A energia na história da humanidade
Na época atual observa-se, em todo o mundo, uma inquietação generalizada com a energia: o bem-estar das pessoas depende, cada vez mais, de haver energia acessível; governos, engenheiros e cientistas empenham-se em encontrar fontes de energia duráveis que possam atender ao seu consumo crescente; outros alertam para a necessidade e urgência de aumentar a utilização de energia “limpa”, pois é inegável que o uso de certas fontes de energia tem provocado modificações nocivas em nosso planeta. A questão da energia constitui atualmente, portanto, uma das mais importantes que a humanidade enfrenta.
Em verdade, a energia e seu impacto no meio ambiente acompanham a humanidade desde o início de sua existência. Os humanos primitivos contavam apenas com seus músculos para sobreviver; aos poucos aprenderam a dominar o fogo e a usar a combustão da lenha, que por longos séculos constituiu a principal fonte de energia que dominavam; depois aprenderam a utilizar a energia do vento e da água e de alguns animais. Há pouco mais de duzentos anos ocorreu a grande transformação técnica e social chamada de revolução industrial, que resultou da invenção de aparelhos capazes de produzir energia com mais eficiência do que os equipamentos que existiam naquela época. Essa mudança foi possível graças à utilização intensa de novo combustível – o carvão mineral. Há uns cento e vinte anos apareceram os primeiros aparelhos apropriados para produzir energia elétrica abundante.
O aumento mundial do consumo da energia foi de aproximadamente 2,3% ao ano, a partir de meado do século 19; essa taxa, que é próxima da taxa de aumento populacional. Ela parece muito pequena, mas de fato significou que a cada trinta anos dobrou em nosso planeta o consumo de energia.
A evolução desse consumo em todo o mundo tem comprovado que, quanto maior a nossa capacidade para produzir energia, tanto maiores são as alterações que provocamos no meio ambiente.
Energia: os vários significados da palavra
Energia é uma palavra que em ciência designa uma propriedade observada nas transformações que continuamente ocorrem na natureza. Mas, como muito outros termos, ela tem significados diferentes noutros contextos.
Quando lemos no jornal que a autoridade policial agirá com energia contra os assaltos em determinada região da cidade, ninguém confundirá o significado da palavra energia nesse caso com o sentido que ela possui na Física. Quando dizemos, por exemplo, que a energia de um caminhão que trafega com a velocidade de 40 km/h é maior do que a de um pequeno automóvel que tenha a mesma velocidade, utilizamos a palavra energia para designar uma propriedade física e não o comportamento de uma pessoa .
Tal situação é idêntica à que encontramos ao dizer que o pico do Itacolomi é bastante elevado, pois tem 1.800 metros de altura, e ao lermos no jornal que neste mês os preços dos derivados de leite estão muito elevados.
Os exemplos desse tipo podem se multiplicar à nossa vontade. Apesar dessa multiplicidade de sentidos que uma certa palavra pode adquirir, isto não nos impede de utiliza-la. Essas situações são inevitáveis, porque para nos comunicarmos uns com os outros – inclusive os cientistas entre si – não temos outra alternativa a não ser usar a linguagem comum.
Em Física, como em outros ramos da ciência, utilizamos numerosos termos dessa linguagem com significados muito diferentes dos habituais. A questão importante é saber identificar com clareza qual o sentido que a palavra adquire em determinado contexto. A Física estuda propriedades quantitativas dos processos naturais e muitos dos seus conceitos podem ser expressos em termos matemáticos, isto é, existem fórmulas (equações) matemáticas que identificam com precisão o significado das palavras, evitando-se com isso toda ambiguidade.
Na época atual observa-se, em todo o mundo, uma inquietação generalizada com a energia: o bem-estar das pessoas depende, cada vez mais, de haver energia acessível; governos, engenheiros e cientistas empenham-se em encontrar fontes de energia duráveis que possam atender ao seu consumo crescente; outros alertam para a necessidade e urgência de aumentar a utilização de energia “limpa”, pois é inegável que o uso de certas fontes de energia tem provocado modificações nocivas em nosso planeta. A questão da energia constitui atualmente, portanto, uma das mais importantes que a humanidade enfrenta.
