Sistemas Materiais e as Formas de Energia

Um sistema é um conjunto organizado de elementos que interagem uns com os outros, capaz de utilizar uma fonte de energia e proporcionar ao próprio sistema global propriedades ou características. Um sistema material é uma parte inteira do universo que foi isolada e identificada para ser considerada.

As dimensões das coisas vão desde a escala global do universo até as partículas submicroscópicas que compõem a matéria. São tipicamente utilizadas quatro escalas de observação: astronômica (10²¹), macroscópica (10⁰), microscópica (10^-4) e submicroscópica (10^-14).

1.1. Materiais e Sistemas de Energia

Energia é a capacidade dos sistemas materiais de produzir as interações entre os elementos que causam as alterações ou mudanças.

As mudanças incluem:

• Alterações físicas: podem ser de vários tipos: posição (os objetos materiais podem mudar de lugar), forma (por aplicação de uma força, um objeto pode mudar de forma) e estado (provoca alterações de energia entre os estados da matéria: sólido, líquido e gasoso).
• Alterações químicas: algumas substâncias, os reagentes, são transformadas em outros produtos através de reações químicas. Por exemplo, o ferro reage com o oxigênio para formar óxido de ferro.
• Mudanças geológicas: podem ocorrer de forma muito lenta, como a erosão e a construção de montanhas, ou em um curto período de tempo, tais como erupções vulcânicas ou alterações climáticas.
• Alterações biológicas: algumas ocorrem durante a vida de organismos, tais como o crescimento e o desenvolvimento de um embrião; outras, como a evolução dos seres vivos, levam um longo tempo.

2. Formas de Manifestação da Energia

A energia assume muitas formas e é denominada de forma diferente, dependendo das ações e das mudanças que causem ou dos fenômenos aos quais está associada.

Todas estas formas de energia manifestadas na realidade são manifestações da energia cinética ou da energia potencial (que juntas formam a energia mecânica). A energia é medida em joules e é representada pela letra J. A energia pode se manifestar como se segue:

• Energia interna: está associada com a agitação das partículas de todos os corpos e manifesta-se pela temperatura: quanto mais quente o corpo, maior a agitação e a temperatura.
• Eletricidade: está associada com a corrente elétrica; ocorre quando os elétrons se movem através de um circuito elétrico entre as extremidades do qual há diferença de potencial.
• Energia térmica: associada à quantidade de energia transferida de um objeto quente para um que está mais frio e se manifesta pelo calor.
• Energia química: está associada com os produtos químicos armazenados no interior. Ela se manifesta em algumas reações químicas, tais como a oxidação.
• Energia eletromagnética: a radiação está associada com a viagem sob a forma de ondas eletromagnéticas. É evidenciada pela luz, radiação infravermelha, etc.
• Energia nuclear: está associada à transformação do núcleo de átomos por fissão ou fusão. Ela ocorre quando a matéria é transformada em energia.

1.2. Energia: Energia em Ação

Todos os sistemas materiais têm algo em comum: a energia. Todas estas formas de energia têm um significado para nós; porém, quando os cientistas falam sobre energia, referem-se a algo mais concreto. Este é um dos sentidos físicos da energia: a capacidade de exercer uma força e produzir uma ação ou mudar alguma coisa. Quando você gasta energia ou a energia se move de um corpo para outro, realiza-se trabalho.

Energia é a capacidade dos sistemas materiais para o trabalho; realizar um trabalho significa que se exerce uma força sobre um objeto e esse objeto se move de uma posição para outra.

As dimensões dos objetos vão desde a escala submicroscópica até a escala astronômica, passando pela macroscópica e pela microscópica.

2.1. Energia Cinética

A energia cinética é a energia que ocorre quando o corpo se move; é a energia em ação que depende da massa dos objetos em movimento e da velocidade ganha.

2.2. Energia Potencial

A energia potencial é um tipo de energia armazenada que está "esperando" para executar uma ação; está associada com a massa dos corpos e com a sua posição: alto, comprimido, etc.

3. Mudanças de Forma

A energia necessária para que uma ação ocorra não é criada do nada, mas sempre provém de uma outra forma de energia que passa por uma transformação e mudanças durante a manifestação das diferentes formas de energia.

3.1. Princípio de Conservação de Energia

De acordo com o princípio da conservação de energia, em qualquer transformação de energia, nunca se pode terminar com menos ou mais energia do que se tinha no início.

O princípio da conservação da energia afirma que a energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada. Quando a energia é transformada em outra, a energia que resta após a transformação é a mesma que estava em primeiro lugar; ela é constante.

Nas transformações de energia, não há perda de energia, mantém-se a quantidade, mas não a qualidade. Depois de transformar a energia, ela é degradada, perde qualidade e pode realizar menos trabalho. As máquinas utilizam apenas uma parte da energia que recebem, uma vez que parte é convertida em calor e ruído.

3.2. A Energia é Transferida e Espalhada

Quando a água ferve em uma panela, ela aquece devido ao calor que recebe do fogo. Mas as coisas também podem receber ondas de energia, chamadas micro-ondas. Existe outra maneira de transferir energia de um corpo para outro: quando o trabalho é realizado.

A energia é transferida ou propagada da posição de um corpo para outro, ou de um organismo para outro, sob a forma de ondas, calor ou trabalho.