Conversor de Energia
Energia — de calorias a quilowatts‑hora
Entenda a energia no dia a dia: calorias de alimentos, kWh de eletrodomésticos, BTU em aquecimento e eletrão-volts em física. Converta com confiança usando exemplos claros.
Fundamentos da Energia
O que é energia?
Capacidade de realizar trabalho ou produzir calor. Frequentemente medida como trabalho mecânico, calor ou energia elétrica.
Potência relaciona-se com energia pelo tempo: potência = energia/tempo (W = J/s).
- Base SI: joule (J)
- Elétrica: Wh e kWh
- Nutrição: Caloria = quilocaloria (kcal)
Contexto diário
Contas de eletricidade são cobradas em kWh; eletrodomésticos listam a potência (W) e você multiplica pelo tempo para obter kWh.
Rótulos de alimentos usam Calorias (kcal). Aquecimento/arrefecimento frequentemente usa BTU.
- Carga de telemóvel: ~10 Wh
- Banho (10 min, aquecedor de 7 kW): ~1.17 kWh
- Refeição: ~600–800 kcal
Ciência e microenergia
A física de partículas usa eV para energias de fotões e partículas.
Em escalas atómicas, as energias de Hartree e Rydberg aparecem na mecânica quântica.
- 1 eV = 1.602×10⁻¹⁹ J
- Fóton visível: ~2–3 eV
- A energia de Planck é extremamente grande (teórica)
- Converta via joules (J) para clareza e precisão
- kWh é conveniente para energia doméstica; kcal para nutrição
- BTU é comum em AVAC; eV em física
Ajudas de Memória
Cálculo Mental Rápido
kWh ↔ MJ
1 kWh = 3.6 MJ exatamente. Multiplique por 3.6 ou divida por 3.6.
kcal ↔ kJ
1 kcal ≈ 4.2 kJ. Arredonde para 4 para estimativas rápidas.
BTU ↔ kJ
1 BTU ≈ 1.055 kJ. Aproximadamente 1 BTU ≈ 1 kJ para estimativas.
Wh ↔ J
1 Wh = 3,600 J. Pense: 1 watt por 1 hora = 3,600 segundos.
Calorias de Alimentos
1 Cal (alimento) = 1 kcal = 4.184 kJ. 'C' maiúsculo significa quilocaloria!
kW × horas → kWh
Potência × Tempo = Energia. Aquecedor de 2 kW × 3 horas = 6 kWh consumidos.
Referências Visuais de Energia
| Scenario | Energy | Visual Reference |
|---|---|---|
| Lâmpada LED (10 W, 10 horas) | 100 Wh (0.1 kWh) | Custa ~$0.01 com tarifas típicas |
| Carga Completa de Smartphone | 10-15 Wh | Suficiente para carregar ~60-90 vezes a partir de 1 kWh |
| Fatia de Pão | 80 kcal (335 kJ) | Poderia alimentar uma lâmpada de 100W por ~1 hora |
| Banho Quente (10 min) | 1-2 kWh | Mesma energia que o seu frigorífico a funcionar por um dia |
| Refeição Completa | 600 kcal (2.5 MJ) | Energia suficiente para levantar um carro a 1 metro do chão |
| Bateria de Carro Elétrico (60 kWh) | 216 MJ | O mesmo que 30.000 Calorias de alimentos ou 20 dias de alimentação |
| Litro de Gasolina | 34 MJ (9.4 kWh) | Mas os motores desperdiçam 70% como calor! |
| Raio | 1-5 GJ | Parece enorme, mas só alimenta uma casa por algumas horas |
Erros Comuns
- Confundir kW e kWhFix: kW é potência (taxa), kWh é energia (quantidade). Um aquecedor de 2 kW a funcionar por 3 horas consome 6 kWh.
- Caloria vs caloriaFix: Rótulos de alimentos usam 'Caloria' (C maiúsculo) = quilocaloria = 1,000 calorias (c minúsculo). 1 Cal = 1 kcal = 4.184 kJ.
- Ignorar a EficiênciaFix: A gasolina tem 9.4 kWh/litro, mas os motores têm apenas 25-30% de eficiência. A energia útil real é de ~2.5 kWh/litro!