Em verdade, a energia e seu impacto no meio ambiente acompanham a humanidade desde o início de sua existência. Os humanos primitivos contavam apenas com seus músculos para sobreviver; aos poucos aprenderam a dominar o fogo e a usar a combustão da lenha, que por longos séculos constituiu a principal fonte de energia que dominavam; depois aprenderam a utilizar a energia do vento e da água e de alguns animais. Há pouco mais de duzentos anos ocorreu a grande transformação técnica e social chamada de revolução industrial, que resultou da invenção de aparelhos capazes de produzir energia com mais eficiência do que os equipamentos que existiam naquela época. Essa mudança foi possível graças à utilização intensa de novo combustível – o carvão mineral. Há uns cento e vinte anos apareceram os primeiros aparelhos apropriados para produzir energia elétrica abundante.
O aumento mundial do consumo da energia foi de aproximadamente 2,3% ao ano, a partir de meado do século 19; essa taxa, que é próxima da taxa de aumento populacional. Ela parece muito pequena, mas de fato significou que a cada trinta anos dobrou em nosso planeta o consumo de energia.
A evolução desse consumo em todo o mundo tem comprovado que, quanto maior a nossa capacidade para produzir energia, tanto maiores são as alterações que provocamos no meio ambiente.
Energia: os vários significados da palavra
Energia é uma palavra que em ciência designa uma propriedade observada nas transformações que continuamente ocorrem na natureza. Mas, como muito outros termos, ela tem significados diferentes noutros contextos.
Quando lemos no jornal que a autoridade policial agirá com energia contra os assaltos em determinada região da cidade, ninguém confundirá o significado da palavra energia nesse caso com o sentido que ela possui na Física. Quando dizemos, por exemplo, que a energia de um caminhão que trafega com a velocidade de 40 km/h é maior do que a de um pequeno automóvel que tenha a mesma velocidade, utilizamos a palavra energia para designar uma propriedade física e não o comportamento de uma pessoa .
Tal situação é idêntica à que encontramos ao dizer que o pico do Itacolomi é bastante elevado, pois tem 1.800 metros de altura, e ao lermos no jornal que neste mês os preços dos derivados de leite estão muito elevados.
Os exemplos desse tipo podem se multiplicar à nossa vontade. Apesar dessa multiplicidade de sentidos que uma certa palavra pode adquirir, isto não nos impede de utiliza-la. Essas situações são inevitáveis, porque para nos comunicarmos uns com os outros – inclusive os cientistas entre si – não temos outra alternativa a não ser usar a linguagem comum.
Em Física, como em outros ramos da ciência, utilizamos numerosos termos dessa linguagem com significados muito diferentes dos habituais. A questão importante é saber identificar com clareza qual o sentido que a palavra adquire em determinado contexto. A Física estuda propriedades quantitativas dos processos naturais e muitos dos seus conceitos podem ser expressos em termos matemáticos, isto é, existem fórmulas (equações) matemáticas que identificam com precisão o significado das palavras, evitando-se com isso toda ambiguidade.
A evolução
das fontes de energia no Brasil
O consumo de energia em nosso País, como no resto do mundo, aumentou à taxa média de aproximadamente 2,3 % ao ano, nos últimos 30 ou 40 anos. Nos países industrializados da Europa e nos Estados Unidos, grande parte da energia utilizada provém de combustíveis produzidos noutros lugares, isto é, essas nações têm de importar a maior parte dos combustíveis de que necessitam. Nos séculos passados a lenha era nesses países a grande e quase única fonte de energia, mas depois de centenas de anos de desmatamento esgotou-se a reserva vegetal nativa de que dispunham; a partir do século 17, começou a ser usado o carvão mineral, utilização intensificada nos séculos seguintes e que se mantém ainda hoje em larga escala. O uso do petróleo só se tornou frequente no final do século 19 e intensificou-se enormemente a partir de aproximadamente 1950, isto é, depois da segunda guerra mundial. O petróleo é responsável por cerca de 33% da energia que utilizamos. Graças aos progressos na prospecção e exploração de petróleo – principalmente no fundo do mar, a profundidades superiores a 1.000 metros – hoje o Brasil é quase independente da importação desse combustível.
