Conservação e transformação de energia
O conceito de conservação de energia
Uma lei fundamental que se observa observar para todos os fenômenos naturais requer a conservação de energia - isto é, que a energia total não muda em todas as muitas mudanças que ocorrem na natureza. A conservação de energia não é uma descrição de nenhum processo acontecendo na natureza, mas é uma afirmação de que a quantidade chamada energia permanece constante, independentemente de quando é avaliada ou de quais processos - possivelmente incluindo transformações de energia de uma forma para outra - entre avaliações sucessivas.
A lei de conservação de energia é aplicada não apenas à natureza como um todo, mas também a sistemas fechados ou isolados na natureza. Assim, se os limites de um sistema puderem ser definidos de forma que nenhuma energia seja adicionada ou removida do sistema, a energia deverá ser conservada nesse sistema, independentemente dos detalhes dos processos em andamento dentro dos limites do sistema. Um corolário desta declaração de sistema fechado é que sempre que a energia de um sistema, determinada em duas avaliações sucessivas, não é a mesma, a diferença é uma medida da quantidade de energia que foi adicionada ou removida do sistema no sistema. intervalo de tempo decorrido entre as duas avaliações.
A energia pode existir de várias formas dentro de um sistema e pode ser convertida de uma forma para outra dentro da restrição da lei de conservação. Essas diferentes formas incluem energia gravitacional, cinética, térmica, elástica, elétrica, química, radiante, nuclear e de massa. É a aplicabilidade universal do conceito de energia, bem como a abrangência da lei de sua conservação sob diferentes formas, que o torna tão atraente e útil.
Transformação de energia
Um sistema ideal
Um exemplo simples de um sistema no qual a energia está sendo convertida de uma forma para outra é fornecido no lançamento de uma bola com massa m no ar. Quando a bola é lançada verticalmente do chão, sua velocidade e, portanto, sua energia cinética diminuem constantemente até que repousem momentaneamente no ponto mais alto. Ele então se inverte, e sua velocidade e energia cinética aumentam constantemente à medida que retorna ao solo. A cinética de energia E k da bola no instante em que saiu do solo (ponto 1) foi metade do produto da massa e do quadrado da velocidade, ou 1 / 2 MV 1 2, e diminuiu progressivamente a zero no ponto mais alto (ponto 2) Quando a bola subiu no ar, ganhou energia potencial gravitacional E p. Potencial, nesse sentido, não significa que a energia não seja real, mas que seja armazenada de alguma forma latente e possa ser utilizada para o trabalho. Energia potencial gravitacional é a energia que é armazenada em um corpo em virtude de sua posição no campo gravitacional. Observa-se que a energia potencial gravitacional de uma massa m é dada pelo produto da massa, a altura h alcançada em relação a alguma altura de referência e a aceleração g de um corpo resultante da gravidade da Terra puxando-a, ou mgh. No instante em que a bola deixou o solo na altura h 1, sua energia potencial E p1 é mgh 1. No ponto mais alto, sua energia potencial E p2 é mgh 2. Aplicando a lei de conservação de energia e assumindo que não há atrito no ar, elas se somam para formar as seguintes equações:
Neste exemplo idealizado, a energia cinética da bola no nível do solo é convertida em trabalho para elevar a bola para h 2, onde seu potencial gravitacional de energia foi aumentado em mg (h 2 - h 1). Quando a bola cai de volta para o nível do solo h 1, esta energia potencial gravitacional está de volta convertida em energia cinética e sua energia total em h 1 novamente é 1 / 2 mv 1 2 + mgh 1. Nesta cadeia de eventos, a energia cinética da bola permanece inalterada em h 1; assim, o trabalho realizado na bola pela força da gravidade que atua sobre ela neste ciclo de eventos é zero. Diz-se que este sistema é conservador.