- mAh de Bateria Sem TensãoFix: 10,000 mAh não significa nada sem a tensão! A 3.7V: 10,000 mAh × 3.7V ÷ 1000 = 37 Wh.
- Misturar Contas de Energia e PotênciaFix: As contas de eletricidade cobram por kWh (energia), não por kW (potência). A sua tarifa é €/kWh, não €/kW.
- Esquecer o Tempo nos Cálculos de EnergiaFix: Potência × Tempo = Energia. Usar um aquecedor de 1.500W por 2 horas = 3 kWh, não 1.5 kWh!
Onde Cada Unidade se Encaixa
Casa e eletrodomésticos
A energia elétrica é faturada em kWh; estime o consumo por potência × tempo.
- Lâmpada LED 10 W × 5 h ≈ 0.05 kWh
- Forno 2 kW × 1 h = 2 kWh
- A conta mensal soma todos os aparelhos
Alimentos e nutrição
As calorias nos rótulos são quilocalorias (kcal) e frequentemente acompanhadas por kJ.
- 1 kcal = 4.184 kJ
- Ingestão diária de ~2.000–2.500 kcal
- kcal e Cal (alimento) são o mesmo
Aquecimento e combustíveis
BTU, therms e equivalentes de combustível (BOE/TOE) aparecem em AVAC e mercados de energia.
- 1 therm = 100.000 BTU
- Gás natural e petróleo usam equivalentes padronizados
- Conversões de kWh ↔ BTU são comuns
Como as Conversões Funcionam
- Wh × 3600 → J; kWh × 3.6 → MJ
- kcal × 4.184 → kJ; cal × 4.184 → J
- eV × 1.602×10⁻¹⁹ → J; J ÷ 1.602×10⁻¹⁹ → eV
Conversões Comuns
| De | Para | Fator | Exemplo |
|---|---|---|---|
| kWh | MJ | × 3.6 | 2 kWh = 7.2 MJ |
| kcal | kJ | × 4.184 | 500 kcal = 2,092 kJ |
| BTU | J | × 1,055.06 | 10,000 BTU ≈ 10.55 MJ |
| Wh | J | × 3,600 | 250 Wh = 900,000 J |
| eV | J | × 1.602×10⁻¹⁹ | 2 eV ≈ 3.204×10⁻¹⁹ J |
Exemplos Rápidos
Referência Rápida
Cálculo rápido do custo de aparelhos
Energia (kWh) × preço por kWh
- Exemplo: 2 kWh × €0.20 = €0.40
- 1,000 W × 3 h = 3 kWh
Cábula de bateria
mAh × V ÷ 1000 ≈ Wh
- 10,000 mAh × 3.7 V ≈ 37 Wh
- Wh ÷ W do dispositivo ≈ tempo de funcionamento (horas)
Cálculo Rápido de CO₂
Estime as emissões do uso de eletricidade
- CO₂ = kWh × intensidade da rede
- Exemplo: 5 kWh × 400 gCO₂/kWh = 2,000 g (2 kg)
- Rede de baixo carbono (100 g/kWh) corta isso em 75%
Erros de Potência vs Energia
Confusões comuns
- kW é potência (taxa); kWh é energia (quantidade)
- Um aquecedor de 2 kW por 3 h consome 6 kWh
- As contas usam kWh; as placas dos aparelhos mostram W/kW
Introdução a Renováveis
Básico de solar e eólica
Renováveis geram potência (kW) que se integra ao longo do tempo em energia (kWh).
A produção varia com o clima; as médias de longo prazo são importantes.
- Fator de capacidade: % da produção máxima ao longo do tempo
- Solar em telhado: ~900–1.400 kWh/kW·ano (dependente da localização)
- Parques eólicos: fator de capacidade geralmente de 25–45%
Armazenamento e deslocamento
As baterias armazenam o excedente e deslocam a energia para quando é necessária.
