terça-feira, 5 de março de 2013
energia quimica
Energia Química
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Como foi dito, a energia química está presente em praticamente tudo a nossa volta. Mas isso não quer dizer que ela esteja ativa o tempo todo. A energia química fica armazenada nessas ligações até que ocorra esse fenômeno de rompimento. Os exemplos de ocorrência desse fenômeno são bastante presentes na nossa rotina. Antes mesmo de conhecermos seus efeitos já fazemos o uso dela. Hábitos até inconscientes, como respirar ou nos alimentar ,têm o fenômeno da energia química envolvida. A alimentação acontece em busca de obter energia para abastecer o corpo para as atividades que exercemos e para o bom funcionamento dele. Ao consumirmos o alimento, o processo de digestão, especialmente quando o estômago recebe o bolo alimentar usa o suco gástrico para “dissolver” esse bolo e usa a energia vinda do alimento para nos abastecer. Essa energia se trata de energia química, pois vem do alimento, que tem suas ligações quebradas, e assim libera energia para o corpo. Parte dessa energia vira calor e outra se transforma em proteínas, açucares e outras substâncias que ajudam o corpo a se manter. |
Essa energia se manifesta em matérias que obtém essa energia ( química) armazenada em si. Ela não “nasce” do nada, acontece que ela é proveniente da atração que possibilita as ligações químicas e da repulsão que há entre as moléculas presentes dentro dessa matéria. O fogo e o gelo são exemplos clássicos dessa energia. Começando pelo fogo, que precisa de um combustível para existir. Como explicar que uma pedra de carvão precisa ser aquecida e depois consegue produzir tanto calor? A explicação está nas moléculas que compõem o carvão. Elas, conforme vão aquecendo, vão se agitando, vibrando e assim, produzindo energia cinética (energia obtida quando alguma matéria adquire em movimento). Essa energia vai se convertendo em calor progressivamente até formar o fogo.
Também se explica porque alguns materiais são bons combustíveis e outros não para o fogo: alguns elementos têm essa “pré-disposição” das suas moléculas em se movimentar mais quando aquecidos, e assim podem produzir mais calor.
Com o gelo, acontece praticamente o mesmo processo. Quando está numa temperatura abaixo de 0º, as moléculas se mantêm quietas e juntas, pelas forças de atração que há entre elas. Quando a temperatura vai aumentando, essas moléculas começam a se agitar de tal forma que sua energia supera a atração que há entre as moléculas (isso só acontece quando a a temperatura vai acima de 0º C) e as moléculas começam a se expandir. Essa expansão é notada pelo processo de derretimento, que resulta na forma liquida da água.
Esses são apenas exemplos do quanto essa forma de energia está presente em nossas vidas. Além do mais, existem muitas outras aplicações para as diversas funções que a energia química tem. Ela está presente em tudo a nossa volta, mas não se manifesta o tempo todo. Ela só se manifesta quando há uma força capaz de unir ou separar as ligações químicas presentes nesses elementos. No caso dos combustíveis, a força que age é o calor, assim como no exemplo do gelo.
Das reações químicas, existem as que absorvem calor ao acontecer as reações e outra que liberam energia em forma de calor. Para isso há uma definição para cada uma:as que absorvem energia nas reações químicas são as endotérmicas. Já as que liberam energia são as exotérmicas. Um exemplo bastante claro sobre as reações endotérmicas é o da fotossíntese, em que a planta, ao receber a luz solar, tem reações químicas e absorve essa energia. A energia sugada é usada como fonte de alimentação para a planta. Outro exemplo, dessa vez sobre a reação exotérmica, é o da queima de algum objeto. Um pedaço de madeira ou de materiais inflamáveis são amostras da liberação de calor em reações químicas.
Uma pergunta que pode surgir é “a energia química trabalha com as moléculas de elementos, então a energia nuclear também é energia química ?” A resposta é não. Apesar de ambas trabalharem em nível microscópico, a diferença está em que a energia química trabalha com a união e com a separação de moléculas e ligações químicas, a energia nuclear trabalha com quebra e fusão de núcleo dos átomos. A energia nuclear trabalha com níveis de energia imensamente maiores e com uma complexidade igualmente maior que a química.
energia magnetica
energia magnetica
A Física investiga, neste campo, as
substâncias portadoras de carga elétrica que têm o poder de atrair ou rejeitar outros materiais igualmente
constituídos de eletricidade. O pesquisador Tales de Mileto, um dos primeiros filósofos
conhecidos no Ocidente, foi o primeiro a mencionar a existência de elementos
com este potencial.
Ao viajar pelo
território asiático, na época conhecido como Magnésia e integrado à Grécia, ele
verificou que a extremidade de ferro do seu bordão exercia forte atração sobre
pequenas pedras. Intrigado, ele se dedicou a investigar este evento e, desta
forma, revelaram-se ao seu olhar atento o poder magnético e o fenômeno
elétrico.
Mas foi preciso
aguardar o despontar do século XIII para que o Homem realmente valorizasse esta
descoberta. Nesta época a humanidade conheceu o potencial das bússolas, e o
quanto esse conhecimento era essencial para o funcionamento deste utensílio.
Embora vários estudiosos tentassem
então entender esta energia, apenas no século XIX, nos primórdios da
compreensão do eletromagnetismo, com a ajuda de Oersted, e com as leis de Maxwell,
que relatam pormenorizadamente as experiências deste novo campo, estas
pesquisas são aprofundadas.
Hoje em dia o
magnetismo está presente em todas as tecnologias criadas pelo Homem, tais como
motores,transformadores, bobinas, aparelhos elétricos, entre outros. Ele é
atualmente definido como fruto da interação entre os elétrons, partículas
subatômicas de carga negativa.
