Descrição

Como o assunto energia é multifacetado, este livro tem diversos propósitos. O primeiro e mais importante é que o livro procura explicar os princípios físicos básicos relacionados às diferentes transformações de energia que ocorrem, incluindo o estudo da mecânica, da eletricidade e do magnetismo, da termodinâmica e da física atômica e nuclear. Ao mesmo tempo, ele aborda questões ambientais cruciais causadas pelo uso da energia que, atualmente, estão recebendo muita atenção pública, tais como aquecimento global, lixo radioativo e resíduos sólidos nos municípios. O melhor meio de compreender as consequências das alternativas energéticas atuais e futuras, assim como o equilíbrio ambiental, social e econômico que precisa ser atingido, é entender os princípios científicos envolvidos.

Esses princípios são apresentados com uma quantidade mínima de material de matemática e com a ajuda de exemplos do dia a dia. Cada capítulo traz um conjunto de problemas (principalmente, não relacionados à matemática) que visam enfatizar os princípios e aplicá-los a situações referentes à energia e ao ambiente. Também estão incluídos muitos dos tópicos padrão encontrados nos livros introdutórios à física. Como consequência, este livro pode ser utilizado como texto básico de um curso de física conceitual ou ciência física tendo a energia como o tema central, como tem sido a nossa prática.

Em segundo lugar, o livro examina diferentes aspectos de cada fonte de energia, incluindo os princípios envolvidos e as consequências ambientais e econômicas de seu uso. A energia renovável é abordada no início, depois da transferência de calor, e praticamente tudo, desde sistemas de aquecimento solar a dispositivos fotovoltaicos e geradores eólicos, é analisado.

Os princípios da energia nuclear e o debate sobre o descarte de lixo radioativo são analisados detalhadamente. No centro da maioria dos esquemas de conversão de energia estão as máquinas térmicas, por isso, os princípios gerais desta área são desenvolvidos no começo do livro (Capítulo 4). Os aspectos ambientais da geração e do uso da eletricidade são outro tema básico. A poluição do ar e o aquecimento global também são tratados no início, em capítulos separados, assim como alguns meios pelos quais seu impacto pode ser controlado ou diminuído.

Em terceiro lugar, o livro procura integrar as complexas questões relativas à política de energia e a possíveis estratégias de energia. Não existem respostas simples ou alternativas únicas que possam atender a todas as nossas necessidades referentes à energia, a preservar nossa prosperidade econômica e a proteger nosso meio ambiente.

São apresentadas questões (muitas delas, não respondidas) ao longo de todo este livro, com o objetivo de incentivar os leitores a pensarem à frente, de modo crítico, e talvez até mesmo começarem a desenvolver suas próprias soluções. As questões “Como você escolheria?”, no começo de cada capítulo, encorajam uma abordagem mais crítica. O importante tema da conservação da energia é enfatizado com exemplos em todo o livro, em vez de em um capítulo separado, porque o uso eficiente da energia deve ser motivo da maior preocupação em cada área - da mecânica da energia à transferência de calor e ao uso da eletricidade. São fornecidas sugestões práticas, as quais esperamos que façam os leitores avaliarem, de modo mais efetivo, seu papel no uso mais eficiente da energia.

Muitos livros abordam o tema da energia, mas poucos procuram ensinar princípios gerais da física e falar das muitas alternativas de fornecimento e de conservação de energia.

Esses temas são apresentados de tal forma que apelam ao crescente público de líderes que atuam em áreas não relacionadas a ciências, assim como fornecem informações relevantes aos que estão interessados em ciências e em engenharia.