- A capacidade em kWh vs a potência em kW é importante
- A eficiência de ida e volta é < 100% (perdas)
- As tarifas de tempo de uso incentivam o deslocamento
Cábula de Densidade Energética
| Fonte | Por massa | Por volume | Notas |
|---|---|---|---|
| Gasolina | ~46 MJ/kg (~12.8 kWh/kg) | ~34 MJ/L (~9.4 kWh/L) | Aprox.; dependente da mistura |
| Diesel | ~45 MJ/kg | ~36 MJ/L | Ligeiramente maior volumetricamente que a gasolina |
| Combustível de aviação | ~43 MJ/kg | ~34 MJ/L | Faixa de querosene |
| Etanol | ~30 MJ/kg | ~24 MJ/L | Menor que a gasolina |
| Hidrogénio (700 bar) | ~120 MJ/kg | ~5–6 MJ/L | Alto por massa, baixo por volume |
| Gás natural (STP) | ~55 MJ/kg | ~0.036 MJ/L | Comprimido/GNL muito maior volumetricamente |
| Bateria de ião‑lítio | ~0.6–0.9 MJ/kg (160–250 Wh/kg) | ~1.4–2.5 MJ/L | Dependente da química |
| Bateria de chumbo‑ácido | ~0.11–0.18 MJ/kg | ~0.3–0.5 MJ/L | Baixa densidade, barato |
| Madeira (seca) | ~16 MJ/kg | Varia | Dependente da espécie e humidade |
Comparação de Energia Entre Escalas
| Aplicação | Joules (J) | kWh | kcal | BTU |
|---|---|---|---|---|
| Fóton único (visível) | ~3×10⁻¹⁹ | ~10⁻²² | ~7×10⁻²⁰ | ~3×10⁻²² |
| Um eletrão-volt | 1.6×10⁻¹⁹ | 4.5×10⁻²³ | 3.8×10⁻²⁰ | 1.5×10⁻²² |
| Formiga levantando um grão | ~10⁻⁶ | ~10⁻⁹ | ~2×10⁻⁷ | ~10⁻⁹ |
| Pilha AA | 9,360 | 0.0026 | 2.2 | 8.9 |
| Carga de smartphone | 50,000 | 0.014 | 12 | 47 |
| Fatia de pão | 335,000 | 0.093 | 80 | 318 |
| Refeição completa | 2,500,000 | 0.69 | 600 | 2,370 |
| Banho quente (10 min) | 5.4 MJ | 1.5 | 1,290 | 5,120 |
| Ingestão diária de alimentos | 10 MJ | 2.8 | 2,400 | 9,480 |
| Litro de gasolina | 34 MJ | 9.4 | 8,120 | 32,200 |
| Bateria de Tesla (60 kWh) | 216 MJ | 60 | 51,600 | 205,000 |
| Raio | 1-5 GJ | 300-1,400 | 240k-1.2M | 950k-4.7M |
| Tonelada de TNT | 4.184 GJ | 1,162 | 1,000,000 | 3.97M |
| Bomba de Hiroshima | 63 TJ | 17.5M | 15 mil milhões | 60 mil milhões |
Referências do Dia a Dia
| Coisa | Energia típica | Notas |
|---|---|---|
| Carga completa de telemóvel | ~10–15 Wh | ~36–54 kJ |
| Bateria de portátil | ~50–100 Wh | ~0.18–0.36 MJ |
| 1 fatia de pão | ~70–100 kcal | ~290–420 kJ |
| Banho quente (10 min) | ~1–2 kWh | Potência × tempo |
| Aquecedor de ambiente (1 h) | 1–2 kWh | Por configuração de potência |
| Gasolina (1 L) | ~34 MJ | Poder calorífico inferior (aprox.) |
Factos Incríveis sobre Energia
Bateria de VE vs Casa
Uma bateria de 60 kWh de um Tesla armazena a mesma energia que uma casa típica usa em 2-3 dias — imagine carregar 3 dias de eletricidade no seu carro!
O Misterioso Therm
Um therm é 100.000 BTU (29.3 kWh). As contas de gás natural usam therms porque é mais fácil dizer '50 therms' do que '5 milhões de BTU'!
O Truque da Letra Maiúscula da Caloria
Os rótulos dos alimentos usam 'Caloria' (com C maiúsculo), que na verdade é uma quilocaloria! Então aquele biscoito de 200 Cal tem, na verdade, 200.000 calorias (com c minúsculo).
O Segredo Sujo da Gasolina
1 litro de gasolina tem 9.4 kWh de energia, mas os motores desperdiçam 70% como calor! Apenas ~2.5 kWh realmente movem o seu carro. Os VEs desperdiçam apenas ~10-15%.