A quantidade destes
corpúsculos e a forma como eles estão configurados no interior dos átomos que
compõem as mais variadas substâncias, determinam a performance destes materiais quando
eles estão sob o influxo do magnetismo de outro corpo. Há, assim, uma fórmula eficaz para
saber se um elemento é ou não de origem magnética; basta dispô-la à influência
de campo magnético.
Outro pesquisador,
Franz Anton Mesmer, médico e magnetizador germânico, demonstrou em seus estudos
a existência do magnetismo
animal, também conhecido como fluido vital,
descrito por ele como uma condição específica da vibração – movimento de um
ponto que move-se alternadamente em volta de um elemento de referência – do
fluido universal.Allan Kardec, codificador da Doutrina Espírita, define este
fluido como a energia essencial primordial, que seria a fonte de tudo que
existe no Cosmos.
Neste sentido, o
magnetismo também é compreendido como o poder humano de exercer influência
sobre o outro através da emissão energética de seu ser, bem como de atuar
também sobre objetos ou animais. Assim, ele seria fruto de uma ação mútua de
duas criaturas vivas, através do fluido magnético, recurso específico empregado
nesta interação entre dois seres.
Outro exemplo
A energia magnética é a energia do
magnetismo. Os ímãs têm uma força que os faz atrair outros imãs ou metais. Imãs
se atraem, mas os imãs têm pólos de carga positiva e negativa.O lado positivo
atrai o pólo negativo e vice-versa. Mas positivo não atrai positivo e negativo
não atrai negativo. Eles se repelem.
Quando um ímã atrai um metal, é
porque ele é bom condutor de energia tipo o cobre, metal...
Quando repele, é porque é mau
condutor, tipo o alumínio e outros.
Quando não atrai nem repele, é porque
ele é isolante como a borracha, o plástico, a madeira, entre outros.
No oriente, a utilização do campo magnético como prevenção de doenças e
reposição de energias existe há mais de 2000 anos, utilizando pequenos magnetos
extraídos de rochas com pedras imantadas com poder até de manter a juventude,
tanto que Cleópatra usava um imã na testa para manter a sua beleza.
Infelizmente, a vida moderna não permite ao homem um convívio saudável com a
natureza da qual fazemos parte e a poluição provocada pelo
"progresso" está a cada dia diminuindo a nossa interação com o nosso
próprio habitat. O resultado é o aparecimento de enxaquecas, dores musculares,
insônia, má circulação sanguínea, cansaço, indisposição, etc...
Esses sintomas ao longo dos anos vão refletir em doenças do coração,
úlceras e gastrites, hipertensão e envelhecimento precoce das células em geral
por falta de equilíbrio metabólico. O corpo humano em contato com o solo ou com
um campo magnético reagirá conforme a sua necessidade, isto é, se houver
excesso de magnetismo ele expulsará e se houver falta ele o captará e o
resultado será sempre benéfico, aliviando tensões do sistema nervoso central, regularizando
o metabolismo das células, e melhorando o sistema circulatório.
Com o fluxo sangüíneo otimizado, o próprio organismo melhora sua
autodefesa eliminando toxinas e reagindo contra os sintomas das chamadas
doenças modernas. Regulando a pressão arterial, diminui o risco de derrames e
infartos ao mesmo tempo em que a regeneração das células propicia mais energia
o que significa mais disposição para o trabalho, exercícios físicos e
conseqüentemente mais qualidade de vida. A reposição dessa Energia Magnética
utilizada hoje nas mais modernas clínicas com diversos aparelhos disponíveis no
mercado é uma alternativa preventiva que proporciona e mantém a vitalidade e
saúde humana, com a vantagem adicional de não causar dependência ou produzir
efeitos colaterais.
Magnetismo
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Nós fomos feitos para viver 24 horas em contato com a terra: nosso
sangue contém 5% de ferro e seu o magnetismo atua diretamente na corrente
sanguínea. Nossos antepassados viviam em casa de madeira e barro e dormiam em
colchões de capim. Ou seja, ficavam 24 horas por dia em contato com a terra.
No seu habitat natural, eram saudáveis, sem remédios e não tinham as doenças
modernas como stress, depressão, gastrite, entre outras.
O planeta Terra é regido por duas forças básicas: a gravitacional e a
magnética. A força magnética faz com que nosso planeta funcione como um
grande bloco de imã, inserido no Sistema Solar. Essa energia, que é chamada
de geo-magnetismo, atua de maneira benéfica sobre todos os seres vivos e tem
um papel fundamental na manutenção de nossa saúde.
Segundo estudos realizados na Universidade de Osaka, no Japão, essa
energia geo-magnética reduziu-se pela metade nos últimos 500 anos. E a
tendência será uma redução cada vez maior. O modo de vida urbano vem reforçar
essa teoria: Automóveis e edifícios de concreto e ferro, por exemplo, são
elementos que absorvem o magnetismo de maneira acelerada.
A terapia magnética oferecida por nossos produtos supre a falta de
energia magnética no organismo, utilizando-se de um campo magnético
equilibrado gerado por várias pastilhas fóton-magnéticas. Essa reposição de
energia magnética pode levá-lo naturalmente para o perfeito equilíbrio da
saúde do corpo e da mente.
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energia eletrica 2
Energia Elétrica
Os avanços tecnológicos dos últimos séculos se mostraram de extrema importância para a sociedade moderna. Equipamentos eletroeletrônicos, como computador, televisão, aparelhos de som, condicionadores de ar, aquecedores e diversos outros equipamentos só existem graças à energia elétrica.