A terceira fonte de energia, responsável por 19% do consumo nacional, é a que provém da biomassa, isto é, de organismos vegetais e animais, como é o caso da cana de açúcar, utilizada para produzir álcool.
Essas três fontes de energia – hidroeletricidade, petróleo e biomassa – contribuem com 88% da demanda de energia em nosso País. Os 12% restantes são atendidos pelo carvão, o gás natural, a energia nuclear e outras fontes que não ultrapassam 1% do total.
O consumo de energia em nosso País, como no resto do mundo, aumentou à taxa média de aproximadamente 2,3 % ao ano, nos últimos 30 ou 40 anos. Nos países industrializados da Europa e nos Estados Unidos, grande parte da energia utilizada provém de combustíveis produzidos noutros lugares, isto é, essas nações têm de importar a maior parte dos combustíveis de que necessitam. Nos séculos passados a lenha era nesses países a grande e quase única fonte de energia, mas depois de centenas de anos de desmatamento esgotou-se a reserva vegetal nativa de que dispunham; a partir do século 17, começou a ser usado o carvão mineral, utilização intensificada nos séculos seguintes e que se mantém ainda hoje em larga escala. O uso do petróleo só se tornou frequente no final do século 19 e intensificou-se enormemente a partir de aproximadamente 1950, isto é, depois da segunda guerra mundial. O petróleo é responsável por cerca de 33% da energia que utilizamos. Graças aos progressos na prospecção e exploração de petróleo – principalmente no fundo do mar, a profundidades superiores a 1.000 metros – hoje o Brasil é quase independente da importação desse combustível.
A terceira fonte de energia, responsável por 19% do consumo nacional, é a que provém da biomassa, isto é, de organismos vegetais e animais, como é o caso da cana de açúcar, utilizada para produzir álcool.
Essas três fontes de energia – hidroeletricidade, petróleo e biomassa – contribuem com 88% da demanda de energia em nosso País. Os 12% restantes são atendidos pelo carvão, o gás natural, a energia nuclear e outras fontes que não ultrapassam 1% do total.
A energia nuclear é um exemplo de energia
que não produz os inconvenientes mencionados acima, mas que apresenta outras
consequências sérias. A energia nuclear provem de uma transformação dos núcleos
dos átomos de certos elementos químicos, principalmente o urânio (símbolo
químico: U), devido à qual há a liberação de enorme quantidade de energia, que
é utilizada na produção de vapor para acionar os geradores de eletricidade.
Um dos inconvenientes da energia nuclear é que os rejeitos da transformação do
urânio são substâncias químicas que emitem radiações nocivas e de longa duração
(algumas durante milhões de anos). Essas substâncias, que formam o chamado “lixo
nuclear”, requerem armazenamento extremamente complicado e um sistema eficaz de
vigilância sobre os locais onde sejam depositadas, o que encarece de modo
considerável a produção desse tipo de energia. Em nosso País a participação da
energia nuclear no consumo energético ainda é muito pequena, mas deve triplicar
dentro de uns 20 anos, a fim de atender ao crescimento econômico previsto para
esse prazo. Em outros países, no entanto, a energia nuclear já constitui a
principal fonte de energia: é o caso da França, onde 80% da energia consumida
tem origem nuclear.
A
distribuição da energia na sociedade
A energia desempenha na vida econômica uma função semelhante à do ar que devemos respirar para continuarmos vivos.
A indústria é a maior consumidora de energia. A produção de alimentos e bebidas, de cerâmica e cimento, a metalurgia e a mineração, a produção de tecidos e de papel, entre numerosas outras, são exemplos bem conhecidos de atividade industrial, que em 2002 absorveu 37% de toda a energia disponível em nosso País.
