Introdução à energia

RKA7JV - Hoje eu vou falar para você sobre um dos conceitos mais fundamentais em ciência, que é a energia. E qual é definição de energia? Energia é a capacidade de realizar trabalho. A capacidade de um corpo, de uma substância ou de um sistema físico de realizar trabalho. Mas, quando a gente fala de trabalho aqui, a gente não vai se referir ao conceito de trabalho no cotidiano. É conceito físico de trabalho. E o conceito físico de trabalho envolve a aplicação de uma força e deslocamento. Eu vou explicar melhor. Vamos dizer que eu tenha aqui um corpo e eu vou aplicar uma força de 10 newtons nessa direção. E quando a gente faz isso, a gente consegue deslocar esse corpo a 10 metros. Então, ele vai parar mais ou menos aqui. Quando a gente aplicou uma força de 10 newtons e conseguiu deslocar o bloquinho 10 metros para direita, a gente diz que a gente realizou trabalho. Mas quanto trabalho? Para saber quanto de trabalho que a gente realizou, a gente multiplica 10 newtons por 10 metros. Então, nosso resultado vai ser 100, não é? 10 vezes 10, 100 newtons metro. E Nm, newton vezes metro, também a gente pode chamar de joule. É a mesma coisa, que é o "J". Então, a gente pode escrever assim também, 100 J. E o "J", então, é a unidade de trabalho e unidade de energia. Quando a gente moveu esse bloquinho, a gente realizou 100 J de trabalho. A energia é justamente isso, é a capacidade de realizar esse tipo de trabalho. Ok, já demos uma definição de energia aqui. Vamos dar uma olhada agora nessa imagem aqui, nessa fogueira. Quais são os tipos de energia que estão nesse sistema, nessa fogueira? Bom, a gente tem a energia térmica, acho que é a primeira coisa que vem a nossa cabeça, não é? E o que é o calor? O calor mede o grau de agitação das moléculas. Se a energia térmica está relacionada com o grau de agitação das moléculas, ela é fundamentalmente o que? Energia cinética, que é a energia do movimento. Quando a gente mede a temperatura de um sistema, a gente está expressando, basicamente, o grau de energia cinética médio daquele sistema. Então, energia térmica, fundamentalmente, é energia cinética. O que mais a gente pode identificar nesse sistema? A gente tem luz sendo emitida, a gente chama isso de energia radiante, que é uma onda eletromagnética, e a gente tem mais um tipo importante de energia, que é a energia potencial química. Reparem que eu fiz uma flechinha aqui indicando que a energia potencial química está onde? Está aqui nas toras de madeira, no carvão, porque essa energia está, justamente, nas ligações químicas, do combustível dessa reação que, no caso aqui, parece que é uma tora de madeira. Essa energia potencial é liberada durante o processo de combustão. Então, vamos lá! Como funciona a combustão? A gente tem o que a gente chama de comburente, que, no caso aqui, é o oxigênio, energia e combustível. Essa energia aqui é pouca, é um pouco de energia para dar aquele "start" na reação. Então, a gente tem aqui o composto orgânico, no caso, a madeira, e quando a reação ocorre, é liberada água, dióxido de carbono e muito mais energia. Lembrando que aqui eu não balanceei a reação, é só para mostrar para vocês o esquema básico. E por que essa quantidade tão grande de energia surgiu aqui como resultado da nossa reação? Justamente porque ela estava armazenada nas ligações entre os átomos. Então, essa ligação carbono-carbono, por exemplo, quando foi quebrada, liberou energia. Essa energia liberada na combustão vai virar energia térmica, energia radiante de que a gente falou agora há pouco. Por que a gente a chama de energia potencial? Porque ela ainda não foi transformada, ela está armazenada aqui nas ligações, armazenada nas ligações químicas. E essa energia potencial química é liberada quando o processo de combustão ocorre. A gente coloca aquele pouquinho de energia, aquele fósforo que a gente acendeu na fogueira, e a reação de combustão ocorre liberando toda essa energia. É importante lembrar que a energia não pode ser criada e nem destruída, ela só pode ser transformada. Aqui, foi o que aconteceu, a energia potencial química foi transformada em térmica e em energia radiante. Aí você pode me perguntar: "Ah, tá