V V V F FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 32. 3. (Enem 2001) A distribuição média, por tipo de equipamento, do consumo de energia elétrica nas residências, no Brasil, é apresentada no gráfico. Como medida de economia, em uma residência com 4 moradores, o consumo mensal médio de energia elétrica foi reduzido para 300kWh. Se essa residência obedece à distribuição dada no gráfico, e se nela há um único chuveiro de 5000W, pode-se concluir que o banho diário de cada morador passou a ter uma duração média, em minutos, de: a) 2,5. b) 5,0. c) 7,5. d) 10,0. e) 12,0. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 33. Durante um mês, o chuveiro elétrico consome 25 % do consumo mensal total, que é de 300 kWh. Assim: E = 25 % ● 300 kWh = 75 kWh Sendo P = 5 000 W = 5 kW a potência elétrica do chuveiro e Δt o intervalo de tempo de utilização pelos quatro moradores, em um mês temos: E = P x Δt 75 = 5 ● Δt Δt = 15 h Em um dia, o tempo de utilização é de Δt = 15 /30 h = 0,5 h => Δt = 30 min. Logo, o banho diário de cada morador tem duração de: min 5 , 7 min 4 30   t RESOLUÇÃO: FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 34. 4. (Enem 2005) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela abaixo fossem utilizados diariamente da mesma forma. Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 kWh é de R$ 0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa é, de aproximadamente: a) R$ 135. b) R$ 165. c) R$ 190. d) R$ 210. e) R$ 230. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Aparelho Potência (KW) Tempo de uso diário (horas) Ar Condicionado 1,2 8 Chuveiro Elétrico 4 1/3 Freezer 0,3 10 Geladeira 0,35 10 Lâmpadas 0,8 10
  • 35. Ar condicionado E = 1,5 ● 8 = 12 kWh Chuveiro elétrico E = 3,3 ● 1/3 = 1,1 kWh Freezer E = 0,2 ● 10 = 2 kWh Geladeira E = 0,35 ● 10 = 3,5 kWh Lâmpadas E = 0,1 ● 6 = 0,6 kWh E total= 19,5 ● 30 = 576 kWh 1 kWh = R$ 0,40 576 kWh = X R$ 230,4 RESOLUÇÃO: FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 36. 5. O Sol terá liberado, ao final de sua vida, 1044 joules de energia em 10 bilhões de anos, correspondendo a uma conversão de massa em energia, em um processo governado pela equação E=mc2 (onde E é a energia, m é a massa e c2, a velocidade da luz ao quadrado), deduzida pelo físico alemão Albert Einstein (1879-1955), em sua teoria da relatividade, publicada em 1905" (Revista "Ciência Hoje" 27, número 160, pág. 36). A massa perdida pelo Sol durante esses 10 bilhões de anos será, aproximadamente, em quilogramas (use c = 3×108 m/s): a) 1021 b) 1027 c) 1023 d) 1025 e) 1029 FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 37. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia RESOLUÇÃO:
  • 38. 6. O funcionamento de uma usina nucleoelétrica típica baseia-se na liberação de energia resultante da divisão do núcleo de urânio em núcleos de menor massa, processo conhecido como fissão nuclear. Nesse processo, utiliza-se uma mistura de diferentes átomos de urânio, de forma a proporcionar uma concentração de apenas 4% de material físsil. Em bombas atômicas, são utilizadas concentrações acima de 20% de urânio físsil, cuja obtenção é trabalhosa, pois, na natureza, predomina o urânio não físsil. Em grande parte do armamento nuclear hoje existente, utiliza-se então, como alternativa, o plutônio, material físsil produzido por reações nucleares no interior do reator das usinas nucleoelétricas. Considerando-se essas informações, é correto afirmar que a) a disponibilidade do urânio na natureza está ameaçada devido à sua utilização em armas nucleares. b) a proibição de se instalarem novas usinas nucleoelétricas não causará impacto na oferta mundial de energia. c) a existência de usinas nucleoelétricas possibilita que um de seus subprodutos seja utilizado como material bélico. d) a obtenção de grandes concentrações de urânio físsil é viabilizada em usinas nucleoelétricas. e) a baixa concentração de urânio físsil em usinas núcleoelétricas impossibilita o desenvolvimento energético. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 39. 7. Na avaliação da eficiência de usinas quanto à produção e aos impactos ambientais, utilizam-se vários critérios, tais como: razão entre produção efetiva anual de energia elétrica e potência instalada ou razão entre potência instalada e área inundada pelo reservatório. No quadro seguinte, esses parâmetros são aplicados às duas maiores hidrelétricas do mundo: Itaipu, no Brasil, e Três Gargantas, na China. Com base nessas informações, avalie as afirmativas que se seguem. I. A energia elétrica gerada anualmente e a capacidade nominal máxima de geração da hidrelétrica de Itaipu são maiores que as da hidrelétrica de Três Gargantas. II. Itaipu é mais eficiente que Três Gargantas no uso da potência instalada na produção de energia elétrica. III. A razão entre potência instalada e área inundada pelo reservatório é mais favorável na hidrelétrica Três Gargantas do que em Itaipu. É correto apenas o que se afirma em: a) I b) II c) III d) I e III e) II e III FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia parâmetros Itaipu Três Gargantas potência instalada 12.600MW 18.200 MW produção efetiva de energia elétrica 93 bilhões de kWh/ano 84 bilhões de kWh/ano área inundada pelo reservatório 1.400 km² 1.000 km²
