O documento discute os conceitos fundamentais de energia, suas fontes e transformações. Aborda as leis da termodinâmica, formas de transferência de energia e o papel do Sol como principal fonte de energia na Terra, mantendo um equilíbrio térmico.

1. Das Fontes de Energia ao Utilizador
O que é a energia?
É de difícil definição. Não tem massa ou caracteres, só podendo ser medida quando se
transforma ou ao ser libertada ou absorvida. Pode ser definida como a capacidade de realizar
trabalho. A principal fonte de energia é o Sol.
Fontes de energia primárias:
1.Renováveis – Os recursos que constituem estas fontes de energia não se esgotarão, pelo
menos num longo prazo (energia eólica, geotérmica, solar, ondas, marés, biomassa).
2.Não renováveis – Os recursos que proporcionam estas fontes energéticas são passíveis de
esgotamento no curto/médio prazo (carvão, petróleo, combustíveis nucleares(urânio e
plutónio), gás natural).
As energias não renováveis têm ainda como aspecto negativo, a produção de resíduos poluentes
que contribui, entre outros, para o aumento do efeito de estufa e para a prevalência na
atmosfera de substâncias nocivas.
Degradação de energia e rendimento:
Em processos de transferência de energia nem toda a energia disponível à partida é aproveitada
no processo. À razão entre a energia aproveitada efectivamente e a que é fornecida à partida
chama-se rendimento (Fig. 1). O rendimento será sempre inferior a 100%.
Unidade S.I. Energia -> Joule-J
Unidade S.I. Rendimento-> Percentagem-%

2. Primeira Lei da Termodinâmica ou Lei da Conservação da Energia:
Num sistema isolado a energia total mantém-se constante.
Esta lei da termodinâmica está relacionada com as transferências de energia e com os balanços
energéticos associados (saídas de energia de um sistema = energia fornecida a outro sistema).
Energia Cinética (Ec) - associada ao movimento dos corpos - qualquer corpo com velocidade
diferente de 0 tem energia cinética. É igual à metade do produto da massa do corpo(m) pelo
quadrado da sua velocidade(v)
Energia Potencial (Ep)- associada à posição e à potencialidade de um corpo para mudar o seu
estado de repouso. É sempre consequência de interacções entre sistemas ou corpos de um
mesmo sistema. Pode ser de vários tipos:
-gravítica, deve-se à interação gravítica entre dois corpos(ex. nós e a Terra), Epg = m.g.h;
-elástica, deve-se à interação elástica entre dois corpos(ex. fisga e pedra).
Energia mecânica é igual à soma da energia cinética com a energia de potencial, Em = Ec + Ep.
Diferença entre transferência de energia e transformação de energia:
• Transferência de energia ocorre entre dois sistemas;
• Transformação de energia ocorre dentro de um mesmo sistema.
A termodinâmica trata um sistema de partículas como se de apenas uma partícula se tratasse.
A energia interna (Eint) de um sistema está associada a:
a)Energia cinética de todas as partículas que constituem o sistema;
b)Energia potencial da partículas associada às interações entre as partículas.
A energia interna depende de diversos fatores (nº de partículas, agitação das partículas).
A temperatura de um sistema relaciona-se com a sua energia interna, ET = Eint + Emec ou ET = Eint
+ Ep + Ec

3. As transferências de energia podem ocorrer sob a forma de calor, trabalho ou radiação.
Transferência como:
a)Calor (Q): Ocorre quando dois sistemas a diferentes temperaturas são colocados em contacto.
Termina quando ambos os sistemas estão à mesma temperatura. Ocorre do sistema com maior
temperatura para o com menor. A quantidade de energia trasferida pode ser quantificada pela
massa do sistema (m) que cede ou recebe energia, a sua capacidade térmica mássica (c) e a
variação de temperatura que ocorreu (∆t):
Q=mc∆t Unidade S.I.-J
b)Trabalho (W): A energia é transferida por meio de forças exercidas pela vizinhança sobre o
sistema. No caso da força (F) ter a mesma linha de ação do deslocamento (d) o corpo, o trabalho
pode-se calcular:
W=F.d Unidade S.I.-J
c)Radiação (R): É energia é transmitida sob a forma de luz; esta não necessita de um meio
material para se propagar.
Ondas magnéticas são caracterizadas por uma frequência (f), que não varia de meio para meio,
viajando a radiação a uma certa velocidade, determinada por:
c= velocidade da radiação num determinado meio.
f=frequência da radiação (nº de vezes que a onda se repete por segundo)
Energia Radiação: E=h.f
h=Constante de Planck (6,626x10^-34J.s)
Variação da energia interna de um sistema: ∆U= Q+W+R
Potência:Energia transferida por unidade de tempo, J/s=w:
P=E/∆t↔E=P.∆t

