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Conversões de Energia

 Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Introdução
Energia é conservada. Você não a pode criar, você não a pode destruir. Tudo que você pode fazer é muda-la de uma forma para outra. Nós não podemos fazer energia elétrica — nós queimamos carvão e convertemos sua energia química em energia elétrica. A energia cinética de seu carro em movimento é proveniente da energia química da gasolina, cujo ‘poder’ usamos. Essa ‘energia das substâncias químicas’ veio, em última instância, do Sol, na forma de energia radiante. A qual, por sua vez, é proveniente da energia nuclear típica dos ‘combustíveis’ do Sol.

Tendo isso em mente, você poderá, através de experimentos, ter a chance de explorar como é feita a conversão de uma modalidade de energia para outra.

Você verá como se faz para transformar energia química em energia térmica; de energia térmica para energia cinética de translação; de energia cinética de translação para a energia cinética de rotação; dessa para a energia elétrica e dessa, novamente em energia química.... E assim por diante.

Em cada caso, a ênfase será para a conversão: como cada forma de energia foi convertida em outra.

Tipos de Energia
Energia é conservada; há uma certa quantidade dela, e nunca será qualquer outra quantidade a mais, ou a menos. Quando as pessoas falam, em relação ao mundo, que está “faltando energia”, o que elas realmente querem dizer é que um determinado ‘tipo de energia’ está em falta. Boa parte do trabalho realizado pelo mundo moderno é converter a energia química do carvão e óleo em energia cinética (de veículos), em outras formas de energia química (a dos fertilizantes), em energia térmica (nas estruturas e habitações), e energia radiante (luz).

Aqui está uma lista parcial dos diferentes tipos de energia, seguida de um exemplo:

Cinética (um carro em movimento tem isto)
Potencial gravitacional (pense na água armazenada em uma represa)
Elástica (uma mola esticada tem isto)
Térmica (é forma de energia, mas não confunda com temperatura!)
Química (gasolina tem muito disto em sua massa)
Radiante (luz e calor radiante; pensa na luz do Sol incidindo em sua pele)
Nuclear (tipicamente proveniente da quebra de átomos; pense na potência atômica)
Elétrica (aquela que está fazendo meu computador funcionar enquanto digito isso!)
Sonora (bem óbvio; gritando as crianças emitem muito dela)

Material para experimentos
Três embalagens plásticas de filmes 35mm
Dois pregos pequenos
Dois fios condutores comuns, com garras ‘jacaré’ em cada extremo
Acendedor de fogão a gás (piezelétrico)
Algumas gotas de álcool para fricção (isopropílico)
Fósforos
Tabletes de Alka-Seltzer
Água quente e fria
Bateria de 9V 
Lâmpada néon pequena (NE2, NE1)
Óculos de proteção
Papel toalha
Detergente de cozinha

Com esse material faremos 5 experimentos sobre as Conversões de energias.

1- ‘Pipocando’ com Alka-Seltzer
Para esta experiência, você precisará dos seguintes materiais, da lista acima:

Duas embalagens de filme
Água quente e fria
4 tabletes de Alka-Seltzer
Óculos de proteção
Papel toalha

Tabletes de Alka-Seltzer emitem gás quando eles são colocados em água. As reações químicas que produzem as bolhas são a mesma que acontece quando você mistura vinagre à sua soda limonada. Vinagre é um ácido, e isso é o que o faz reagir com seu refrigerante. Tabletes de Alka-Seltzer contém ácido cítrico, assim como a soda limonada. Tudo que eles precisam é da água, para que a reação aconteça.

Eis os passos que você deve seguir:

• Coloque seus óculos de proteção! Isto é muito importante.
• Tenha à mão a toalha de papel — essa experiência é bem suja!
• Preencha uma das embalagens de filme, até a metade, com água fresca.
• Coloque um tablete de Alka-Seltzer na água, feche a embalagem rapidamente e sai de perto! Se a tampa for expelida, reponha-a rapidamente, e veja se ‘explode’ novamente.

O que você observou? O que aconteceu com a tampa da embalagem de filme? Que tipo de energia está contido no tablete? Ocorreu conversão de energia de um tipo para outro?

O Alka-Seltzer sofre uma reação química na água. Mostra a Química, que a rapidez com que as reações químicas se processam depende da temperatura nas quais ocorrem. Será que a reação do Alka-Seltzer aconteceria mais rapidamente em água quente do que em água fria?

Como você poderia testar isto?

• Projete uma experiência para determinar se a reação acontece mais rapidamente em água quente ou em água fria.
• Realize a experiência que você projetou, e anote seus resultados.

Então, o que você concluiu? A reação é mais rápida em água quente ou em água fria?

 Antes passar para o experimento seguinte, limpe qualquer solução de Alka-Seltzer que tenha derramado. Guarde o material restante ... para que possa usar depois.