O sistema de transportes – rodoviário, aéreo e hidroviário – foi responsável pelo consumo de 27% da energia oferecida no mesmo ano. Como é bem sabido, a maior parte (cerca de 70%) das cargas são transportadas em nosso País nas rodovias, que se tornaram um poderoso agente poluidor da atmosfera.
A demanda residencial figura em terceiro lugar, tendo consumido 12% da energia disponível em nosso País em 2002; os restantes 24% da energia consumida nesse ano reparte-se em diversos outros setores, entre eles o agrícola.
Uma característica da produção de energia no Brasil é particularmente importante: quase 90% da energia elétrica que consumimos é produzida em usinas hidroelétricas, tipo de energia que, já foi mencionado antes, é das mais “limpas”. Poucos outros países dispõem dessa grande vantagem: em todo o mundo, apenas o Canadá e a Noruega também geram em usinas hidroelétricas a maior parte da energia elétrica que utilizam. Nos demais países a eletricidade provem de usinas termoelétricas, isto é, usinas que utilizam o vapor de água para gerar eletricidade mediante a queima de carvão mineral ou de derivados do petróleo; 67% da energia mundial é assim produzida e outros 17% provêm de usinas nucleares.
A energia desempenha na vida econômica uma função semelhante à do ar que devemos respirar para continuarmos vivos.
A indústria é a maior consumidora de energia. A produção de alimentos e bebidas, de cerâmica e cimento, a metalurgia e a mineração, a produção de tecidos e de papel, entre numerosas outras, são exemplos bem conhecidos de atividade industrial, que em 2002 absorveu 37% de toda a energia disponível em nosso País.
O sistema de transportes – rodoviário, aéreo e hidroviário – foi responsável pelo consumo de 27% da energia oferecida no mesmo ano. Como é bem sabido, a maior parte (cerca de 70%) das cargas são transportadas em nosso País nas rodovias, que se tornaram um poderoso agente poluidor da atmosfera.
A demanda residencial figura em terceiro lugar, tendo consumido 12% da energia disponível em nosso País em 2002; os restantes 24% da energia consumida nesse ano reparte-se em diversos outros setores, entre eles o agrícola.
Uma característica da produção de energia no Brasil é particularmente importante: quase 90% da energia elétrica que consumimos é produzida em usinas hidroelétricas, tipo de energia que, já foi mencionado antes, é das mais “limpas”. Poucos outros países dispõem dessa grande vantagem: em todo o mundo, apenas o Canadá e a Noruega também geram em usinas hidroelétricas a maior parte da energia elétrica que utilizam. Nos demais países a eletricidade provem de usinas termoelétricas, isto é, usinas que utilizam o vapor de água para gerar eletricidade mediante a queima de carvão mineral ou de derivados do petróleo; 67% da energia mundial é assim produzida e outros 17% provêm de usinas nucleares.
Energia e
qualidade de vida
No longo período em que o Brasil foi colônia de Portugal, como aconteceu também em todos os outros países colonizados pelas nações europeias, a quase totalidade dos produtos industrializados eram importados, o que obviamente permitiu o florescimento apenas das indústrias dos países colonizadores. Aqui pouca coisa era produzida e quase sempre por métodos artesanais.
No longo período em que o Brasil foi colônia de Portugal, como aconteceu também em todos os outros países colonizados pelas nações europeias, a quase totalidade dos produtos industrializados eram importados, o que obviamente permitiu o florescimento apenas das indústrias dos países colonizadores. Aqui pouca coisa era produzida e quase sempre por métodos artesanais.
O Sol é a principal fonte de energia na Terra
Para nós, habitantes da Terra, o Sol é a estrela
mais importante dos bilhões de estrelas que existem no Universo, pois dele
recebemos toda a energia necessária à vida, tanto da humanidade como dos
animais e vegetais.
Neste tópico vamos estudar algumas propriedades da energia que recebemos do Sol e como ela cria diversos tipos de fontes de energia em nosso planeta. Esse conhecimento provém do estudo cientifico, que já dura vários séculos e continua ainda hoje, do mundo físico em que vivemos.