bom! A energia não pode ser criada, não pode ser destruída, só pode ser convertida em outras formas, mas como é que isso gera trabalho? No sentido que a gente falou de trabalho." Existem várias formas. Aliás, essa é uma pergunta que é feita desde quando o homem "descobriu o fogo". Na Revolução Industrial, por exemplo, na época que surgiram as máquinas a vapor, foi aí uma das soluções. O fogo aquece a água, a água vira vapor, e esse vapor, a pressão desse vapor, pode ser usada para empurrar um pistão que vai mover um motor, o qual estará ligado a uma engrenagem, que vai realizar o trabalho. Um motor de carro, por exemplo, funciona assim. Você tem uma câmara de combustão chamada cilindro, e dentro de cada cilindro a gente tem os pistões. É a queima do combustível, faz o combustível explodir e os pistões se movimentam, girando um eixo chamado virabrequim, que vai levar energia mecânica até o sistema de transmissão. E aí, isso é distribuído para as rodas que vão girar. Como resultado, o que acontece? O carro se move, exatamente como o bloquinho que a gente falou aqui. Vamos dar uma olhada em um outro exemplo. Eu vou focar aqui nesse relâmpago. Quais tipos de energia a gente tem em um relâmpago? Energia luminosa, a energia radiante, se acontecer um trovão, tem a energia do som, a energia sonora que é um tipo de energia com onda mecânica, porque o som está relacionado com a vibração das moléculas do ar, a gente também tem a energia térmica, porque o raio é muito quente, e a gente tem a energia cinética também, porque, o que é o raio? Vou explicar como funciona o raio primeiro. Durante uma tempestade, ocorre um rearranjo de cargas. Então, a parte de baixo da nuvem, deixa eu fazer de outra cor, a parte de baixo da nuvem vai ficando mais eletronegativa, vai acontecendo, aqui, um acúmulo de cargas negativas. E a parte de cima, como eu já desenhei aqui, fica positiva. Esse rearranjo de cargas também tem influência na massa de ar que está mais próxima do solo, a qual acaba ficando mais positiva. Vai chegar um ponto em que essas cargas vão querer "descer" para a parte positiva, porque o sistema tende sempre ao equilíbrio. Embora o ar não seja um bom condutor de eletricidade, a gente tem a área ionizada, então, o raio vai acontecer, ele é justamente essa corrente de elétrons. Os elétrons estão descendo para o chão. E é isso que a gente vê quando a gente olha para um raio. Nesse processo em que essa diferença de carga está acontecendo, as cargas negativas estão indo para baixo da nuvem, e as cargas positivas estão indo mais para a parte superior, a gente tem um potencial eletrostático, que é o que acontece um pouquinho antes do raio acontecer. Vamos anotar aqui, potencial eletrostático, que é quando o raio está se formando, um pouquinho antes, na verdade, de ele acontecer. E quando ele acontece, a gente tem energia cinética, porque os elétrons estão se movimentando. Então, aqui, energia cinética. Você pode estar se perguntando: "Como é que isso está relacionado com o conceito de trabalho que a gente já viu?" Toda a indústria eletrônica tem como base as correntes elétricas, que é exatamente o que é o raio, uma corrente de elétrons. E, por fim, vamos dar uma olhada nesse último exemplo. A gente tem aqui uma pessoa saltando de uma plataforma, mas poderia ser aquele exemplo clássico das aulas de física, sabe, que tem uma bolinha na plataforma e ela cai? Aqui em cima nós temos a energia potencial, e quando a bolinha cai, a gente tem a energia cinética. Nesse primeiro estágio, a energia é 100% potencial, e à medida em que ela vai caindo, vai se transformando em energia cinética. Aqui, no último estágio, praticamente toda a energia já foi transformada em energia cinética. E como é que esse sistema desse cidadão saltando da plataforma poderia gerar trabalho? A gente teria que imaginar uma situação meio esdrúxula. Vamos imaginar que existe uma plataforma, ele vai saltar nessa plataforma, e essa plataforma está ligada a uma polia, aqui, e isso levanta um peso, por exemplo. Quando ele salta nessa plataforma, ele exerce uma força sobre ela, e esse peso levanta. Bem, pessoal, por hoje é só, espero que vocês tenham gostado. Até o próximo vídeo!