A descoberta das cargas elétricas por Tales de Mileto, na Grécia antiga, foi fundamental para a evolução tecnológica dos tempos modernos.
A energia elétrica é a capacidade de uma corrente elétrica realizar trabalho. Essa forma de energia pode ser obtida através da energia química ou da energia mecânica. Através de turbinas e geradores que transformam essas formas de energia em energia elétrica.
Ela é obtida através da aplicação de uma diferença de potencial entre dois pontos de um condutor, gerando uma corrente elétrica entre seus terminais. Hoje em dia a energia elétrica é a principal fonte de energia do mundo.
A principal função da energia elétrica é a transformação desse tipo de energia em outros tipos, como, por exemplo, a energia mecânica e a energia térmica.
Para calcularmos a energia elétrica usamos a equação:
Eel = P . ∆t
Onde:
Eel é a energia elétrica
P é a potência
∆t é a variação do tempo
No sistema internacional (SI), a energia elétrica é dada em joule (J), porém, a unidade de medida mais utilizada é o quilowatt-hora (kWh).
No Brasil, 98% da energia elétrica produzida vêm das usinas hidrelétricas, e o restante é a combinação das usinas nucleares (Angra I e Angra II) e das fontes de energias renováveis (Termoelétricas e energia Eólica).
As companhias energéticas utilizam o kWh para a medição do consumo de energia elétrica de um determinado estabelecimento. Para calcular a conta de energia elétrica, a companhia energética, multiplica o custo unitário do kWh pela quantidade de energia consumida durante o mês. Por exemplo:
Se o consumo no mês de maio foi de 120 kWh e o custo de 1 kWh é de R$ 0,48, a conta de energia referente a esse mês será de:
C = 120 x 0,48
C = R$ 57,60
A energia elétrica é a capacidade de uma corrente elétrica realizar trabalho. Essa forma de energia pode ser obtida através da energia química ou da energia mecânica. Através de turbinas e geradores que transformam essas formas de energia em energia elétrica.
Ela é obtida através da aplicação de uma diferença de potencial entre dois pontos de um condutor, gerando uma corrente elétrica entre seus terminais. Hoje em dia a energia elétrica é a principal fonte de energia do mundo.
A principal função da energia elétrica é a transformação desse tipo de energia em outros tipos, como, por exemplo, a energia mecânica e a energia térmica.
Para calcularmos a energia elétrica usamos a equação:
Eel = P . ∆t
Onde:
Eel é a energia elétrica
P é a potência
∆t é a variação do tempo
No sistema internacional (SI), a energia elétrica é dada em joule (J), porém, a unidade de medida mais utilizada é o quilowatt-hora (kWh).
No Brasil, 98% da energia elétrica produzida vêm das usinas hidrelétricas, e o restante é a combinação das usinas nucleares (Angra I e Angra II) e das fontes de energias renováveis (Termoelétricas e energia Eólica).
As companhias energéticas utilizam o kWh para a medição do consumo de energia elétrica de um determinado estabelecimento. Para calcular a conta de energia elétrica, a companhia energética, multiplica o custo unitário do kWh pela quantidade de energia consumida durante o mês. Por exemplo:
Se o consumo no mês de maio foi de 120 kWh e o custo de 1 kWh é de R$ 0,48, a conta de energia referente a esse mês será de:
C = 120 x 0,48
C = R$ 57,60
energia eletrica
Energia Elétrica
Energia elétrica (AO 1945: Energia eléctrica) é uma forma de energia baseada na geração dediferenças de potencial elétrico entre dois pontos, que permitem estabelecer uma corrente elétricaentre ambos. Mediante a transformação adequada é possível obter que tal energia mostre-se em outras formas finais de uso direto, em forma de luz, movimento ou calor, segundo os elementos da conservação da energia.
É uma das formas de energia que a humanidade mais utiliza na atualidade, graças a sua facilidade de transporte, baixo índice de perda energética durante conversões.
A energia elétrica é obtida principalmente através de termoelétricas, usinas hidrelétricas, usinas eólicas e usinas termonucleares.
Geração de eletricidade
A geração de energia elétrica se leva a cabo mediante diferentes tecnologias. As principais aproveitam um movimento rotatório para gerar corrente alternada em um alternador. O movimento rotatório pode provir de uma fonte de energia mecânica direta, como a corrente de uma queda d'água ou o vento, ou de um ciclo termodinâmico.
Em um ciclo termodinâmico se esquenta um fluido e se consegue com que realize um circuito no qual move um motor ou uma turbina. O calor deste processo se obtém mediante a queima decombustíveis fósseis, as reações nucleares ou outros processos, como o calor proveniente do interior da Terra ou o calor do Sol.
A geração de energia elétrica é uma atividade humana básica já que está diretamente relacionada com os requerimentos primários da humanidade. Todas as formas de utilização das fontes de energia, tanto as convencionais como as denominadas alternativas ou não convencionais, agridem em maior ou menor medida o nosso meio ambiente.
Transporte de energia elétrica
É o segmento responsável pelo transporte de energia elétrica desde as unidades de geração até os grandes centros de consumo. A atividade também pode ser dividida em operação e expansão. Exemplos: Cabos e outros condutores. Que formam as linhas de transmissão.
Distribuição de energia elétrica
A rede de distribuição de energia elétrica é um segmento do sistema elétrico, composto pelas redes elétricas primárias ( redes de distribuição de média tensão), e redes secundárias ( redes de distribuição de baixa tensão) , cuja construção, manutenção e operação é responsabilidade das companhias distribuidoras de eletricidade.