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO – 1
A. Energia: uma Definição Inicial – 1
B. Uso da Energia e o Ambiente – 4
C. Padrões de Uso de Energia – 8
D. Recursos Energéticos – 15
E. Crescimento Exponencial e Esgotamento dos Recursos – 20
F. Petróleo: um Recurso Crítico – 24
G. Conservação de Energia – 28
H. Considerações Econômicas e Ambientais – 30
I. Cenários Futuros – 34

CAPÍTULO 2 - MECÂNICA DA ENERGIA – 49
A. Introdução – 49
B. Formas de Energia e suas Conversões – 51
C. Movimento – 55
D. Energia e Trabalho – 61
E. Exemplos de Trabalho e Energia – 66
F. Potência – 68
G. Resumo – 73

CAPÍTULO 3 - CONSERVAÇÃO DE ENERGIA – 95
A. Introdução – 95
B. Princípio da Conservação de Energia – 96
C. Exemplos de Conversão de Energia – 99
D. Eficiências na Conversão de Energia – 102
E. Uso da Energia nos Países em Desenvolvimento – 104
F. Um Barril, uma Caloria, um Btu? Equivalência de Energia – 110
G. Resumo – 114

CAPÍTULO 4 - CALOR E TRABALHO – 125
A. Introdução – 125
B. Calor e Trabalho e a Primeira Lei da Termodinâmica – 126
C. Temperatura e Calor – 129
D. Princípios de Transferência de Calor – 134
E. Máquinas Térmicas – 145
F. A Segunda Lei da Termodinâmica – 150
G. Resumo – 155

CAPÍTULO 5 - CONSERVAÇÃO DE ENERGIA RESIDENCIAL E CONTROLE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR – 161
A. Introdução – 161
B. Materiais de Construção – 162
C. Isolamento da Casa e Cálculos de Aquecimento – 164
D. Escolha de Local – 176
E. Impacto das Medidas de Conservação de Energia – 177
F. Resfriamento – 178
G. Condicionadores de Ar e Bombas de Calor – 181
H. Resumo – 186

CAPÍTULO 6 - ENERGIA SOLAR: CARACTERÍSTICAS E AQUECIMENTO – 195
A. Introdução – 195
B. Características da Radiação Solar Incidente – 199
C. História do Aquecimento Solar – 206
D. Visão Geral do Aquecimento Solar Contemporâneo – 213
E. Água Quente Solar Residencial – 214
F. Sistemas Solares Passivos de Aquecimento de Ambientes – 222
G. Sistemas Solares Ativos de Aquecimento de Ambientes – 228
H. Armazenamento de Energia Térmica – 231
I. Resumo – 234

CAPÍTULO 7 - ENERGIA DE COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS – 253
A. Introdução – 253
B. Terminologia dos Recursos – 255
C. Petróleo – 259
D. Gás Natural – 274
E. Carvão: Um Papel em Expansão – 278
F. Fontes Futuras de Petróleo – 286
G. Resumo – 288

CAPÍTULO 8 - POLUIÇÃO DO AR E USO DE ENERGIA – 305
A. Introdução – 305
B. Propriedades e Movimento da Atmosfera – 308
C. Poluentes do Ar e suas Fontes – 317
D. Padrões de Qualidade do Ar – 334
E. Dispositivos de Controle de Emissão em Automóveis – 339
F. Sistemas de Controle de Poluição de Fontes Estacionárias – 343
G. Resumo – 350

CAPÍTULO 9 - AQUECIMENTO GLOBAL E POLUIÇÃO TÉRMICA – 357
A. Introdução – 357
B. Aquecimento Global e Efeito Estufa: Observações – 359
C. Aquecimento Global: Possíveis Impactos – 367
D. Aquecimento Global: Possíveis Ações – 374
E. Poluição Térmica – 378
F. Efeitos Ecológicos da Poluição Térmica – 380
G. Torres e Lagoas de Resfriamento – 385
H. Usando os Resíduos de Calor – 387
I. Resumo – 389

CAPÍTULO 10 - ELETRICIDADE: CIRCUITOS E SUPERCONDUTORES – 395
A. Introdução à “Eletrificação” – 395
B. Reestruturação das Companhias de Energia Elétrica – 397
C. Cargas e Correntes Elétricas – 401
D. Baterias e Veículos Elétricos – 405
E. A Lei de Ohm – 411
F. Supercondutividade – 413
G. Circuitos Elementares – 416
H. Potência Elétrica – 419
I. Avaliando o Custo do Uso da Energia Elétrica – 422
J. Células a Combustível – 427
K. Resumo – 433