A Referência de 1 kWh
1 kWh pode: alimentar uma lâmpada de 100W por 10 horas, carregar 100 smartphones, torrar 140 fatias de pão ou manter o seu frigorífico a funcionar por 24 horas!
A Magia da Travagem Regenerativa
Os VEs recuperam 15-25% da energia durante a travagem, transformando o motor num gerador. Isso é energia gratuita a partir da energia cinética desperdiçada!
E=mc² é Surpreendente
O seu corpo tem energia de massa (E=mc²) suficiente para alimentar todas as cidades da Terra por uma semana! Mas converter massa em energia requer reações nucleares.
Combustível de Foguetão vs Comida
Peso por peso, o combustível de foguetão tem 10 vezes a energia do chocolate. Mas você não pode comer combustível de foguetão — energia química ≠ energia metabólica!
Recordes e Extremos
| Recorde | Energia | Notas |
|---|---|---|
| Uso diário doméstico | ~10–30 kWh | Varia de acordo com o clima e os eletrodomésticos |
| Raio | ~1–10 GJ | Altamente variável |
| 1 megatonelada de TNT | 4.184 PJ | Equivalente explosivo |
A Descoberta da Energia: Do Fogo Antigo à Física Moderna
Energia Antiga: Fogo, Comida e Força Muscular
Por milénios, os humanos entendiam a energia apenas através dos seus efeitos: o calor do fogo, a força da comida e o poder da água e do vento. A energia era uma realidade prática sem compreensão teórica.
- **Domínio do fogo** (~400,000 a.C.) - Humanos aproveitam a energia química para calor e luz
- **Rodas d'água** (~300 a.C.) - Gregos e romanos convertem energia cinética em trabalho mecânico
- **Moinhos de vento** (~600 d.C.) - Persas capturam a energia eólica para moer grãos
- **Compreensão da nutrição** (antiguidade) - Comida como 'combustível' para a atividade humana, embora o mecanismo fosse desconhecido
Essas aplicações práticas antecederam qualquer teoria científica por milhares de anos. A energia era conhecida pela experiência, não por equações.
A Era Mecânica: Vapor, Trabalho e Eficiência (1600-1850)
A Revolução Industrial exigiu uma melhor compreensão de como o calor se converte em trabalho. Engenheiros mediram a eficiência dos motores, levando ao nascimento da termodinâmica.
- **Melhorias na máquina a vapor de James Watt** (1769) - Quantificou a produção de trabalho, introduziu o cavalo-vapor
- **Teoria do motor térmico de Sadi Carnot** (1824) - Provou os limites teóricos na conversão de calor em trabalho
- **Julius von Mayer** (1842) - Propôs o equivalente mecânico do calor: calor e trabalho são intercambiáveis
- **Experimentos de James Joule** (1843-1850) - Mediu com precisão: 1 caloria = 4.184 joules de trabalho mecânico
Os experimentos de Joule provaram a conservação da energia: trabalho mecânico, calor e eletricidade são formas diferentes da mesma coisa.
Energia Unificada: Conservação e Formas (1850-1900)
O século 19 sintetizou observações díspares em um único conceito: a energia é conservada, transformando-se entre formas, mas nunca criada ou destruída.
- **Hermann von Helmholtz** (1847) - Formalizou a lei da conservação da energia
- **Rudolf Clausius** (década de 1850) - Introduziu a entropia, mostrando que a energia se degrada em qualidade
- **James Clerk Maxwell** (1865) - Unificou eletricidade e magnetismo, mostrando que a luz transporta energia
- **Ludwig Boltzmann** (1877) - Conectou a energia ao movimento atómico através da mecânica estatística
Até 1900, a energia era entendida como a moeda central da física — transformando-se, mas conservada em todos os processos naturais.
Era Quântica e Atómica: E=mc² e Escalas Subatómicas (1900-1945)
O século 20 revelou a energia em extremos: a equivalência massa-energia de Einstein e a mecânica quântica em escalas atómicas.