2- Lâmpada de néon: Produzindo energia elétrica usando o atrito
Alguns livros (que, infelizmente, ainda não passaram pela censura do MEC) falam em dois tipos de ‘eletricidade’: a eletricidade estática (Eletrostática) e eletricidade em movimento (Eletrodinâmica). Mas eles estão enganados; primeiro por usar a palavra ‘eletricidade’ indevidamente e, segundo porque não há esses tais ‘dois tipos’. É uma coisa só!

Nós vamos mostrar isto, e também ilustrar duas conversões de energia para obter, uma terceira, a energia luminosa.
Para esta experiência, você precisará dos seguintes materiais:

Lâmpada de néon (NE2)
Local atapetado (ou um tapete sob seus pés)

A lâmpada néon é uma pequena lâmpada de vidro com dois elétrodos, preenchida com gás de néon. Pegue essa lâmpada néon e dobre os terminais para fora, como se ilustra: 

Agora, trabalhe com um colega, e siga os seguintes passos. Para melhores resultados, você deverá escurecer as luzes do quarto (ou da sala de aula).

• Segure um dos terminais da lâmpada, e esfregue seus pés no tapete. Isso fez a lâmpada acender? [Repare bem um dos eletrodos da lâmpada e observe se aparece uma luz avermelhada].
• Agora, peça a seu colega para segurar o outro terminal da lâmpada e, novamente, esfregue bem os pés no chão (Ops! Esqueci-me de avisar, tire o sapato!).  A lâmpada acende agora?
• Finalmente, tente acender a lâmpada sem ajuda de ninguém (agradeça a ajuda de seu colega e dispense-o). Segure a lâmpada por um dos terminais, esfregue bem os pés do tapete e encoste o outro terminal em algum objeto de seu quarto ou sala de aula; maçaneta da porta, esquadria metálica da janela, num prego fincado na parede etc. (o etc. pode ser também a ponta do nariz de outro colega). A lâmpada pisca ao tocar em algo?

Importante
a) Pense em termos de fluxos de ‘eletricidade’. Você consegue explicar por que você precisa ter alguém (ou algo!) tocando a lâmpada em ambos os terminais?
b) Explique que conversões de energia estão participando desse experimento. Onde está a energia inicial do processo? Que tipo ela é? Transformou-se em que? Qual o tipo da energia final?

3- Lâmpada de néon: Produzindo energia elétrica usando a pressão
Para esse experimento, você precisará do seguinte equipamento:

Lâmpada de néon
Faiscador piezelétrico (acendedor de fogão a gás)
Dois fios comuns com garras ‘jacaré’ nos extremos

Advertência: o faiscador piezelétrico produz uma tensão elétrica bastante alta (cerca de 8 000 volts) quando se aperte o botão de disparo! Isso ocorre quando se dá uma rápida compressão num tipo muito especial de cristal denominado ‘cristal piezelétrico’. A intensidade de corrente elétrica do processo é bem pequena, não chega a ferir ninguém que receba essa faísca, mas dói e assusta! Não toque a extremidade metálica do acendedor ou o extremo do fio ligado a ela! Por outro lado, o fio do acendedor é bastante frágil; por gentileza, tenha bastante cuidado com ele.

O faiscador é o acendedor de um fogão a gás. Quando você aperta o botão no extremo, isso produz uma alta tensão que fará uma faísca saltar entre os eletrodos próximos.

• Conecte os terminais de alta tensão do acendedor com os terminais da lâmpada néon mediante os dois fios dotados de garras ‘jacarés’ nas extremidades. Observe a ilustração: 

• Agora, aperte o botão do acendedor, e veja o que acontece.

Descreva o que está acontecendo. Que conversões de energia estão ocorrendo?
É bom que você saiba que, quando aperta o botão do acendedor, você está comprimindo uma mola de seu interior. Quando essa mola comprimida atinge seu curso final, solta-se, empurrando uma espécie de ‘martelo’ que bate no cristal piezelétrico.

4- ‘Pipocando’ com álcool
Esta experiência não é perigosa se for corretamente encaminhada, mas é muito importante que você siga todas as instruções!

A primeira coisa que você vai precisar para esta experiência é colocar óculos de proteção ou outra coisa que proteja seus olhos. A tampa da embalagem de filme será arremessada, assim como parte de seu conteúdo e, por isso, você precisa proteger-se.
A segunda coisa que você vai precisar é de algumas gotas de álcool isopropílico. Esse álcool, em Sala de Aula, deverá ser manuseado pelo professor. Você precisará apenas de uma ou duas gotas! Mais álcool não fará a experiência ter desempenho melhor, e poderá causar problemas.
Eis o restante do equipamento do que você vai precisar:

Embalagem plástica de filme de 35mm
Dois pregos pequenos
Dois fios comuns com garras jacarés nas extremidades
Acendedor piezelétrico para fogão a gás

Execute esses passos:

• Pegue os dois pregos e os empurre pela lateral da embalagem de filme de forma que eles quase se, mas não devem chegar a tocarem-se (deixe uns 2 mm entre pontas).
• Ligue os terminais do acendedor, através dos dois fios, nesses pregos, como se ilustra abaixo
• Com a embalagem sem a tampa, e sem tocar nos pregos, aperte o botão do acendedor. Verifique se entre as pontas dos pregos salta uma faísca. Ajuste a distância entre as pontas dos pregos de modo que, cada vez que apertar o botão do faiscador, salte uma faísca entre essas pontas.
• Agora, você usará o álcool. Desconecte o acendedor de fogão. Coloque uma ou duas gotas de álcool no interior de sua embalagem de filme e coloque a tampa, rapidamente e firmemente.