As redes de distribuição primárias, são circuitos elétricos trifásicos a três fios ( três fases ), ligados nas subestações de distribuição, normalmente são construídas nas classes de tensão 15 KV, 23 KV, ou 34,5 KV. Nestas classes de tensão, as tensões nominais de operação poderão ser 11 KV, 12,6 KV, 13,2 KV, 13,8 KV , 21 KV, 23 KV, 33 KV, 34,5 KV . Os níveis de tensão 13.8 KV e 34.5 KV são padronizados pela legislação vigente, os demais níveis existem e continuam operando normalmente.
Nas redes de distribuição primárias, estão instalados os transformadores de distribuição, fixados em postes, cuja função é rebaixar o nível de tensão primário para o nível de tensão secundário( por exemplo,para rebaixar de 13,8 KV para 220 volts )
As redes de distribuição secundárias são circuitos elétricos trifásicos a quatro fios ( três fases e neutro) normalmente operam nas tensões (fase-fase/fase-neutro) 230/115 volts, 220/127 volts, 380/220 volts. Nestas redes estão ligados os consumidores, que são residências,padarias, lojas, etc, e também as luminárias da iluminação pública.
Estas redes atendem os grandes centros de consumo (população, grandes indústria, etc.)
Os estabelecimentos grandes como prédios, lojas e mercados consomem mais eletricidade, e necessitam de transformadores individuais de 75 kva, 112,5 kva, 150 kva. Em alguns casos,a tensão de fornecimento é 380/220 volts ou 440/254 volts.
Todo o sistema de distribuição é protegido por um sistema composto por disjuntores automáticos nas subestações onde estão ligados as redes primárias, e com chave fusível nos transformadores de distribuição, que em caso de curtocircuito desligam a rede elétrica
Meios de produção
A electricidade pode ser produzida em grandes quantidades a partir de diversas fontes. Segue-se uma tabela que indica diversas origens e fontes de energia, o equipamento utilizado para a produção, e alguns links adicionais relacionados.
energia nuclear 2
Energia Nuclear
O que é energia nuclear?
Abaixo as diferentes definições.
Existem duas formas de aproveitar a energia nuclear para convertê-la em calor: A fissão nuclear, onde o núcleo atômico se subdivide em duas ou mais partículas, e a fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos atômicos se unem para produzir um novo núcleo.
A energia nuclear provém da fissão nuclear do urânio, do plutônio ou do tório ou da fusão nuclear do hidrogênio. É energia liberada dos núcleos atômicos, quando os mesmos são levados por processos artificiais, a condições instáveis.
Todos os materiais são formados por um número limitado de átomos, que, por sua vez, são caracterizados pela carga elétrica de seu núcleo e simbolizados pela letra Z. Em física, a descrição adequada do átomo para a compreensão de um determinado fenômeno depende do contexto considerado. Para os objetivos deste artigo, restritos às aplicações da energia nuclear, podemos considerar o núcleo como composto de prótons, com carga elétrica positiva, e nêutrons, sem carga. Ambos são denominados genericamente núcleons. A letra Z que caracteriza cada um dos átomos, naturais ou artificiais, representa o número de prótons no núcleo.
A maior parte da massa do átomo está concentrada em seu núcleo, que é muito pequeno (10-12 cm a 10-13 cm). Prótons e nêutrons têm massa aproximadamente igual, da ordem de 1,67 x 10-24 gramas, e são caracterizados por parâmetros específicos (números quânticos) definidos pela mecânica quântica, teoria que lida com os fenômenos na escala atômica e molecular.
Os prótons, por terem a mesma carga, se repelem fortemente devido à força eletrostática. Isso tenderia a fazer com que essas partículas se afastassem umas das outras, o que inviabilizaria o modelo. Mas, como os núcleos existem, podemos concluir que deve existir uma força de natureza diferente da força eletromagnética ou da força gravitacional – e muito mais intensa que estas – que mantém os núcleos coesos.
Quanto maior a energia de ligação média (soma de todos os valores das energias de ligação dividida pelo número de partículas), maior a força de coesão do núcleo. Este artigo irá tratar da energia nuclear, que está relacionada a essa força, bem como de seus usos na sociedade.
Decaimento nuclear
O decaimento radioativo ocorre segundo as leis da probabilidade. O processo é complexo e explicá-lo aqui fugiria ao escopo deste artigo. Assim, basta saber que nele o núcleo se transforma no de um outro elemento ao ter sua carga elétrica mudada pela emissão de radiação, mudando o número de prótons e/ou nêutrons (figura 1).
Figura 1. Processo de desintegração nuclear
O decaimento pode ocorrer sucessivamente, causando uma cadeia de desintegrações, até que resulte um elemento estável. O tempo que um certo número de núcleos de um radioisótopo leva para que metade de sua população decaia para outro elemento por desintegração é denominado meia-vida do radioisótopo.
A radiação emitida no decaimento é composta de partículas e/ou radiação gama e é característica do decaimento. Assim, os radioisótopos podem ser caracterizados pelas emissões produzidas no decaimento, que servem como uma ‘assinatura’ para cada um deles.
A desintegração pelo decaimento pode ocorrer espontaneamente ou ser provocada pela instabilidade criada em núcleos estáveis, pelo bombardeio com partículas ou com radiação eletromagnética. Na natureza, os elementos apresentam-se geralmente como uma mistura de diferentes isótopos, estáveis ou radioativos. Por exemplo, o urânio, que tem 92 prótons (Z = 92), é encontrado como uma mistura de 99,3% de urânio-238 (238U, com 146 nêutrons) e 0,7% de urânio-235 (235U, 143 nêutrons), além de frações muito pequenas de outros isótopos – o número que segue o nome do elemento químico ou antecede sua sigla é o chamado número de massa (A), ou seja, a soma de seus prótons e nêutrons.