4. Os conceitos de energia útil e de rendimento também se aplicam à potência.
Num circuito eléctrico a potência dissipada por efeito de Joule (calor) é dada por: P=U.I
Como, pela lei de Ohm: R=U/I U=I.R
I=U/R
Vem
P=RI^2
Do Sol ao aquecimento
A velocidade de propagação de ondas de radiação electromagnética é de 300 000 km.s^-1.
Radiação = ondas electromagnéticas; não necessitam de um meio físico para a sua propagação.
As ondas electromagnéticas caracterizam-se por:
1. Amplitude (espaço)
2. Comprimento de onda (espaço)
3. Período/frequência (tempo).
Frequência:f=1/T (T = período -> tempo decorrido entre dois pontos equivalentes sucessivos de
uma onda)
Velocidade:V=λ/T (λ = comprimento de onda -> distância entre dois pontos equivalentes e
sucessivos d uma mesma onda)
Velocidade da luz no vazio/relação entre frequência e comprimento de onda:c= λ.f

5. A ENERGIA transportada por uma onda depende da AMPLITUDE e FREQUÊNCIA da mesma.
Ondas com a mesma amplitude – tem maior energia a que tiver maior frequência (ou menor
comprimento de onda).
Ondas com a mesma frequência (ou comprimento de onda) – Tem maior energia a que tiver
uma maior amplitude.
Radiação visível tem um λ entre 400 e 700 nm (1 nm = 10^-9 m)

6. A radiação que atinge o nosso planeta pode ser:
1. Reflectida;
2. Absorvida pelas partículas/corpúsculos existentes na atmosfera;
3. Transmitida (penetram a atmosfera até à superfície do planeta).
Constante solar: Quantidade de radiação, em todos os comprimentos de onda, que incide
perpendicularmente no topo da atmosfera terrestre = 1370 J/s.m^2 = 1370 W/m^2
Cerca de 30% da radiação é reflectida – albedo do planeta.

7. Radiação emitida pelos corpos
Todos os corpos emitem radiação como consequência da agitação térmica das partículas que os
constituem. O resultado é um espectro contínuo denominado espectro de radiação térmica.
Esta emissão e radiação pode ser representada num gráfico Intensidade da radiação emitida em
função do comprimento de onda.
Um corpo negro é um corpo ideal no que se refere à emissão/absorção de radiação: É um
emissor e um absorsor perfeito de radiação.
Lei de Stefan-Boltzamann:
A intensidade da radiação emitida por um corpo varia com a quarta potência da sua
temperatura absoluta:
σ = 5,67x10^-8 W/m^2K4

8. As estrelas são uma boa aproximação do comportamento de um corpo negro. No entanto ao
corpos não se comportam na sua maioria como tal, pelo que é necessário a introdução de um
factor de correcção, a emissividade, e.
e = 0 para um reflector perfeito (não absorve qualquer radiação)
e = 0 para um absorsor perfeito (absorve toda a radiação).
Lei do deslocamento de Wien: O comprimento de onda corresponde ao máximo da intensidade
da radiação emitida varia inversamente com a temperatura absoluta: λmax=B/T
B – Constante de dispersão de Wien (2,898x10^-3 m.K)
T – Temperatura absoluta
A cor da radiação emitida por um corpo é o resultado da “mistura” das radiações emitidas
próximo do máximo de intensidade de emissão do espectro respectivo.

9. Equilíbrio térmico:
Dois corpos encontram-se em equilíbrio térmico quando a sua temperatura é igual. Quando dois
corpos a diferentes temperaturas são colocados em contacto ocorre transferência de energia
sob a forma de calor do corpo mais quente para o corpo mais frio 8pelo menos em termos do
resultado “líquido”, pois a transferência contrária também ocorre só que a uma velocidade
menor).
Lei zero da termodinâmica – Dois corpos em equilíbrio térmico com um terceiro ficarão
igualmente em equilíbrio térmico um com o outro quando colocados em contacto.
Absorção e emissão de radiação em situação de equilíbrio térmico – Balanço energético da
Terra:
Quando o sistema e a sua vizinhança estão em equilíbrio térmico (T = T’) a intensidade da
radiação emitida é igual à intensidade da radiação absorvida.
I’ = Intensidade da radiação absorvida pelo corpo.
T’ = Temperatura da vizinhança.

