Um pouco sobre TERMODINÂMICA

A termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre o calor trocado, representado pela letra Q, e o trabalho realizado, representado pela letra τ, num determinado processo físico que envolve a presença de um corpo e/ou sistema e o meio exterior. É através das variações de temperatura, pressão e volume, que a física busca compreender o comportamento e as transformações que ocorrem na natureza.

Calor é energia térmica em trânsito, que ocorre em razão das diferenças de temperatura existentes entre os corpos ou sistemas envolvidos.
Energia é a capacidade que um corpo tem de realizar trabalho.

A termodinâmica tem como principais pontos o estudo de duas leis, que são:

- Primeira Lei da Termodinâmica: essa lei diz que a variação da energia interna de um sistema pode ser expressa através da diferença entre o calor trocado com o meio externo e o trabalho realizado por ele durante uma determinada transformação.

Cartões de Confirmação do ENEM

Cartões de confirmação do ENEM estarão disponíveis on-line a partir de segunda-feira (27/10) segundo o GUIA DO ESTUDANTE.
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Fissão e Fusão Nuclear - Introdução

Fissão Nuclear

O processo de fissão nuclear ocorre quando um núcleo radioativo é atingido por um nêutron livre e, devido a esse choque, ele se divide em dois núcleos de elementos diferentes. O processo resulta ainda em uma emissão de radiação e de mais nêutrons, em geral. Muito se estudou acerca dos processos de fissão nuclear, principalmente no sentido de explicar-se de onde vem a energia liberada em forma de radiação eletromagnética. Além disso, vários cientistas como Lise Meitner, Otho Hahn e o casal Pierre e Marie Curie notaram em seus experimentos que o balanço de massa não fechava nas desintegrações nucleares.

No entanto, eles ainda não podiam explicar o que haviam observado.

Em 1905, Einstein divulgou uma hipótese importante para a sua teoria da relatividade que acabou resolvendo o problema. Em seu artigo, ele afirmava que massa e energia são duas coisas intimamente relacionadas. Mais tarde, utilizou-se uma equação deduzida por Poincaré para se descrever matematicamente a equivalência entre massa e energia como sendo:

E = m · c²

na qual E é a energia envolvida no processo, m é a massa, e c é a velocidade da luz. Essa famosa relação indica que, sempre que houver alteração de massa em um processo, a massa faltante será convertida em grandes valores de energia. Sendo assim, o mistério do “sumiço”de massa ficou esclarecido, assim como a emissão de radiação dos processos de decaimento nuclear. Isso porque toda a massa “faltante” se converte em energia, que é emitida na forma de radiação. É baseada nessa conversão entre massa e energia que funcionam as usinas nucleares e as bombas atômicas, como a de Hiroshima e a de Nagasaki.

Mais tarde, percebeu-se que ficaria mais fácil descrever o problema da seguinte forma: qualquer variação de massa que ocorra em processos nucleares resultará em uma variação da energia (em energia fornecida ou consumida) dada pela relação:

ΔE = Δm · c²

De acordo com essa relação, se uma moedade massa m = 4 g pudesse ser convertida totalmente em energia, geraria cerca de 360 · 10¹² J (trezentos e sessenta mil giga-joules) de energia!

Fusão Nuclear

Nos processos de fusão nuclear, núcleos de átomos pequenos são unificados, gerando um terceiro átomo, diferente dos geradores.

A maior quantidade da emissão de energia por parte das estrelas ocorre baseada em um processo de fusão nuclear, uma vez que esses processos costumam emitir muito mais energia que a fissão nuclear.

Para citar um exemplo, a reação de fusão que acontece no Sol e em outras estrelas parecidas pode ser esquematizada da seguinte forma:

4H → He⁴ + 2e⁺ + 2ν_e+γ,

em que quatro átomos de hidrogênio são transformados em um átomo de hélio, dois pósitrons (antipartícula do elétron), dois neutrinos e radiação eletromagnética. Dentro da energia liberada pelo Sol em forma de radiação eletromagnética, estão a luz visível, o infravermelho, o ultravioleta e outras formas de radiação eletromagnética.