Cada isótopo instável tem sua meia-vida característica. A meia-vida do 238U é de 4,47 x 109 anos, o que significa que são necessários 4,47 bilhões de anos para reduzir à metade sua quantidade inicial. Ao decair, o 238U produz outro elemento instável, o tório-234, cuja meia-vida é de 24,1 dias. Este, por sua vez, também decai, produzindo outro isótopo instável (protactínio-234) e assim por diante, até que a estabilidade seja alcançada com a formação do chumbo com 206 núcleons (206Pb).
energia nuclear
Energia Nuclear
Energia nuclear é a energia liberada numa reação nuclear, ou seja, em processos de transformação denúcleos atômicos. Alguns isótopos de certos elementos apresentam a capacidade de se transformar em outros isótopos ou elementos através de reações nucleares, emitindo energia durante esse processo. Baseia-se no princípio da equivalência de energia e massa (observado por Albert Einstein), segundo a qual durante reações nucleares ocorre transformação de massa em energia. Foi descoberta por Hahn, Straßmanne Meitner com a observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urânio com nêutrons.
A tecnologia nuclear tem como uma das finalidades gerar eletricidade. Aproveitando-se do calor emitido na reação, para aquecer a água até se tornar vapor, assim movimentando um turbogerador. A reação nuclear pode acontecer controladamente em um reator de usina nuclear ou descontroladamente em uma bomba atômica. Em outras aplicações aproveita-se da radiação ionizante emitida.
A reação nuclear é a modificação da composição do núcleo atômico de um elemento, podendo transformar-se em outro ou outros elementos. Esse processo ocorre espontaneamente quando não acontece metamorfose em alguns elementos. O caso mais interessante é a possibilidade de provocar a reação mediante técnicas de bombardeamento de nêutrons ou outras partículas. Existem duas formas de reações nucleares: a fissão nuclear, onde o núcleo atômico subdivide-se em duas ou mais partículas; e a fusão nuclear, na qual ao menos dois núcleos atômicos se unem para formar um novo núcleo.
Tipos de reações nucleares
Exemplo
Apenas um exemplo das mais de 1000 possíveis fissões de urânio-235: Urânio captura um nêutron, torna-se instável e fraciona em bário e criptônio com emissão de dois nêutrons.
Com esta reação Hahn e Strassmann demonstraram a fissão em 1938 através da presença de bário na amostra, usando espectroscopia de massa.
História da energia nuclear
Ernest Rutherford, o descobridor do núcleo atômico, estava fazendo pesquisas sobre a configuração do átomo em livros de uma biblioteca, e descobriu, através do uso dos raios catódicos, que estes poderiam ser modificados através de bombardeamento com partículas rápidas. Com a descoberta do nêutronficou claro que deveriam existir muitas possibilidades dessas modificações. Enrico Fermi suspeitava que o núcleo ficaria cada vez maior acrescentando nêutrons. Ida Noddack foi a primeira a suspeitar que "durante o bombardeamento de núcleos pesados com nêutrons, estes poderiam quebrar-se em pedaços grandes, que são isótopos de elementos conhecidos, mas não vizinhos dos originais na tabela periódica"
A fissão nuclear foi descoberta por Otto Hahn e Fritz Straßmann em Berlim-1938 e explicada por Lise Meitner e Otto Frisch (ambos em exílio na Suécia) logo depois, com a observação de uma fissão nuclear depois da irradiação de urânio com nêutrons.
A primeira reação em cadeia foi realizada em dezembro de 1942 em um reator de grafite de nome Chicago Pile 1(CP-1), no contexto do projeto Manhattan com a finalidade de construir a primeira bomba atômica, sob a supervisão de Enrico Fermi na Universidade de Chicago.
Tipos de reatores
Reatores de fissão
Existem vários tipos de reatores, de água leve (ingl. Light Water reactor ou LWR), reatores de água pesada (ingl. Heavy Water Reactor ou HWR), reator de rápido enriquecimento ou "reatores incubadores" (ingl. Breeder reactor) e outros, dependendo da substância moderador usada. Um reator de rápido enriquecimento gera mais material físsil (combustível) do que consome. A primeira reação em cadeia foi realizada num reator de grafite. O reator que levou o acidente nuclear de Chernobyl também era de grafite. A maioria dos reatores em uso para geração de energia elétrica no mundo são do tipo água leve. A nova geração de usinas nucleares, denominada G3+, incorpora conceitos de segurança passiva, pelos quais todos os sistemas de segurança da usina são passivos, o que as tornam intrinsecamente seguras. Como reatores da próxima geração (G4) são considerados reatores de sal fundido ou MSR (ingl. molten salt reactor). Ainda em projeto conceitual, será baseada no conceito de um reator de rápido enriquecimento.
Reatores de fusão
O emprego pacífico ou civil da energia de fusão está em fase experimental, existindo incertezas quanto a sua viabilidade técnica e econômica.
O processo baseia-se em aquecer suficientemente núcleos de deutério até obter-se o estado plasmático. Nesse estado, os átomos de hidrogênio se desagregam permitindo que ao se chocarem ocorra entre eles uma fusão produzindo átomos de hélio. A diferença energética entre dois núcleos de deutério e um de hélio será emitida na forma de energia que manterá o estado plasmático com sobra de grande quantidade de energia útil.
A principal dificuldade do processo consiste em confinar uma massa do material no estado plasmático já que não existem reservatórios capazes de suportar as elevadas temperaturas a ele associadas. Um meio é a utilização do confinamento magnético.
