Exercícios: Obtenção de energia elétrica e poupança energética

O que é uma central elétrica? Explica por palavras tuas o que nela se faz: de onde vem a eletricidade que produz?

Numa central hidroelétrica há uma albufeira com água armazenada em altura, como na figura.

Explica de onde obtém a energia esta central e que aparelho se move quando a água cai.

Observa o aerogerador da figura:

O que move as pás de um aerogerador? Que energia aproveita uma central eólica? Em que tipo de locais achas que se instalam estas turbinas eólicas?

Os painéis solares dos telhados e dos satélites produzem eletricidade sem se moverem nem fazerem ruído, como o da figura.

Que energia recebem e em que a transformam?

Classifica estas fontes de energia em renováveis e não renováveis: o Sol, o vento, o carvão, a água de uma albufeira, o gás natural e o urânio. Explica que diferença existe entre os dois grupos.

Ordena estas etapas do percurso da eletricidade até à tua casa: as tomadas do teu quarto, a central elétrica, os cabos dos postes de alta tensão. Explica o que acontece em cada etapa.

Porque é que apagar a luz ao sair de uma divisão poupa energia, mesmo que a lâmpada seja fraca? Explica-o pensando no tempo que passa acesa.

Uma lâmpada LED de $10\ \text{W}$ dá a mesma luz que uma lâmpada antiga de $60\ \text{W}$.

1. a) Qual gasta menos energia para dar a mesma luz?
2. b) Quantas vezes gasta mais a antiga do que a LED?

Numa central termoelétrica acontecem estes processos, mas desordenados: o vapor move uma turbina; queima-se carvão; o gerador produz eletricidade; o calor aquece água e converte-a em vapor.

1. a) Ordena a cadeia desde o início até ao fim.
2. b) Que tipo de energia tem armazenada o carvão antes de ser queimado?

Uma central nuclear aquece água como uma central térmica, mas sem queimar nada.

1. a) Que «combustível» usa uma central nuclear?

1. b) Indica uma vantagem e um inconveniente deste tipo de central.

Indica uma vantagem e um inconveniente de cada uma destas centrais: a eólica e a solar. Pensa no que acontece nos dias sem vento e durante as noites.

Descreve o percurso completo da eletricidade desde a água armazenada de uma barragem até ao candeeiro da tua mesa de cabeceira, indicando todos os passos: o que se move ao cair a água, que aparelho gera a corrente e como chega até casa.

Uma aldeia quer abastecer-se apenas com painéis solares.

1. a) Que problema terá durante a noite e nos dias muito nublados?
2. b) Propõe duas soluções para ter eletricidade também nesses momentos.

Na sala de estar de uma casa há $5$ lâmpadas acesas.

1. a) Se forem antigas, de $60\ \text{W}$ cada uma, que potência consomem no total?
2. b) Se forem substituídas por lâmpadas LED de $10\ \text{W}$, que dão a mesma luz, que potência total consomem agora?
3. c) Quanta potência se poupa com a mudança?

A televisão desligada com o comando fica com uma luzinha vermelha acesa: é o consumo em espera ou «stand-by».

1. a) Achas que gasta energia mesmo parecendo desligada? Justifica a tua resposta.

1. b) Como conseguirias que não gastasse nada sem desmontar a televisão?

Um carregador de telemóvel ligado à tomada, mesmo que não tenha o telemóvel ligado a ele, consome $1\ \text{W}$.

1. a) Quantas horas passa ligado se não for retirado durante uma semana inteira?
2. b) Que energia consome nessa semana, em $\text{Wh}$? Pista: multiplica a potência pelo tempo.

Um vale com um rio caudaloso quer produzir a sua própria eletricidade e hesita entre uma barragem hidroelétrica e uma central térmica a gás.

1. a) Indica uma vantagem de cada opção.
2. b) Indica um inconveniente de cada opção.
3. c) Qual escolherias para o vale? Justifica a tua escolha com as respostas anteriores.

Na natureza quase não encontramos eletricidade «livre» pronta a usar, exceto os relâmpagos: é necessário produzi-la transformando outras energias.

