O que é energia?
Quando você ouve o termo ‘energia’, o que você pensa? Talvez a eletricidade que alimenta os eletrodomésticos em sua casa ou o gás que alimenta seu carro para levá-lo aonde você precisa. Mas, que tal um grupo de crianças que acabou de comer um monte de biscoitos? Ou o esforço que você gasta para levantar pesos na academia?
Tudo isso está associado à energia porque a energia é simplesmente a capacidade de trabalhar. Mas isso também significa que descrever a energia pode ser um pouco complicado porque você precisará definir de que tipo de energia está falando, como térmica, química ou elétrica, além de usar a unidade de medida apropriada. Existem muitas unidades diferentes que são usadas para medição de energia e provavelmente tantas maneiras de converter entre elas. Vamos examinar algumas das unidades mais comuns com as quais você deve estar familiarizado e, em seguida, trabalhar alguns exemplos de como você passaria de uma unidade para outra.
The Newton e Joule
É justo que comecemos com a unidade que leva o nome do homem considerado o pai da ciência moderna, Sir Isaac Newton. O newton é a unidade padrão de força e é representado pela letra maiúscula N. É igual a 1 kg * m por s ^ 2, que é a quantidade de força necessária para levantar uma maçã sobre sua cabeça.
O joule , que é a quantidade de energia necessária para levantar um objeto 1 N em uma distância de 1 metro, também é nomeado em homenagem a um cientista muito importante, Sir James Prescott Joule. Como um newton, um joule (J) é uma quantidade bastante pequena de energia. Por exemplo, um donut contém cerca de 1 mega joule de energia, ou 10 ^ 6 J. Isso é um milhão de joules em apenas aquele donut!
A caloria
Outra unidade que você pode usar para descrever a energia daquele donut, e com a qual você provavelmente está mais familiarizado, é a caloria (cal). Esta é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 grama de água em 1 ° C. Isso não é o mesmo que Caloria (Cal), que é uma quilocaloria, ou 1.000 calorias. As calorias dos alimentos são sempre quilocalorias ou calorias (com C maiúsculo). Então, se aquele donut que você acabou de comer tem 700 calorias, significa que na verdade tem 700 quilocalorias, ou 700.000 calorias (com um pequeno c)! Uma caloria também é igual a 4.186 J, mas falaremos disso daqui a pouco.
Btus, Therms, & kWh
Se você possui um ar condicionado, aquecedor de água ou forno, provavelmente está familiarizado com a unidade de energia BTU . Isso significa unidade térmica britânica e é a quantidade de calor necessária para elevar 1 libra de água em 1 ° F. Um único Btu é mais uma pequena quantidade de energia – semelhante à quantidade de calor que um fósforo emite. Portanto, seus eletrodomésticos serão avaliados em grandes valores, como 40.000 ou 80.000 Btus. 1 Btu também é igual a 252 cal (com um pequeno c), ou 1.055 J.
Therms , ou unidades térmicas, são maiores do que Btus. Na verdade, 1 termômetro é 100.000 Btu, ou aproximadamente a quantidade de energia liberada da queima de 100 pés cúbicos de gás natural. Finalmente, temos o kWh , que significa quilowatt-hora, e é a quantidade de energia usada para produzir 1 quilowatt de eletricidade por uma hora. Isso é o que você vê na sua conta de luz, informando quanta energia você usou para abastecer sua casa a cada mês.
O watt tem o nome de James Watt, que inventou a máquina a vapor e é igual a 1 J por segundo. Assim como a quilocaloria é 1.000 calorias, o quilowatt é 1.000 watts, o que significa que para obter um kWh, simplesmente multiplicamos 1.000 J por s * 3.600 s (são 3.600 segundos em uma hora), que é o mesmo que 3,6 * 10 ^ 6 J (isso é mais de 3 milhões de J!). Trata-se de quanto é necessário para alimentar dez lâmpadas de 100 watts por uma hora, o que mostra o quão pequeno 1 J realmente é.
Exemplos de conversão
Claro, esta lista não inclui todas as unidades de energia que você encontrará, mas essas são de longe as mais comuns. Então, agora que você sabe quais são, vamos ver como você faria a conversão entre eles. Este é um problema que você enfrentará o tempo todo na ciência, então é importante que você saiba como ir de uma unidade de energia para outra.
Digamos que você tenha 100 g de água e queira aumentar sua temperatura em 20 ° C. Para isso, você precisaria de 2.000 calorias porque, como você sabe, 1 caloria é a quantidade de calor necessária para aumentar 1 g de água em 1 ° C.
Mas, e se eu perguntasse quantos joules são isso? Bem, sabemos que 1 cal = 4.186 J, então descobrimos que 2.000 cal * (4.186 J / 1 cal) = 8.372 J. E quantos Btus isso é? Como 1 Btu = 1.055 J, simplesmente convertemos joules em Btus desta forma: 8.372 J * (1 Btu / 1.055 J) = 7,94 Btus.
Fácil, certo? Vamos tentar outro. Digamos que você cozinhe algo em seu micro-ondas de 1.500 watts por 60 minutos. Quantos kWh o seu micro-ondas usou? Usamos aqui o mesmo processo de conversão de antes: 1.500 W * (1 kWh / 1.000 W) * 1 hora = 1,5 kWh.
Que tal determinar quantas térmicas são necessárias para alimentar aquele microondas por uma hora? Bem, sabemos que 1 term = 100.000 Btu, que 1 kWh = 3,6 * 10 ^ 6 J e que 1 Btu = 1.055 J, então isso pode definitivamente ser feito!
Primeiro, determinamos quantos Btus são iguais a 1 kWh: (3,6 * 10 ^ 6 J / 1 kWh) * (1 Btu / 1.055 J) = 3.412 Btu. Sabendo disso, então, as térmicas necessárias para o microondas por 1 hora são encontradas por: 1,5 kWh * (3.412 Btu / 1 kWh) * (1 term / 100.000 Btu) = 0,05 term.
Em geral, as conversões entre unidades de energia são bastante diretas como esses exemplos, desde que você conheça os fatores de conversão. E embora possa exigir um pouco de trabalho, como você pode ver, esta é uma habilidade útil e prática se você quiser ser capaz de falar com outras pessoas sobre energia.
Resumo da lição
Energia é a capacidade de realizar trabalho, o que parece bastante simples, mas na realidade pode ser um pouco complicado. Existem vários tipos diferentes de energia, bem como diferentes unidades que usamos para medi-la. É importante não apenas compreender o que são essas unidades diferentes e como medem diferentes tipos de energia, mas também como converter entre elas. Ser capaz de converter de uma unidade de energia para outra não só o ajudará a trabalhar com outros cientistas, mas também é uma habilidade prática para a vida cotidiana.
Resultados de Aprendizagem
Depois de concluir esta lição, você será capaz de:
- Definir energia
- Descreva exemplos de unidades de medida de energia comuns
- Explique como converter entre unidades de energia comuns