Os cientistas do projeto Iter, do qual participam o Japão e a União Européia, pretendem construir uma central experimental de fusão para comprovar a viabilidade econômica do processo como meio de obtenção de energia.
Bomba atômica
As bombas nucleares fundamentam-se na reação nuclear (i.e. fissão ou fusão nuclear) descontrolada e portanto explosiva.
A eficácia da bomba atômica baseia-se na grande quantidade de energia liberada e em sua toxicidade, que apresenta duas formas: radiação e substâncias emitidas (produtos finais da reação e materiais que foram expostos à radiação), ambas radioativas. A força da explosão é de 5 mil até 20 milhões de vezes maior, se comparada a explosivos químicos. A temperatura gerada em uma explosão termonuclear atinge de 10 até 15 milhões de graus Celsius no centro da explosão.
Na madrugada do dia 16 de julho de 1945, ocorreu o primeiro teste nuclear da história, realizado no deserto de Alamogordo, Novo México, o chamado Trinity test.
O segundo, empregado pela primeira vez para fins militares durante a Segunda Guerra Mundial, foi na cidade japonesa de Hiroshima e o terceiro, na cidade de Nagasaki. Essas explosões mataram ao todo cerca de 155.000 pessoas imediatamente, além de 110.000 pessoas que morrerem durante as semanas seguintes, em consequência dos efeitos da radioatividade. Além disso, suspeita-se que até hoje mais 400.000 morreram devido as efeitos de longo prazo da radioatividade.
As bombas termonucleares são ainda mais potentes e fundamentam-se em reações de fusão de hidrogênioativadas por uma reação de fissão prévia. A bomba de fissão é o ignitor da bomba de fusão devido à elevada temperatura para iniciar o processo da fusão.
Toxicidade de radioativos
A toxicidade baseia-se na radiação emitida pelas substâncias envolvidas na reação nuclear. Assim, tanto o material utilizado, quanto todo entorno serão fonte de radioatividade e, portanto, tóxicos.
A descobridora da radiação ionizante, Marie Curie, sofreu envenenamento radioativo, em 1898, por manipular materiais radioativos levando a inflamação nas pontas dos dedos e no final da vida ela sofreu e morreu deleucemia.
Aplicação civil
A fissão nuclear do urânio é a principal aplicação civil da energia nuclear. É usada em centenas de centrais nucleares em todo o mundo, principalmente em países como a França, Japão, Estados Unidos, Alemanha, Suécia, Espanha, China, Rússia, Coreia do Norte, Paquistão e Índia, entre outros.
A percentagem da energia nuclear na geração de energia mundial é de 6,5% (1998,UNDP) e de 16% na geração de energia elétrica. No mês de janeiro de2009 estavam em funcionamento 210 usinas nucleares em 31 países com ao todo 438 reatores produzindo a potência elétrica total de 372 GW.
| País | Em funcionamento | Desligado | Em construção | Geração de energia elétrica | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nú- mero | Potência líquida em MW | Potência bruta em MW | Nú- mero | Potência líquida em MW | Potência bruta em MW | Nú- mero | potência líquida em MW | Potência bruta em MW | 2006 em TWh | Percen- tagem em % | |
 África do Sul | 2 | 1.800 | 1.888 | – | – | – | – | – | – | 10,1 | 4 |
 Alemanha | 9 [2] | 12.004 | 12.607 | 27 | 14.365 | 15.083 | – | – | – | 158,7 | 26 |
 Argentina | 2 | 935 | 1.005 | – | – | – | 1 | 692 | 745 | 6,9 | 7 |
 Arménia | 1 | 376 | 408 | 1 | 376 | 408 | – | – | – | 2,4 | 42 |
 Bélgica | 7 | 6.092 | 5.801 | 1 | 11 | 12 | – | – | – | 44,3 | 54 |
 Brasil | 2 | 1.901 | 2.007 | – | – | – | 1 | 1.405 | 1.500 | 13,8 | 3 |
 Bulgária | 2 | 1.906 | 2.000 | 4 | 1.632 | 1.760 | 2 | 1.906 | 2.000 | 18,1 | 44 |
 Canadá | 18 | 12.584 | 13.360 | – | – | – | 7 | 3.046 | 3.243 | 92,4 | 16 |
 Cazaquistão | – | – | – | 1 | 52 | 90 | – | – | – | – | – |
 China | 11 | 8.587 | 9.078 | – | – | – | 5 | 4.220 | 4.534 | 54,8 | 2 |
 Coreia do Sul | 20 | 16.810 | 17.716 | – | – | – | 4 | 3.800 | 4.000 | 141,2 | 39 |
 Eslováquia | 5 | 2.034 | 2.200 | 2 | 518 | 584 | – | – | – | 16,6 | 57 |
 Eslovênia | 1 | 666 | 730 | – | – | – | – | – | – | 5,3 | 40 |
 Espanha | 8 | 7.450 | 7.728 | 2 | 621 | 650 | – | – | – | 57,4 | 20 |
 Estados Unidos | 104 | 99.210 | 105.664 | 28 | 9.764 | 10.296 | 1 | 1.165 | 1.218 | 787,2 | 19 |
 Finlândia | 4 | 2.676 | 2.780 | – | – | – | 1 | 1.600 | 1.720 | 22,0 | 20 |
 França | 59 | 63.363 | 66.130 | 11 | 3.951 | 4.098 | 1 | 1.600 | 1.650 | 428,0 | 78 |
 Países Baixos | 1 | 482 | 515 | 1 | 55 | 58 | – | – | – | 3,3 | 4 |
