E a energia contida nos materiais?

O energia contida em materiais, No nível macroscópico, é dividido de algumas das seguintes maneiras: térmica, química ou nuclear. Um material pode liberar ou absorver alguns desses tipos de energia ao interagir com outros materiais.

A energia liberada pode ser usada para realizar algum tipo de trabalho, como mover um veículo, iluminar uma lâmpada, aumentar um foguete, produzir corrente elétrica e muitos outros tipos de trabalho. 

Por causa disso, afirma -se que a energia de um corpo é sua capacidade de fazer um trabalho, ou que a energia pode ser transformada em trabalho.

Em um nível fundamental, isto é, na escala molecular e atômica, a energia contida na matéria é energia cinética, energia potencial e energia contida na massa dos constituintes nucleares do átomo.

Energia térmica

A energia térmica é a expressão macroscópica da energia cinética, ou energia de movimento dos átomos que compõem um material.

Por exemplo, em um gás, as moléculas podem ser movidas dentro dele, para que tenham energia cinética translacional. A soma da energia cinética de todas as partículas que compõem um material é sua energia térmica.

Esta energia é caracterizada através de uma quantidade macroscópica chamada temperatura, proporcional ao valor médio da energia cinética das partículas que compõem o material.

Quando dois materiais estão em contato, há um tráfego de energia térmica do que uma temperatura mais alta para a temperatura mais baixa. Esse fenômeno é explicado no nível microscópico como a transferência de energia cinética das partículas mais rápidas para a mais lenta.

A energia térmica em trânsito, de dois materiais em contato, é chamada aquecer.

O motor a vapor

Aquecimento da água de uma caldeira a vapor, a energia térmica é transferida das chamas da queima de carvão para a água, produzindo vapor de água a alta temperatura e alta pressão, porque a caldeira é um recipiente praticamente aéreo hermético.

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A energia térmica é capaz de realizar trabalhos mecânicos. Por exemplo, quando o vapor quente da caldeira é passado para o cilindro com um pistão móvel, as partículas de vapor exercem pressão, movendo -a.

Se o pistão estiver acoplado a uma roda usando uma biela, o mesmo é girado. Este é o princípio da operação das antigas locomotivas a vapor, que usam a energia térmica do vapor de água para mover a locomotiva, que por sua vez se move para os vagões de trem. 

Energia química

É a energia potencial armazenada nos elos atômicos que compõem as moléculas de um material. Sua origem é eletromagnética, principalmente devido à interação eletrostática entre cargas.

Quando essas ligações ou laços são quebradas por uma reação química, a energia potencial liberada em cada molécula se torna a energia cinética de seus constituintes. Dessa forma, as reações químicas exotérmicas liberam energia química para transformá -la em energia térmica.

A combustão é uma reação química na qual uma certa substância, chamada combustível, É combinado com oxigênio, produzindo uma quebra de links e formando novos compostos. No processo, a energia potencial de cada ligação das moléculas de combustível é liberada, fazendo com que as moléculas resultantes adquiram energia cinética.

Juntos, os produtos de combustão têm mais energia térmica do que combustível e oxigênio antes da combustão.

Motores de combustão interna e energia química

Novamente, como os produtos de combustão têm alta temperatura e alta pressão, eles podem ser usados ​​para mover os pistões de um motor de combustão interna. E como resultado da liberação da energia química do combustível, o motor trabalha para realizar um trabalho, como iniciar um carro.

Baterias e energia química

Outro exemplo de energia química é as baterias, nas quais os elétrons são liberados graças a reações químicas. Por sua vez, eles se movem através de um motorista externo e fazem um emprego, por exemplo, mova um motor elétrico.

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Tudo indica que os automóveis do futuro serão elétricos, mas nas costas.

Energia nuclear

Albert Einstein mostrou que um pedaço de material, pelo mero fato de ter massa, mesmo que esteja em repouso, contém uma enorme quantidade de energia. Este fato se manifesta em uma equação famosa:

Onde m é a massa, c A velocidade da luz no vazio e a energia contida no pedaço de material.

É uma equivalência entre massa e energia, portanto, a massa de um material pode se tornar energia e vice -versa. Por exemplo, ao se desintegrar completamente 1 g de matéria, uma energia equivalente a:

E = 1g x (300.000 km/s)² = 0,001 kg x (3 x 10⁸ EM)² = 9 x 10¹³ Joules = 20 quilotons.

Uma energia equivalente ao lançado em uma explosão de vinte mil toneladas de TNT. Com essa quantidade de energia, de maneira controlada, um porta -aviões pode ser promovido para virar a Terra várias vezes.

Uma enorme quantidade de energia na forma de radiação eletromagnética também seria liberada, ou seja, luz.

A massa de um material está contida em 99,99% no núcleo dos átomos que compõem o referido material. A massa de um átomo é principalmente a energia potencial da forte interação nuclear que mantém os prótons e os nêutrons juntos no núcleo.

Quando isso quebra "Link nuclear", Ao bombardear partículas de energia ou através de duas colisões, uma grande quantidade de energia é liberada, para a perda de uma pequena fração de massa na reação nuclear.

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Fusão nuclear

Dentro das estrelas como o sol, ocorrem reações de fusão nuclear. Lá, devido às altas temperaturas, os núcleos atômicos de hidrogênio e deutério são separados dos elétrons e se movem em velocidades muito altas. 

Por outro lado, devido às pressões colossais dentro das estrelas, os núcleos estão muito próximos um do outro e a probabilidade de choque frontal entre dois núcleos de hidrogênio é bastante alta.

A energia cinética muito alta dos núcleos em colisão supera a repulsão eletrostática, tornando tanto os núcleos que se aproximam que a força nuclear forte, que rega muito curta, atua e os mantém juntos, formando um núcleo maior.

Nesse processo de ligação ou fusão de dois núcleos de hidrogênio para formar um núcleo de hélio, parte da massa é perdida. Isso significa que o núcleo de hélio formado pela fusão é mais leve que a soma de seus constituintes originais.

É devido ao fato de que uma parte da massa inicial foi usada para energia nuclear e outra foi liberada como energia cinética de nêutrons e fótons resultantes da reação. Portanto, a energia liberada na fusão nuclear vem da perda de massa na reação e sua subsequente conversão em energia.

Fision nuclear

Isso é chamado de processo pelo qual um núcleo pesado é dividido em dois núcleos mais leves, devido a uma colisão de um nêutron incidente com alta velocidade.

No processo, uma perda de massa, uma vez que a soma das massas dos núcleos resultantes é menor que a massa do núcleo original.

Essa massa perdida é transformada em energia cinética dos núcleos resultantes (energia termonuclear) e radiação. É assim que a bomba atômica e a bomba nuclear de urânio liberam a energia da matéria.