Energia, Trabalho e Termodinâmica: Conceitos-Chave

Energia, Trabalho e Potência

Energia é a capacidade que os sistemas físicos têm de realizar mudanças em si mesmos ou em outros sistemas. É medida em Joules. As propriedades da energia são fundamentais para a nossa civilização. A energia pode ser transformada de uma forma para outra, pode ser transferida de um sistema para outro e mantém-se constante. No entanto, em cada transformação, torna-se menos capaz de realizar transformações úteis, ou seja, degrada-se.

Em física, uma força realiza trabalho quando move o seu ponto de aplicação numa direção não perpendicular a ela. O trabalho mecânico (W) de uma força constante sobre um corpo pode ser expresso como o produto escalar da força pelo deslocamento. É medido em Joules (N·m).

Tipos de Trabalho

• Trabalho Motor: Se o ângulo entre a força e o deslocamento tem um valor entre 0º e 90º, o trabalho é positivo e é chamado de motor, porque promove o movimento do corpo, aumentando a sua energia.
• Trabalho Nulo: Se a força é perpendicular ao deslocamento, não realiza trabalho.
• Trabalho Resistente: Se o ângulo entre a força e o deslocamento tem um valor entre 90º e 180º, o trabalho é negativo e é chamado de resistente porque se opõe ao movimento do corpo; é feito à custa da energia do corpo. É o caso do trabalho das forças de atrito.

Quando várias forças atuam sobre um corpo, a soma de todo o trabalho realizado por elas é igual ao trabalho que a força resultante realizaria.

A potência é o trabalho realizado por um sistema por unidade de tempo. Mede a velocidade com que ocorre a transferência de energia. A sua unidade é o Watt (W), equivalente a 1 J/s. Um cavalo-vapor (HP) é igual a 735,5 W (1 HP = 735,5 W).

Forças Conservativas e Energia

Uma força é conservativa quando o trabalho realizado por ela depende apenas da posição inicial e final do seu ponto de aplicação.

A energia cinética é a capacidade de um corpo de produzir trabalho em virtude do seu movimento.

Teorema da Energia Cinética (ou das Forças Vivas): "O trabalho total realizado sobre um corpo que se move da posição 1 para a posição 2 é igual à variação da sua energia cinética."

A energia potencial gravitacional é a capacidade de um corpo de produzir trabalho devido à sua posição em relação à superfície da Terra.

O Princípio da Conservação da Energia Mecânica afirma: "Se as únicas forças que atuam sobre um corpo são forças conservativas, a energia mecânica do corpo permanece constante."

Temperatura e Termodinâmica

A temperatura de um corpo é uma medida da energia cinética média das partículas que o constituem.

A energia térmica é a energia transferida entre dois corpos devido à diferença de temperatura entre eles.

A Termodinâmica é a área da física que estuda as trocas de energia que ocorrem entre um sistema e o seu ambiente.

Chama-se energia interna de um sistema à energia total das suas partículas constituintes, ou seja, à soma das energias cinéticas (de translação, vibração, rotação, etc.) de todas as partículas.

Primeira Lei da Termodinâmica: "A variação da energia interna de um sistema é igual à soma do calor trocado com o ambiente e do trabalho realizado por ou sobre o sistema."