1. a) Escreve a cadeia completa de transformações de uma central termoelétrica, desde a energia armazenada no carvão até à eletricidade.
2. b) Explica com essa cadeia porque dizemos que a eletricidade é muito cómoda de usar, mas tem de ser sempre «paga» com outra energia.

A família da Nádia instala painéis solares no telhado, mas continua ligada à rede elétrica.

1. a) Porque é que não se desligam totalmente da rede?
2. b) O que achas que acontece com a energia que sobra ao meio-dia de um dia de sol?
3. c) Que vantagem tem permanecer ligado à rede além de ter painéis?

O router de internet consome $10\ \text{W}$ e está ligado todo o dia, todos os dias do ano.

1. a) Quanta energia gasta num dia, em $\text{Wh}$?
2. b) Quanta gasta num ano de $365$ dias, em $\text{Wh}$?
3. c) Converte o resultado anual para $\text{kWh}$, sabendo que $1\ \text{kWh} = 1000\ \text{Wh}$.

A Beatriz diz: «Deveríamos produzir toda a eletricidade com energias renováveis». O Bruno responde: «Não é possível, porque o Sol e o vento às vezes falham».

1. a) Explica em que é que cada um tem razão.
2. b) Refere duas formas de armazenar ou obter energia para os momentos em que o Sol e o vento falham.
3. c) Com que opinião estás mais de acordo? Apresenta argumentos que justifiquem a tua resposta.

Os eletrodomésticos têm uma etiqueta energética com uma letra, de A (os mais eficientes) a G (os menos eficientes), como a da figura.

1. a) Entre dois frigoríficos do mesmo tamanho, um de classe A e outro de classe F, qual comprarias a pensar na fatura da eletricidade?
2. b) O de classe A custa mais ao comprar; porque é que pode compensar a longo prazo?
3. c) Porque é que a eficiência importa tanto justamente no frigorífico, que está ligado $24$ horas por dia?

Redige um plano de poupança energética para a tua escola com quatro medidas (pensa em iluminação, aquecimento, computadores e estores).

1. a) Explica por que razão cada medida poupa energia.
2. b) Qual das tuas medidas achas que poupará mais? Justifica a resposta.

Uma região produz a sua eletricidade assim: $40\ \%$ em centrais hidroelétricas, $30\ \%$ em centrais eólicas, $20\ \%$ em centrais solares e $10\ \%$ numa central termoelétrica. Observa o gráfico:

1. a) Qual é a percentagem de eletricidade renovável?
2. b) Se a região produz $2000\ \text{GWh}$ por ano, quantos $\text{GWh}$ correspondem à eólica?
3. c) Quantos $\text{GWh}$ renováveis produz no total?

Desafio do tema. Torna-te o consultor energético da tua casa! Para consolidares o que aprendeste, irás investigar a eletricidade desde a escala atómica até à rede nacional em três fases:

1. Eletrização e medição: Esfrega uma caneta com lã e mede com uma régua a distância máxima $d$ a que atrai confetis de papel ($5$ repetições). Considera a incerteza do instrumento ($\pm 0,1\text{ cm}$), regista os dados numa tabela com a média, desenha o seu gráfico de dispersão e explica que partículas são transferidas.

2. Circuitos domésticos: Desenha o esquema elétrico normalizado de duas lâmpadas da tua casa controladas por um interruptor. Justifica se a montagem deve ser em série ou em paralelo de acordo com o seu funcionamento prático.

3. Mix e poupança energética: Consulta no site da REN (Redes Energéticas Nacionais) a percentagem (\%) de produção renovável de hoje. Depois, localiza a potência de um eletrodoméstico da tua cozinha, calcula o seu consumo mensal estimado ($E = P \cdot t$, em $\text{kWh}$) e redige duas medidas realistas de poupança fundamentada.

Apresenta o teu trabalho num relatório breve com os cálculos, o gráfico e o esquema.

Será valorizado:

• Rigor na recolha de medições caseiras, expressão da incerteza ($\pm 0,1\text{ cm}$) e elaboração gráfica.

• Correção concetual e simbólica no esquema do circuito elétrico.

• Extração rigorosa de dados da REN e viabilidade física das medidas de poupança propostas.