- **Max Planck** (1900) - Quantizou a energia na radiação: E = hν (constante de Planck)
- **E=mc² de Einstein** (1905) - Massa e energia são equivalentes; pequena massa = enorme energia
- **Niels Bohr** (1913) - Níveis de energia atómica explicam as linhas espectrais; eV torna-se a unidade natural
- **Enrico Fermi** (1942) - Primeira reação em cadeia nuclear controlada libera energia na escala de MeV
- **Projeto Manhattan** (1945) - O teste Trinity demonstra um equivalente de ~22 quilotons de TNT (~90 TJ)
A energia nuclear validou E=mc²: a fissão converte 0.1% da massa em energia — milhões de vezes mais densa que os combustíveis químicos.
Cenário Energético Moderno (1950-Presente)
A sociedade do pós-guerra padronizou as unidades de energia para serviços públicos, alimentos e física, enquanto lidava com combustíveis fósseis, energias renováveis e eficiência.
- **Padronização do quilowatt-hora** - As concessionárias de eletricidade globais adotam o kWh para faturamento
- **Rotulagem de Calorias** (décadas de 1960-90) - A energia dos alimentos foi padronizada; a FDA exige os factos nutricionais (1990)
- **Revolução fotovoltaica** (décadas de 1970-2020) - A eficiência dos painéis solares sobe de <10% para >20%
- **Baterias de ião-lítio** (1991-presente) - A densidade de energia aumenta de ~100 para mais de 250 Wh/kg
- **Redes inteligentes e armazenamento** (década de 2010) - Gerenciamento de energia em tempo real e baterias em escala de rede
A Era do Clima: Descarbonizando os Sistemas Energéticos
O século 21 reconhece o custo ambiental da energia. O foco muda de meramente gerar energia para gerar energia limpa de forma eficiente.
- **Intensidade de carbono** - Combustíveis fósseis emitem 400-1000 g de CO₂/kWh; renováveis emitem <50 g de CO₂/kWh no ciclo de vida
- **Lacunas no armazenamento de energia** - Baterias armazenam ~0.5 MJ/kg vs 46 MJ/kg da gasolina; a ansiedade de autonomia persiste
- **Integração na rede** - Renováveis variáveis exigem armazenamento e resposta à demanda
- **Imperativos de eficiência** - LEDs (100 lm/W) vs incandescentes (15 lm/W); bombas de calor (COP > 3) vs aquecimento resistivo
A transição para o zero líquido exige a eletrificação de tudo e a geração limpa dessa eletricidade — uma revisão completa do sistema energético.
Marcos Históricos na Ciência da Energia
A Escala da Energia: Dos Sussurros Quânticos às Explosões Cósmicas
A energia abrange uma faixa incompreensível: de fotões únicos a supernovas. Compreender essas escalas ajuda a contextualizar o uso diário de energia.
Quântica e Molecular (10⁻¹⁹ a 10⁻¹⁵ J)
Typical units: eV a meV
- **Energia térmica por molécula** (temperatura ambiente) - ~0.04 eV (~6×10⁻²¹ J)
- **Fóton visível** - 1.8-3.1 eV (luz vermelha a violeta)
- **Quebra de ligação química** - 1-10 eV (ligações covalentes)
- **Fóton de raio-X** - 1-100 keV
Escala Microscópica e Humana (1 mJ a 1 MJ)
Typical units: mJ, J, kJ
- **Mosquito voando** - ~0.1 mJ
- **Carga completa de pilha AA** - ~10 kJ (2.7 Wh)
- **Barra de chocolate** - ~1 MJ (240 kcal)
- **Humano em repouso (1 hora)** - ~300 kJ (taxa metabólica de 75 kcal)
- **Bateria de smartphone** - ~50 kJ (14 Wh)
- **Granada de mão** - ~400 kJ
Doméstica e Veicular (1 MJ a 1 GJ)
Typical units: MJ, kWh
- **Banho quente (10 min)** - 4-7 MJ (1-2 kWh)
- **Ingestão diária de alimentos** - ~10 MJ (2,400 kcal)
- **Litro de gasolina** - 34 MJ (9.4 kWh)
- **Bateria do Tesla Model 3** - ~216 MJ (60 kWh)
- **Uso diário doméstico** - 36-108 MJ (10-30 kWh)