10. ENERGIA RECEBIDA PELA TERRA
Apenas 70% da energia do Sol que atinge a Terra é absorvida o que corresponde a
1,23x10^17W. A área da Terra é de 5,12x10^14m2.
I’ = 1,23x10^17/5,12x10^14 = 240 W/m^2
Esta energia absorvida é igual à energia emitida: 240 = 5,67x10^-8. T4 ; T = -18ºC.
Esta deveria ser a temperatura da Terra se não se verificasse o efeito de estufa atmosférico.
Aquecimento/Arrefecimento de sistemas
O calor pode ser transferido por:
•Condução: Transmissão do calor ao longo do corpo por meio da vibração, mas não da
deslocação, dos corpúsculos constituintes (aplica-se essencialmente a sólidos).
•Convecção: Aplica-se a fluidos. O movimentos dos corpúsculos do fluido leva à transferência do
calor.
As correntes de convecção surgem na sequência da diminuição da densidade do fluido aquecido
que sobe, ao mesmo tempo que o fluido de zonas mais frias desce.
Efeitos das correntes de convecção na atmosfera terrestres: Circulação dos gases entre as
camadas inferiores e superiores da atmosfera, o que ajuda à dispersão de poluentes, brisa
marítima (dia) e brisa terrestre (noite).

11. Condutividade térmica:
Corrente térmica corresponde à energia transferida, sob a forma de calor, por unidade de
tempo:

12. Lei de Fourrier:
Aproveitamento da energia do sol através de:
•Fornos solares;
•Placas colectoras para aquecimento;
•Placas fotovoltaicas.
PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
A energia interna num sistema isolado conserva-se: ∆E = W + Q + R
W – energia sob a forma de TRABALHO
Q – energia sob a forma de CALOR
R – Energia sob a forma de RADIAÇÃO
Entrada de energia no sistema – sinal positivo (+)
Saída de energia do sistema – sinal negativo (-)
Diminuição do volume – energia interna do sistema aumenta (trabalho positivo)
Aumento do volume – energia interna do sistema diminui (trabalho negativo).

13. Capacidade térmica mássica (c)
Depende dos materiais e define a quantidade de energia que é necessário adicionar para que
ocorra um dado aumento de temperatura de uma massa do material. Quanto menor o valor de
c, mais rápido é o aquecimento do corpo (menos energia adicionada para que a temperatura
aumente um determinado valor). E = m.c.∆T
E – Energia
M – massa
c – capacidade térmica mássica
∆T – Variação de temperatura ocorrida
Numa mudança de estado físico não há variação de temperatura pois toda a energia é
canalizada para a quebra das ligações entre os corpúsculos. Só quando estas interacções forem
anuladas a temperatura volta a aumentar. Fala-se então em calor latente ou entalpia (∆H).
E = m.∆H
SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA (LEI DA ENTROPIA – S)
Qualquer transformação espontânea leva a um aumento de entropia do sistema.
A entropia do Universo nunca diminui.
Como consequência (ou noutra perspectiva) um corpo mais frio em contacto com um mais
quente não pode levar ao aquecimento deste último.

14. Fórmulas:
Em = Ec + Ep Epg = m.g.h P(W)=E(J)/∆t(s)
λ (comprimento de onda - m)=c (velocidade da luz no vazio)/f (frequência – Hz)
Lei de Stefan-Boltzamann P-Potência (W) e-Emissividade A-Área corpo
P=K.(A/L).∆t=U.A.∆T P-Quantidade de calor transmitida por unidade de tempo
A-área L-Comprimento k-condutividade térmica ∆T=Tf-Ti=variação de
temperatura U=K/L=coeficiente de transmição térmica
1ªLei termodinâmica: ∆U=W+Q+R
E(nergia) =
m(assa).c(apacidade térmica
mássica)
.∆T(emperatura)

15. Como se pode aplicar a Lei da Conservação da energia?
• Através da noção de sistema, fronteira, vizinhança, transferência e transformação de energia,
podemos fazer balanços energéticos e perceber o que acontece à energia de um
determinado sistema. Tal pode ser feito através de um diagrama de Sankey, no qual se
explicita as entradas e saídas de energia num processo ou atividade.
Por que é que a temperatura média não está sempre a aumentar?
• nosso planeta recebe radiação solar mas também irradia energia, caso contrário a Terra
aumentaria sempre a sua temperatura. Por outro lado, a quantidade de energia recebida
pelo nosso planeta é aproximadamente igual à quantidade de energia que emite, no mesmo
intervalo de tempo, permanecendo a temperatura média da terra, praticamente, constante.