 Hungria | 4 | 1.755 | 1.866 | – | – | – | – | – | – | 12,5 | 38 |
 Índia | 17 | 3.732 | 3.900 | – | – | – | 6 | 2.910 | 3.160 | 15,6 | 3 |
 Irã | – | – | – | – | – | – | 1 | 915 | 1.000 | – | – |
 Itália | – | – | – | 4 | 1.423 | 1.472 | – | – | – | – | – |
 Japão | 0[3] | 56 | 566 | 624 | 1 | 866 | 912 | 291,5 | 30 | ||
 Lituânia | 1 | 1.185 | 1.300 | 1 | 1.185 | 1.300 | – | – | – | 8,7 | 70 |
 México | 2 | 1.360 | 1.364 | – | – | – | – | – | – | 10,4 | 5 |
 Paquistão | 2 | 425 | 462 | – | – | – | 1 | 300 | 325 | 2,5 | 3 |
 Reino Unido | 19 | 10.982 | 11.902 | 26 | 3.324 | 3.810 | – | – | – | 69,2 | 19 |
 República Checa | 6 | 3.538 | 3.742 | – | – | – | – | – | – | 24,5 | 32 |
 Roménia | 2 | 1.310 | 1.412 | – | – | – | – | – | – | 5,2 | 9 |
 Rússia | 31 | 21.743 | 23.242 | 5 | 786 | 849 | 7 | 4.585 | 4.876 | 144,3 | 16 |
 Suécia | 10 | 8.916 | 9.275 | 3 | 1.210 | 1.242 | – | – | – | 65,0 | 48 |
 Suíça | 5 | 3.220 | 3.372 | – | – | – | – | – | – | 26,3 | 37 |
 Taiwan | 6 | 4.884 | 5.144 | – | – | – | 2 | 2.600 | 2.700 | 37,0 | 22 |
 Ucrânia | 15 | 13.107 | 13.835 | 4 | 3.500 | 3.800 | 2 | 1.900 | 2.000 | 84,8 | 48 |
| Mundo | 432 | 362.626 | 382.858 | 125 | 43.339 | 46.407 | 42 | 32.105 | 34.083 | 2.660 | 17 |
Vantagens da energia nuclear
A principal vantagem da energia nuclear é a não utilização de combustíveis fósseis. Considerada como vilã no passado, a Energia Nuclear passou gradativamente a ser defendida por ecologistas de nome como James E. Lovelock por não gerarem gases de efeito estufa. Estes ecologistas defendem uma virada radical em direção à energia nuclear como forma de combater o aquecimento global argumentando que particularmente áreas contaminadas por acidentes nucleares como a região de Chernobyl se tornam em parques ecológicos perfeitos com natureza plena e selvagem.
Em comparação com a geração hidrelétrica, a geração a partir da energia nuclear apresenta a vantagem de não necessitar o alagamento de grandes áreas para a formação dos lagos de reservatórios, evitando assim a perda de áreas de reservas naturais ou de terras agriculturáveis, bem como a remoção decomunidades inteiras das áreas que são alagadas. Outra vantagem da energia nuclear em relação à geração hidrelétrica é o fato de que a energia nuclear é imune à alterações climáticas futuras que porventura possam trazer alterações no regime de chuvas.
Já que a maior parte (cerca de 96%) do combustível nuclear queimado é constituída de Urânio natural, uma grande parte do combustível utilizado nos reatores nucleares é reprocessado em plantas de reprocessamento como a Urenco no Novo México. Cerca de 60% do combustível nuclear é mandado diretamente para o reprocessamento. O reprocessamento visa re-enriquecer o urânio exaurido, tornando possível que ele seja novamente utilizado como combustível.
A parte do combustível que não é reprocessada imediatamente é armazenada para reprocessamento futuro, ou é armazenada semi-definitivamente em depósito próprio.
Cerca de 4% do total do combustível queimado é constituído dos chamados produtos de fissão e da série dos actinídeos, que são originados a partir da fissão do combustível nuclear. Estes podem incluir elementos altamente radioativos como o Plutônio, Amerício e Césio. Atualmente esses elementos são separados do urânio que será reprocessado e são armazenados em depósitos projetados especificamente para armazenamento de elementos radioativos ou utilizados em pesquisas. O Plutônio tem valor estratégico e científico particularmente alto por ser utilizado na fabricação de armamentos nucleares e também para pesquisas relacionadas aos chamados Fast Breed Reactors, que são reatores que operam utilizando uma combinação de urânio natural e plutônio como combustível. O Plutônio também é utilizado como combustível de satélites artificiais.
Desvantagens da energia nuclear
Resíduos radioativos
O rejeito radioativo de usinas nucleares é normalmente baixo, mas representa um problema pois os elementos contidos no combustível queimado, principalmente os produtos de fissão, demoram um tempo muito longo para decairem em outros elementos e apresentam alta radioatividade, portanto é necessário que eles fiquem confinados em um depósito próprio onde não possa haver nem interferência humana externa nem interferência ambiental (já que a inteferência ambiental pode causar vazamentos e deslocamento dos elementos).