CAPÍTULO 11 - ELETROMAGNETISMO E GERAÇÃO DE ELETRICIDADE – 443
A. Forças e Campos Magnéticos – 444
B. A Geração de Eletricidade – 451
C. Transmissão de Energia Elétrica – 454
D. O Ciclo Vapor-Elétrico Padrão em uma Usina Geradora – 464
E. Cogeração – 467
F. Resumo – 471

CAPÍTULO 12 - ELETRICIDADE DE FONTES SOLARES, EÓLICAS E HÍDRICAS – 477
A. Introdução – 477
B. Princípios das Células Solares – 481
C. Manufatura das Células – 484
D. Economia e Sistemas Fotovoltaicos – 486
E. Energia Eólica – 493
F. Energia Hidráulica – 507
G. Instalações Elétricas Termossolares – 514
H. Resumo – 516

CAPÍTULO 13 - OS BLOCOS DE CONSTRUÇÃO DA MATÉRIA: O ÁTOMO E SEU NÚCLEO – 527
A. Hipótese Atômica – 528
B. Os Componentes do Átomo – 529
C. Níveis de Energia – 534
D. Estrutura Nuclear – 536
E. Radioatividade – 538
F. Cola Nuclear ou Energia de Interação Nuclear Forte – 542
G. A Alegria dos Choques Nucleares ou Reações Nucleares – 544
H. Fissão – 548
I. Resumo – 549

CAPÍTULO 14 - ENERGIA NUCLEAR: FISSÃO – 555
A. Introdução – 556
B. Reações em Cadeia – 563
C. Montagem de um Reator Nuclear – 566
D. Tipos de Reatores a Água Leve – 571
E. O Ciclo do Combustível Nuclear – 571
F. Resíduos Radioativos – 577
G. Desativação – 587
H. Liberações de Radioatividade – 587
I. Avaliação de Probabilidade de Risco e Segurança Nuclear – 599
J. Projetos Alternativos de Reatores – 602
K. Proliferação Nuclear – 607
L. Resumo Ambiental e Econômico da Energia Nuclear – 609
M. Resumo – 613

CAPÍTULO 15 - EFEITOS E USOS DA RADIAÇÃO – 619
A. Introdução – 619
B. Dose de Radiação – 620
C. Efeitos Biológicos da Radiação – 622
D. Radiação de Fundo, Incluindo Radônio – 627
E. Padrões de Radiação – 632
F. Usos Médicos e Industriais da Radiação – 634
G. Proteção contra a Radiação – 640
H. Resumo – 642

CAPÍTULO 16 - ALTERNATIVAS FUTURAS DE ENERGIA: FUSÃO – 651
A. O Potencial da Energia de Fusão – 651
B. Energia das Estrelas: o Processo de Fusão – 652
C. Condições para a Fusão – 654
D. Reatores de Fusão de Confinamento Magnético – 655
E. Fusão Induzida por Laser – 659
F. Fusão a Frio – 663
G. Resumo e Perspectivas para a Fusão – 665

CAPÍTULO 17 - BIOMASSA: DAS PLANTAS AO LIXO – 667
A. Introdução – 667
B. Conversão de Biomassa – 668
C. Alimento, Combustível, Fome – 679
D. Resíduos Sólidos Municipais – 683
E. Combustão de Madeira – 690
F. Resumo – 700

CAPÍTULO 18 - CANALIZANDO O CALOR DA TERRA: ENERGIA GEOTÉRMICA – 715
A. Introdução – 715
B. Origem e Natureza da Energia Geotérmica – 717
C. Sistemas Hidrotérmicos – 719
D. Exploração e Recursos Geotérmicos – 723
E. Recursos Geotérmicos de Baixa Temperatura – 726
F. Impactos Ambientais – 727
G. Resumo – 728

CAPÍTULO 19 - UM COMPROMISSO NACIONAL E PESSOAL – 731

APÊNDICE A – 737
APÊNDICE B – 739
APÊNDICE C – 741

GLOSSÁRIO – 745
ÍNDICE REMISSIVO – 753

Autores: Roger A. Hinrichs, Merlin Kleinbach e Lineu Belico dos Reis
Ano: 2015
Número de Páginas: 784
Tamanho: 16 x 23 cm
Editora: Cengage Learning
Acabamento: Brochura
ISBN: 978-85-2211-617-1