  • 40. 8. (Enem 2000) A energia térmica liberada em processos de fissão nuclear pode ser utilizada na geração de vapor para produzir energia mecânica que, por sua vez, será convertida em energia elétrica. Abaixo está representado um esquema básico de uma usina de energia nuclear. http://professor.bio.br/fisica/imagens/questoes/8829.jpg A partir do esquema são feitas as seguintes afirmações: I. A energia liberada na reação é usada para ferver a água que, como vapor a alta pressão, aciona a turbina. II. A turbina, que adquire uma energia cinética de rotação, é acoplada mecanicamente ao gerador para produção de energia elétrica. III. A água depois de passar pela turbina é pré-aquecida no condensador e bombeada de volta ao reator. Dentre as afirmações acima, somente está(ão) correta(s): a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 41. 9. (Enem 2002) Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma residência, destacamos as seguintes: • Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas. • Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição "inverno" ou "quente". • Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez. • Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente. • Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados às suas finalidades. A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através da tentativa de, no dia a dia, reduzir: a) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos. b) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos. c) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica. d) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica. e) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 42. 10. (Enem 2001) A padronização insuficiente e a ausência de controle na fabricação de refrigeradores podem também resultar em perdas significativas de energia através das paredes da geladeira. Essas perdas, em função da espessura das paredes, para geladeiras em condições de uso típicas, são apresentadas na tabela. Considerando uma família típica, com consumo médio mensal de 200kWh, a perda térmica pelas paredes de uma geladeira com 4 cm de espessura, relativamente a outra de 10 cm, corresponde a uma porcentagem do consumo total de eletricidade da ordem de: a) 30%. b) 20%. c) 10%. d) 5%. e) 1%. FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia Espessura das paredes (cm) Perda térmica mensal (kWh) 2 65 4 35 6 25 10 15
  • 43. Geladeira de espessura 10 cm 100% - 200 kWh X1 - 15 kWh X1 = 7,5 % Geladeira de espessura 4 cm 100% - 200 kWh X2 - 35 kWh X2 = 17,5 % X = x2 – x1 = 10 % RESOLUÇÃO: FÍSICA, 1º Ano do Ensino Médio Conservação da Energia
  • 44. Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso 3 Ascánder / NASA / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_Sun_ with_Prominence.jpg 21/08/2012 4 Giligone / GNU Free Documentation License. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Compact_ Fluorescent-bw.jpg 21/08/2012 5 NASA/ESA, The Hubble Key Project Team and The High-Z Supernova Search Team / Creative Commons Attribution 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SN1994D.j pg 21/08/2012 6 Tosaka / Creative Commons - Atribuição 3.0 Não Adaptada http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Diesel_Engine _(4_cycle_running).gif 21/08/2012 9 SEE-PE Acervo SEE-PE 25/08/2012 12 PlainEarth / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Gusher_Okem ah_OK_1922.jpg 22/08/2012 13 Chixoy /GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Surtidor_d e_biodiesel.JPG 22/08/2012 14 Paulo Camelo / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alfandega- noite-2.jpg 22/08/2012
  • 45. Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso 15 Bouchecl / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Compteur _HQ.JPG 21/08/2012 16 KoS / Domínio Público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Compteur_ele ctrique.jpg 21/08/2012 21.a Mkossick / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PA_I_II_III.j pg 22/08/2012 21.b Tennessee Valley Authority / Tennessee Valley Authority http://wikimediafoundation.org/wiki/File:Hydroelec tric_dam_portuguese.PNG 22/08/2012 22.a OLU / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ancient_a nd_modern_in_Llanwrin_-_geograph.org.uk_- _240623.jpg 24/10/2012 22.b Fernando Tomás from Zaragoza, Spain / Creative Commons Attribution 2.0 Generic http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_Pane ls.jpg 22/08/2012 23 Hans Hillewaert / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Windmills _D1-D4_(Thornton_Bank).jpg 21/08/2012 25 Gelpgim22 / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Esquema_ de_un_reactor_nuclear_-_Tecn%C3%B3polis.JPG 22/08/2012 26 Stefan-Xp / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kernspaltu ng.png 22/08/2012
  • 46. Tabela de Imagens n° do slide direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se conseguiu a informação Data do Acesso 27 Panoptik / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:D- T_fusion.svg 22/08/2012 28 Érick Luiz Wutke Ribeiro / GNU Free Documentation License http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Fuel_cell_PT.sv g 22/08/2012 29 Sunshineconnelly / Creative Commons Attribution 3.0 Unported http://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_sustai nable_business3.jpg 22/08/2012