Neste tópico vamos estudar algumas propriedades da energia que recebemos do Sol e como ela cria diversos tipos de fontes de energia em nosso planeta. Esse conhecimento provém do estudo cientifico, que já dura vários séculos e continua ainda hoje, do mundo físico em que vivemos.
A energia que recebemos do Sol, chamada radiação
solar, é emitida incessantemente por ele e sua natureza é a mesma da luz,
das ondas de rádio, das radiações que utilizamos nos fornos de micro-ondas e na
telefonia, entre outros dispositivos que fazem parte do nosso dia a dia.
O Sol e os combustíveis
Um combustível é qualquer substância que,
associando-se com o oxigênio, produz calor. A própria palavra combustível já
revela o mecanismo pelo qual a energia é produzida: a combustão ou queima,
isto é, a reação química na qual a substância se combina com o oxigênio e origina
calor.
Existem combustíveis sólidos, líquidos e gasosos. Dos combustíveis sólidos, o mais importante é o carvão mineral, que faz parte dos combustíveis fósseis, os quais são remanescentes de plantas e animais que viveram na Terra há milhões de anos e sofreram no solo um processo de carbonização incompleta, pelo calor e a pressão, durante milhares de séculos.
Esses combustíveis foram todos originados pela ação da energia proveniente do Sol, ao longo da existência de nosso planeta, cuja idade provável é de 4,5 bilhões de anos (4,5 x 109 anos). O processo de formação dos combustíveis fósseis, em linhas gerais, pode ser compreendido lembrando que os animais se alimentam de plantas ou de outros animais que comem plantas. Ora, a vida dos vegetais depende estritamente da radiação solar, graças a um processo de enorme importância que neles ocorre, denominado fotossíntese, que consiste na formação de moléculas orgânicas a partir da água e do dióxido de carbono atmosférico, sendo a luz solar a fonte de energia necessária.
O carvão mineral se apresenta sob vários tipos, dependendo de seu grau de carbonização; ele foi o combustível mais utilizado em todo o mundo até uns 50 anos atrás. No Brasil não existem grandes jazidas desse combustível e as que existem não são de boa qualidade, razão pela qual ele sempre foi pouco utilizado em nosso País. O carvão mineral (também chamado carvão de pedra) não deve ser confundido com o carvão vegetal, muito utilizado em nossas usinas siderúrgicas e que tem sido um dos maiores responsáveis pela destruição de nossas florestas nativas.
O petróleo é um combustível fóssil que se apresenta no estado líquido e tem a mesma origem que o carvão mineral mencionado acima. Ele é encontrado no subsolo, frequentemente a grande profundidade abaixo da superfície, nos interstícios de rochas porosas, não em “poços” subterrâneos.
Existem combustíveis sólidos, líquidos e gasosos. Dos combustíveis sólidos, o mais importante é o carvão mineral, que faz parte dos combustíveis fósseis, os quais são remanescentes de plantas e animais que viveram na Terra há milhões de anos e sofreram no solo um processo de carbonização incompleta, pelo calor e a pressão, durante milhares de séculos.
Esses combustíveis foram todos originados pela ação da energia proveniente do Sol, ao longo da existência de nosso planeta, cuja idade provável é de 4,5 bilhões de anos (4,5 x 109 anos). O processo de formação dos combustíveis fósseis, em linhas gerais, pode ser compreendido lembrando que os animais se alimentam de plantas ou de outros animais que comem plantas. Ora, a vida dos vegetais depende estritamente da radiação solar, graças a um processo de enorme importância que neles ocorre, denominado fotossíntese, que consiste na formação de moléculas orgânicas a partir da água e do dióxido de carbono atmosférico, sendo a luz solar a fonte de energia necessária.
O carvão mineral se apresenta sob vários tipos, dependendo de seu grau de carbonização; ele foi o combustível mais utilizado em todo o mundo até uns 50 anos atrás. No Brasil não existem grandes jazidas desse combustível e as que existem não são de boa qualidade, razão pela qual ele sempre foi pouco utilizado em nosso País. O carvão mineral (também chamado carvão de pedra) não deve ser confundido com o carvão vegetal, muito utilizado em nossas usinas siderúrgicas e que tem sido um dos maiores responsáveis pela destruição de nossas florestas nativas.