• É importante que aquele álcool evapore e misture-se com o ar contido na embalagem. Vapor de álcool é o que queima nesta experiência, não o líquido! Segure a embalagem em sua mão para esquenta-la um pouco; esfregue a palma da mão contra o fundo da embalagem, se necessário.
• A seguir, re-conecte o acendedor/faiscador. Coloque a embalagem sobre a mesa, apontando diretamente para cima; ajuste o protetor em seus olhos e afaste-se até quanto os fios permitirem ... aperte o botão do acendedor.

O que acontece? Descreva o que você vê, e o que você pensa estar acontecendo.
Até a tampa pular fora, que tipos de energia estão em jogo? Há pelo menos três tipos diferentes de energia; tente identificar todos!
De onde vem a energia inicial dessa experiência? Sob que tipo ela se apresenta?
Por que é importante que o álcool vaporize no interior da embalagem?

5- Decompondo a água
Na última experiência, você teve a oportunidade de converter energia química em outros tipos de energia. Agora nós vamos converter energia elétrica em energia química; vamos fazer um pouco de combustível!
O combustível que vamos fazer é o gás hidrogênio. Como sabemos, água é composta de hidrogênio e oxigênio. Se conseguirmos decompor a água (e é o que faremos ao fazer uma corrente elétrica através dela), iremos conseguir gás hidrogênio e gás oxigênio.

Eis o material que vamos precisar para esse experimento:

Embalagem plástica de filme com dois pregos espetados nela (o mesmo do experimento anterior)
Água fria
Tablete de Alka-Seltzer
Dois fios com garras jacaré nos extremos
Bateria de 9V
Detergente de lavar pratos
Pregos
Fósforos

Acompanhe os passos:

• Preencha sua embalagem de filme com água fria, até cobrir os pregos.
• Adicione à água pequenos pedaços de Alka-Seltzer, lentamente, de forma que não espume sobre os lados. Aguarde até tudo parar de borbulhar.

Agora, nós vamos ‘acrescentar’ um pouco de ‘eletricidade’:

• Use os dois fios com garras para conectar a bateria de 9V aos pregos, pelos lados de fora da embalagem de filme. Verifique se os pregos estão debaixo da água dentro da embalagem de filme. O que nota você?

Você nota alguma diferença entre o que está acontecendo com um prego e com o outro? Que diferença é essa? Que você acha que passa a acontecer logo após ter ligado a bateria nos pregos?

As bolhas que você vê são de gás hidrogênio e de gás oxigênio. Gás hidrogênio queima; de fato, você pode usa-lo até para fazer um carro andar! Vamos coletar um pouco dessa mistura explosiva.

• Retire a tampa da embalagem de filme e use um prego para fazer um pequeno buraco em seu centro. (Peça ajuda se você tiver dificuldade para fazer isto.) Ponha a tampa na embalagem.
• Agora conecte a bateria de 9V e deixou o de sistema funcionar por um minuto ou dois.
•Toque os lados da embalagem de filme; o que sente na mão? Agora, desconecte os fios e deixe coisas como estão.

Com que tipo de energia começa essa experiência? Que tipo de energia transfere-se através dos fios?

Vamos coletar algum gás para inspeção. Faremos isto pondo um pouco de solução de detergente sobre o buraco no topo da embalagem de filme e deixaremos o gás que vai sendo produzido fazer bolhas de sabão.

• Coloque pouco de solução de detergente sobre o buraco no topo da embalagem de filme. Agora conecte a bateria novamente. Está observando as bolhas de gás que se formam na solução de detergente?

• Agora vem a parte excitante do experimento; deixe uma bolha grande (ou um grupo de bolhas pequenas) se formar e fique pronto com a caixa de fósforos. Assim que uma boa bolha de formar, acenda o palito e aproxime da bolha. POP!

O que acontece? Você pode explicar tudo isso que aconteceu? Já sabe enumerar a seqüência de conversões de energias que ocorreram? Com que tipo de energia começa e com que tipo termina?

Observações finais
A grande lição que você aprendeu com esses experimentos é: não podemos criar ou destruir energia, só podemos converte-la de uma modalidade (tipo) para outra. E tem mais, podemos fazer tais conversões de muitos modos diferentes. Você já pensou de quantas maneiras pode acender uma fogueira?
Podemos converter energia elétrica em térmica e luminosa (através de uma lâmpada incandescente, por exemplo); podemos converter energia cinética em elétrica (esfregando os pés no tapete, por exemplo); podemos converter energia química em térmica, cinética e sonora (como aquela do estouro do álcool); e assim por diante.
Como você fez essa série de experimentos, temos certeza que tomou conhecimento disso tudo.


 

 

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