- **Galão de gasolina** - ~132 MJ (36.6 kWh)
Industrial e Municipal (1 GJ a 1 TJ)
Typical units: GJ, MWh
- **Raio** - 1-10 GJ (varia amplamente)
- **Pequeno acidente de carro (60 mph)** - ~1 GJ (energia cinética)
- **Tonelada de TNT** - 4.184 GJ
- **Combustível de aviação (1 tonelada)** - ~43 GJ
- **Eletricidade diária de um quarteirão** - ~100-500 GJ
Eventos de Grande Escala (1 TJ a 1 PJ)
Typical units: TJ, GWh
- **Quilotonelada de TNT** - 4.184 TJ (Hiroshima: ~63 TJ)
- **Produção diária de uma pequena central** - ~10 TJ (central de 100 MW)
- **Produção anual de um grande parque eólico** - ~1-5 PJ
- **Lançamento de vaivém espacial** - ~18 TJ (energia do combustível)
Civilização e Geofísica (1 PJ a 1 EJ)
Typical units: PJ, TWh
- **Arma nuclear de megatonelada** - 4.184 PJ (Tsar Bomba: ~210 PJ)
- **Grande terramoto (magnitude 7)** - ~32 PJ
- **Furacão (energia total)** - ~600 PJ/dia (maioria como calor latente)
- **Produção anual da Barragem Hoover** - ~15 PJ (4 TWh)
- **Uso anual de energia de um país pequeno** - ~100-1,000 PJ
Planetária e Estelar (1 EJ a 10⁴⁴ J)
Typical units: EJ, ZJ e além
- **Consumo anual de energia dos EUA** - ~100 EJ (~28,000 TWh)
- **Uso anual de energia global** - ~600 EJ (2020)
- **Erupção do Krakatoa (1883)** - ~840 PJ
- **Impacto do asteroide de Chicxulub** - ~4×10²³ J (100 milhões de megatoneladas)
- **Produção diária do Sol** - ~3.3×10³¹ J
- **Supernova (Tipo Ia)** - ~10⁴⁴ J (foe)
Cada ação — de um fóton a atingir o seu olho a uma estrela a explodir — é uma transformação de energia. Vivemos numa faixa estreita: de megajoules a gigajoules.
Energia em Ação: Aplicações do Mundo Real em Vários Domínios
Nutrição e Metabolismo
Rótulos de alimentos listam energia em Calorias (kcal). O seu corpo converte isso em ATP para trabalho celular com ~25% de eficiência.
- **Taxa metabólica basal** - ~1.500-2.000 kcal/dia (6-8 MJ) para se manter vivo
- **Corrida de maratona** - Queima ~2.600 kcal (~11 MJ) ao longo de 3-4 horas
- **Barra de chocolate** - ~250 kcal poderiam alimentar um portátil de 60W por ~4.5 horas (se 100% eficiente)
- **Matemática da dieta** - 1 lb de gordura = ~3.500 kcal de défice; défice de 500 kcal/dia = 1 lb/semana
Gerenciamento de Energia Doméstica
As contas de eletricidade cobram por kWh. Entender o consumo dos aparelhos ajuda a reduzir custos e a pegada de carbono.
- **LED vs incandescente** - 10W LED = 60W de luz incandescente; economiza 50W × 5 h/dia = 0.25 kWh/dia = 9€/mês
- **Cargas fantasmas** - Aparelhos em standby desperdiçam ~5-10% da energia doméstica (~1 kWh/dia)
- **Bombas de calor** - Movem 3-4 kWh de calor usando 1 kWh de eletricidade (COP > 3); aquecedores resistivos são 1:1
- **Carregamento de carro elétrico** - Bateria de 60 kWh a 0,15€/kWh = 9€ para uma carga completa (vs 40€ de gasolina equivalente)
Transporte e Veículos
Veículos convertem energia de combustível em energia cinética com perdas significativas. VEs são 3 vezes mais eficientes que motores de combustão interna.
- **Carro a gasolina** - 30% de eficiência; 1 galão (132 MJ) → 40 MJ de trabalho útil, 92 MJ de calor
- **Carro elétrico** - 85% de eficiência; 20 kWh (72 MJ) → 61 MJ para as rodas, 11 MJ de perdas
- **Travagem regenerativa** - Recupera 10-25% da energia cinética de volta para a bateria
- **Aerodinâmica** - Dobrar a velocidade quadruplica a potência de arrasto necessária (P ∝ v³)
Industrial e Manufatura
A indústria pesada responde por ~30% do uso global de energia. A eficiência do processo e a recuperação de calor residual são críticas.