O petróleo é um combustível fóssil que se apresenta no estado líquido e tem a mesma origem que o carvão mineral mencionado acima. Ele é encontrado no subsolo, frequentemente a grande profundidade abaixo da superfície, nos interstícios de rochas porosas, não em “poços” subterrâneos.
As fontes
terrestres de energia independentes do Sol
Existem em nosso planeta, entretanto, fontes de
energia que de fato não dependem da radiação solar: as usinas de maré, as
fontes geotérmicas e as usinas nucleares.
As usinas de maré dependem da atração gravitacional exercida pela Lua e pelo Sol sobre a Terra, principalmente sobre as águas oceânicas, o que provoca o conhecido fenômeno das marés, ou seja, o aumento e a diminuição alternados da profundidade do mar perto do litoral, a intervalos de aproximadamente 12 horas.
A operação dessas usinas é explicada no quadro abaixo e pode ser resumida assim: durante a maré alta o nível da água do mar é maior do que o da água represada por uma barragem, na qual estão instalados geradores elétricos. Quando se abrem comportas apropriadas, a água do mar penetra no reservatório e aciona os geradores. O nível da água da represa, no fim da maré alta, é superior ao nível do mar e começa a escoar para ele, durante a maré baixa, acionando de novo os geradores elétricos. A contribuição das usinas de maré para a produção mundial de energia ainda é muito reduzida.
As usinas de maré dependem da atração gravitacional exercida pela Lua e pelo Sol sobre a Terra, principalmente sobre as águas oceânicas, o que provoca o conhecido fenômeno das marés, ou seja, o aumento e a diminuição alternados da profundidade do mar perto do litoral, a intervalos de aproximadamente 12 horas.
A operação dessas usinas é explicada no quadro abaixo e pode ser resumida assim: durante a maré alta o nível da água do mar é maior do que o da água represada por uma barragem, na qual estão instalados geradores elétricos. Quando se abrem comportas apropriadas, a água do mar penetra no reservatório e aciona os geradores. O nível da água da represa, no fim da maré alta, é superior ao nível do mar e começa a escoar para ele, durante a maré baixa, acionando de novo os geradores elétricos. A contribuição das usinas de maré para a produção mundial de energia ainda é muito reduzida.
As fontes geotérmicas são as que dependem do
calor gerado no interior de nosso planeta e que se manifesta nos vulcões, gêiseres
e fonte termais. Esse calor provém em parte da formação da Terra, há alguns
bilhões de anos, quando sua temperatura era altíssima e desde então tem
diminuído lentamente, da superfície para o interior.
O calor interno de nosso planeta também decorre da existência de substâncias radioativas em camadas profundas do globo terrestre. As substâncias radioativas são elementos químicos como o urânio, o rádio, o tório e alguns outros, cujos núcleos atômicos se desintegram e liberam energia que se manifesta como calor. A desintegração radioativa é um fenômeno muito importante, que apresenta a seguinte propriedade especial: não existe nenhuma ação externa – tal como a aplicação de altas temperaturas, de grandes pressões e pancadas, produtos químicos, campos magnéticos ou elétricos – que possam alterar a taxa em que as desintegrações ocorrem.
O calor interno de nosso planeta também decorre da existência de substâncias radioativas em camadas profundas do globo terrestre. As substâncias radioativas são elementos químicos como o urânio, o rádio, o tório e alguns outros, cujos núcleos atômicos se desintegram e liberam energia que se manifesta como calor. A desintegração radioativa é um fenômeno muito importante, que apresenta a seguinte propriedade especial: não existe nenhuma ação externa – tal como a aplicação de altas temperaturas, de grandes pressões e pancadas, produtos químicos, campos magnéticos ou elétricos – que possam alterar a taxa em que as desintegrações ocorrem.
Fonte: Centro de referência Virtual do
Professor CRV MG