As mesmas leis sobre a relação entre massa e energia que valem para a fissão também valem para a fusão nuclear. Existem projetos no mundo todo que visam a usar a grande quantidade de energia proveniente da fusão entre dois núcleos (principalmente Deutério e Trítio, ambos isótopos do Hidrogênio) para geração de energia elétrica. Ela teria uma série de vantagens, como o baixo número de resíduos radioativos e a eficiência do processo. No entanto, ainda não existem usinas que funcionam baseadas na fusão nuclear.

Exercícios sobre consumo de energia

1. (G1 - cps 2010) Pequenos consumos podem parecer bobagem, mas quando somados se tornam grandes gastos. Para ajudarmos o nosso planeta e também economizarmos o nosso salário, devemos desligar os aparelhos e não os deixar no modo de espera, conhecido por stand by.

Pensando nisso, considere a situação:

• um determinado DVD consome 20 W em stand by;

• admita que esse DVD permaneça, em média, 23 horas por dia em stand by;

• 1 kWh de energia equivale ao consumo de um aparelho de 1 000 W de potência durante uma hora de uso (1 kWh = 1 000 W ∙ 1 h);

• o preço de 1 kWh é R$ 0,40.

Conclui-se que o consumo anual, em média, desse aparelho em stand by é, aproximadamente, de

Adote:

1 ano = 365 dias

a) R$ 7,00.

b) R$ 19,00.

c) R$ 38,00.

d) R$ 67,00.

e) R$ 95,00.

2. (Ufpb 2011) Boa parte dos aparelhos eletrônicos modernos conta com a praticidade do modo de espera denominado stand-by. Nesse modo, os aparelhos ficam prontos para serem usados e, embora “desligados”, continuam consumindo energia, sendo o stand-by responsável por um razoável aumento no consumo de energia elétrica.

Para calcular o impacto na conta de energia elétrica, devido à permanência de cinco aparelhos ininterruptamente deixados no modo stand-by por 30 dias consecutivos, considere as seguintes informações:

• cada aparelho, operando no modo stand-by, consome 5J de energia por segundo;

• o preço da energia elétrica é de R$ 0,50 por kWh.

A partir dessas informações, conclui-se que, no final de 30 dias, o custo com a energia consumida por esses cinco aparelhos, operando exclusivamente no modo stand-by, será de:

a) R$ 17,00

b) R$ 15,00

c) R$ 13,00

d) R$ 11,00

e) R$ 9,00

3. (Fatec 2010) Durante uma aula de Física, o professor pede a seus alunos que calculem o gasto mensal de energia elétrica que a escola gasta com 25 lâmpadas fluorescentes de 40 W cada, instaladas em uma sala de aula. Para isso, o professor pede para os alunos considerarem um uso diário de 5 horas, durante 20 dias no mês.

Se o preço do kWh custa R$ 0,40 em média, o valor encontrado, em reais, será de

a) 100.

b) 80.

c) 60.

d) 40.

e) 20.

4. (Fgvrj 2011) Visando economizar energia elétrica, uma família que, em 30 dias, consumia em média 240 kWh, substituiu doze lâmpadas de sua residência, dez de 60 W e duas de 100 W, por lâmpadas econômicas de 25 W. Na situação em que as lâmpadas ficam acesas 4 horas por dia, a troca resultou em uma economia de energia elétrica, aproximadamente, de

a) 62%

b) 37%

c) 25%

d) 15%

e) 5%

5. (Ufrgs 2008) Um secador de cabelo é constituído, basicamente, por um resistor e um soprador (motor elétrico). O resistor tem resistência elétrica de 10 Ω. O aparelho opera na voltagem de 110 V e o soprador tem consumo de energia desprezível.

Supondo-se que o secador seja ligado por 15 minutos diariamente e que o valor da tarifa de energia elétrica seja de R$ 0,40 por kWh, o valor total do consumo mensal, em reais, será de aproximadamente

a) 0,36.

b) 3,30.

c) 3,60.

d) 33,00.

e) 360,00.