- **Produção de aço** - ~20 GJ por tonelada (5.500 kWh); fornos a arco elétrico usam sucata e menos energia
- **Fundição de alumínio** - ~45-55 GJ por tonelada; por isso a reciclagem economiza 95% de energia
- **Data centers** - ~200 TWh/ano globalmente (2020); PUE (Eficácia do Uso de Energia) mede a eficiência
- **Produção de cimento** - ~3-4 GJ por tonelada; responde por 8% das emissões globais de CO₂
Sistemas de Energia Renovável
Solar, eólica e hídrica convertem energia ambiente em eletricidade. O fator de capacidade e a intermitência moldam a implementação.
- **Painel solar** - ~20% de eficiência; 1 m² recebe ~1 kW de sol de pico → 200W × 5 horas de sol/dia = 1 kWh/dia
- **Fator de capacidade da turbina eólica** - 25-45%; turbina de 2 MW × 35% de FC = 6.100 MWh/ano
- **Hidrelétrica** - 85-90% de eficiência; 1 m³/s caindo 100m ≈ 1 MW
- **Eficiência de ida e volta do armazenamento em bateria** - 85-95% de eficiência; perdas como calor durante a carga/descarga
Aplicações Científicas e Físicas
De aceleradores de partículas a fusão a laser, a pesquisa em física opera em extremos de energia.
- **Grande Colisor de Hádrons** - 362 MJ armazenados no feixe; colisões de protões a 13 TeV
- **Fusão a laser** - NIF entrega ~2 MJ em nanossegundos; alcançou o ponto de equilíbrio em 2022 (~3 MJ de saída)
- **Isótopos médicos** - Cíclotrons aceleram protões a 10-20 MeV para imagens PET
- **Raios cósmicos** - Partícula de maior energia detetada: ~3×10²⁰ eV (~50 J em um único protão!)
Catálogo de Unidades
Métrico (SI)
| Unidade | Símbolo | Joules | Notas |
|---|---|---|---|
| joule | J | 1 | Unidade base de energia do SI. |
| quilojoule | kJ | 1,000 | 1,000 J; útil para nutrição. |
| megajoule | MJ | 1,000,000 | 1,000,000 J; escala de eletrodomésticos/industrial. |
| gigajoule | GJ | 1.000e+9 | 1,000 MJ; grande escala industrial/engenharia. |
| microjoule | µJ | 0.000001 | Microjoule; sensores e pulsos de laser. |
| milijoule | mJ | 0.001 | Milijoule; pequenos pulsos. |
| nanojoule | nJ | 0.000000001 | Nanojoule; eventos de microenergia. |
| terajoule | TJ | 1.000e+12 | 1,000 GJ; liberações muito grandes. |
Imperial / EUA
| Unidade | Símbolo | Joules | Notas |
|---|---|---|---|
| unidade térmica britânica | BTU | 1,055.06 | Unidade térmica britânica; AVAC e aquecimento. |
| BTU (IT) | BTU(IT) | 1,055.06 | Definição de TI de BTU (≈ mesmo que BTU). |
| BTU (termoquímico) | BTU(th) | 1,054.35 | Definição termoquímica de BTU. |
| pé-libra-força | ft·lbf | 1.35582 | Pé‑libra-força; trabalho mecânico. |
| polegada-libra-força | in·lbf | 0.112985 | Polegada‑libra-força; torque e trabalho. |
| milhão de BTU | MBTU | 1.055e+9 | Milhão de BTU; mercados de energia. |
| quad | quad | 1.055e+18 | 10¹⁵ BTU; escalas de energia nacionais. |
| therm | thm | 105,506,000 | Faturação de gás natural; 100.000 BTU. |
Calorias
| Unidade | Símbolo | Joules | Notas |
|---|---|---|---|
| caloria | cal | 4.184 | Pequena caloria; 4.184 J. |
| Caloria (alimentar) | Cal | 4,184 | Rótulo de alimentos ‘Caloria’ (kcal). |
| quilocaloria | kcal | 4,184 | Quilocaloria; Caloria de alimentos. |
| caloria (15°C) | cal₁₅ | 4.1855 | Caloria a 15°C. |
| caloria (20°C) | cal₂₀ | 4.182 | Caloria a 20°C. |