Mesmo não representando considerável perigo na forma conhecida por "intoxicação metais pesados", o plutônio mostra-se particularmente tóxico se inalado. Sua toxidade por inalação supera em cerca de 10.000 vezes sua toxidade por ingestão, e a aspiração de minúsculas quantidades deste elemento pode levar - a médio prazo - a uma morte por câncer de pulmão.Na década de 80 o físico Ralph Nader afirmou que com apenas um quilograma de Plutônio-239 seria teoricamente possível a extinção da população humana a longo prazo (considerado uma dose letal por inalação de poucos microgramas e os danos genéticos com uma dose mutagênica de poucos nanogramas). Essa afirmação só é verdadeira quando não é considerado que existe uma dose não fatal de plutônio. Em 1989 o físico Bernard L. Cohen desafiou Ralph Nader, propondo ingerir a quantidade de plutônio que Ralph Nader usou para fazer essa afirmação. Ralph Nader recusou o desafio [10][11]. Levando em conta quanto plutonio é realmente absorvido na inalação e o tempo de exposição, é possível calcular o número de mortes para 2 milhões por libra, ou 0.45 quilos, mostrando o plutônio como menos tóxico do que o anthrax.Em um ano, um reator nuclear de 1200 MW (como p. ex. o de Angra 2) produz 265kg desse material, que tem uma meia-vida de 24.000 anos, e há material de sobra para se produzirem danos consideráveis às populações humanas e meio ambiente em geral.
Acidentes
O acidente no reator de Chernobyl (ex-URSS) contaminou radioativamente uma área de aproximadamente 150.000km² (corresponde mais de três vezes o tamanho do estado do Rio de Janeiro), sendo que 4.300km² possuem acesso interditado indefinidamente. Até 180 quilômetros distantes do reator situam-se áreas com uma contaminação de mais de 1,5 milhões de Becquerel por km², o que as deixa inabitáveis por milhares de anos.
Um reator nuclear precisa de resfriamento, mesmo em estado desligado, pois os processos de decaimento espontâneos desenvolvem uma quantidade de calor que pode chegar até 10% da força máxima do reator. Caso todos os sistemas de resfriamento falhem, o reator se esquenta, fazendo com que os metais dos combustíveis entrem em fusão, que acontece a temperaturas em volta de 2000°C. Nesse caso existe perigo do combustível fundir um buraco no contêiner de segurança, com a inevitável contaminação radioativa dos arredores da usina. Para evitar tal caso, uma usina nuclear tem cascatas de sistemas de resfriamento.
A falha de resfriamento pode ser causado por erros humanos, impacto de catástrofes naturais ou ataques terroristas. Foram falhas de funcionários no caso do acidente da usina Three Mile Island perto de Harrisburg, Pennsylvania, E.U.A que levou a destruição completa do reator e o vazamento de substâncias radioativas com mais de 1,6 · 1015 Bq no dia 28 de março de 1979 (nível 5 na escla INES).
Um terremoto da 8,9 na escala Richter e o subsequente tsunami levou ao acidente nuclear de Fukushima I (nível 7 na escala INES). A falha de resfriamento fez os níveis de água nos tanques de de arrefecimento baixar, provocando aquecimento dos combustíveis e a formação de hidrogênio em 4 dos 6 blocos da central. As seguintes explosões destruiram os prédios e causaram vazamentos em contêineres de segurança com liberação de materias radioativos.
Em 1993 uma pessoa demente ultrapassou as barricadas de segurança da usina "Three Mile Island" com um carro e chegou até o salão de turbinas. Nesse momento o reator estava em operação sob plena carga. Foi condenada sob acusação de causar ou arriscar a uma catástrofe e internada em psiquiatria.
Perigos aos funcionário
Principalmente todo funcionário operando na proximidade de substâncias radioativas está exposto ao risco de contaminação e portanto deve cumprir regras rígidas de segurança radiológica. Mesmo assim, já aconteceram vários imprevistos na história da energia nuclear, nem todos classificados pela Agência Internacional de Energia Nuclear (IAEO).
Um funcionário do instituto de pesquisa nuclear belga em Mol (EURATOM) sofreu um acidente em 1980 que o expôs a Plutônio-239 e provavelmente o levou a morte por leucemia 8 anos depois. Pesquisas feitas em cachorros, motivadas por esse incidente, demonstraram que 3,24 microgramas de Plutônio-239 absorvidos pelo pulmão resultam em morte por câncer.
Segurança
A Agência Internacional de Energia Atómica alertou que terroristas poderiam vir a comprar resíduos radioativos, por exemplo de países da ex-URSS ou de países com ditaduras que usam tecnologias nucleares, tais como Irã ou Coreia do Norte, e construir uma chamada "bomba suja".
O quão fácil é desviar materiais altamente radioativos é demonstrado pelo exemplo do acidente radiológico de Goiânia, no Brasil em 1987, onde uma cápsula contendo Césio-137 foi encontrada por moradores em um lixão, contida dentro de uma máquina hospitalar em um hospital abandonado.
Uma usina nuclear, justamente por lidar com algo potencialmente perigoso e que já resultou em acidentes no passado, tem normas de segurança tanto nacionais quanto internacionas que garantem que cada procedimento seja feito de acordo com todos os padrões de segurança. A Agência Internacional de Energia Atômica é um orgão internacional regulatório que salva-guarda a construção e uso da energia nuclear no mundo. Os requisitos para a obtenção de salva-guarda são severos e reconhecidos pela exigência em relação à segurança e operação de usinas nucleares; sem uma salva-guarda, um país é proibido de realizar a construção de instalações nucleares. Um dos requisitos para a obtenção de salva-guarda é que a instalação em questão deve ser supervisionada durante toda a sua existência por um grupo internacional de supervisores especializados em segurança radiológica e nuclear.
Gases de estufa
Os insumos necessários e auxiliares à produção da energia nuclear, como a fabricação de recipientes próprios e refinamento do combustível nuclear, ou seja, para operacionalizá-la de forma geral, leva a uma consequente produção de gases de estufa entre 3 e 6 vezes maior comparada com a energia hídrica e eólica.
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