| caloria (IT) | cal(IT) | 4.1868 | Caloria de TI (≈4.1868 J). |
| caloria (termoquímica) | cal(th) | 4.184 | Caloria termoquímica (4.184 J). |
Elétrico
| Unidade | Símbolo | Joules | Notas |
|---|---|---|---|
| quilowatt-hora | kWh | 3,600,000 | Quilowatt‑hora; contas de serviços públicos e VEs. |
| watt-hora | Wh | 3,600 | Watt‑hora; energia de eletrodomésticos. |
| elétron-volt | eV | 1.602e-19 | Eletrão-volt; energias de partículas/fotões. |
| gigaelétron-volt | GeV | 1.602e-10 | Gigaeletrão-volt; física de altas energias. |
| gigawatt-hora | GWh | 3.600e+12 | Gigawatt‑hora; redes e centrais. |
| quiloelétron-volt | keV | 1.602e-16 | Quiloeletrão-volt; raios X. |
| megaelétron-volt | MeV | 1.602e-13 | Megaeletrão-volt; física nuclear. |
| megawatt-hora | MWh | 3.600e+9 | Megawatt‑hora; instalações maiores. |
Atómico / Nuclear
| Unidade | Símbolo | Joules | Notas |
|---|---|---|---|
| unidade de massa atómica | u | 1.492e-10 | Equivalente de energia de 1 u (via E=mc²). |
| energia de Hartree | Eₕ | 4.360e-18 | Energia de Hartree (química quântica). |
| quilotnelada de TNT | ktTNT | 4.184e+12 | Quilotonelada de TNT; grande energia de explosão. |
| megatonelada de TNT | MtTNT | 4.184e+15 | Megatonelada de TNT; energia de explosão muito grande. |
| constante de Rydberg | Ry | 2.180e-18 | Energia de Rydberg; espectroscopia. |
| tonelada de TNT | tTNT | 4.184e+9 | Tonelada de TNT; equivalente explosivo. |
Científico
| Unidade | Símbolo | Joules | Notas |
|---|---|---|---|
| barril de equivalente de petróleo | BOE | 6.120e+9 | Barril de óleo equivalente ~6.12 GJ (aprox.). |
| pé cúbico de gás natural | cf NG | 1,055,060 | Pé cúbico de gás natural ~1.055 MJ (aprox.). |
| dina-centímetro | dyn·cm | 0.0000001 | Dina‑cm; 1 dyn·cm = 10⁻⁷ J. |
| erg | erg | 0.0000001 | Energia CGS; 1 erg = 10⁻⁷ J. |
| cavalo-vapor-hora | hp·h | 2,684,520 | Cavalo-vapor‑hora; mecânica/motores. |
| cavalo-vapor-hora (métrico) | hp·h(M) | 2,647,800 | Cavalo-vapor‑hora métrico. |
| calor latente de vapor | LH | 2,257,000 | Calor latente de vaporização da água ≈ 2.257 MJ/kg. |
| energia de Planck | Eₚ | 1.956e+9 | Energia de Planck (Eₚ) ≈ 1.96×10⁹ J (escala teórica). |
| tonelada de equivalente de carvão | TCE | 2.931e+10 | Tonelada de carvão equivalente ~29.31 GJ (aprox.). |
| tonelada de equivalente de petróleo | TOE | 4.187e+10 | Tonelada de óleo equivalente ~41.868 GJ (aprox.). |
Perguntas Frequentes
Qual a diferença entre kW e kWh?
kW é potência (taxa). kWh é energia (kW × horas). As contas usam kWh.
Calorias são o mesmo que kcal?
Sim. A ‘Caloria’ de alimentos é igual a 1 quilocaloria (kcal) = 4.184 kJ.
Como eu estimo o custo de um eletrodoméstico?
Energia (kWh) × tarifa (por kWh). Exemplo: 2 kWh × €0.20 = €0.40.
Por que tantas definições de caloria?
Medições históricas em diferentes temperaturas levaram a variantes (TI, termoquímica). Para nutrição, use kcal.
Quando devo usar eV em vez de J?
eV é natural para escalas atómicas/de partículas. Converta para J para contextos macroscópicos.
O que é fator de capacidade?
Produção real de energia ao longo do tempo dividida pela produção se a central funcionasse em plena capacidade 100% do tempo.
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