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Meios para economizar energia

Publicado por 
novaescola
Objetivo(s) 

Informar os alunos sobre a necessidade de economizar energia elétrica

Conteúdo(s) 

 

 

Ano(s) 
Material necessário 

Reportagem da Veja:

 

Desenvolvimento 
1ª etapa 

Introdução

Um tema de enorme importância e atualidade é abordado pela reportagem de VEJA. As reservas energéticas, em âmbito mundial, são limitadas e as previsões são sombrias, se mantidas as condições de crescimento de consumo e de produção atuais. Como evitar crises energéticas num futuro não muito distante? As soluções buscam dois caminhos independentes e simultâneos: redução de consumo bruto e aumento de rendimento. Em outras palavras, uma geladeira doméstica, no amanhã, deverá consumir menos energia (total) que uma atual, ao mesmo tempo em que terá de ser mais eficaz em refrigerar alimentos. Um televisor deverá apresentar imagens mais nítidas e luminosas, com menor dispêndio de energia. As alternativas de aquecimento e iluminação citadas no texto merecem um exame cuidadoso com a classe - o que passa obrigatoriamente pelo estudo do funcionamento dos dispositivos de que dispomos em nossas casas e as promessas tecnológicas para os próximos anos.

Após a leitura da reportagem ligada a este roteiro de aula, ressalte que um dos artefatos tecnológicos que mais marcaram o século XX foi a lâmpada - incandescente, no início, e fluorescente, nos anos 1930. Nos últimos anos, com a eclosão dos problemas estruturais na rede pública nacional de transmissão de energia elétrica, o uso de lâmpadas fluorescentes vem sendo grandemente incentivado pelas instâncias governamentais federal, estaduais e municipais, objetivando economia imediata no consumo bruto nacional.

2ª etapa 

Utilize o quadro abaixo para explicar o funcionamento de uma lâmpada fluorescente. Destaque que há três processos distintos a ser estudados: a partida, o aquecimento e a emissão plena. Comece a explicação por essa última fase, que se dá quando a lâmpada está ligada já há algum tempo e em pleno uso. Para tanto, assuma o modelo de átomo de Bohr, com um núcleo positivo e elétrons negativos girando em seu redor em órbitas definidas.

Apresente os constituintes básicos da lâmpada: um tubo de vidro fechado, no interior do qual há gás a baixa pressão (cerca de 2,5 Torricelli) e fortemente ionizado (átomos e moléculas com cargas positivas e elétrons). Essas partículas estão em movimento, orientado por um forte campo eletromagnético entre dois eletrodos nas extremidades do tubo. O gás é constituído por um componente inerte, geralmente o argônio, e também por um metal pesado, como o mercúrio - vaporizado -, além de traços de outros elementos.

Conte que nessa situação particular o gás é chamado de plasma. Elétrons livres (não presos a átomos nem moléculas), quase exclusivamente originados do argônio, colidem com elétrons ligados do mercúrio, excitando-os. Ou seja, a energia recebida por esses últimos no choque faz com que eles se transfiram para órbitas mais "altas", de maior energia. Nessa situação, os elétrons são instáveis e logo "decaem" para órbitas de menor energia. Durante o decaimento, eles liberam a energia excedente sob a forma de fótons de radiação ultravioleta (UV), que é absorvida por uma camada de pó impregnado na superfície interna do tubo. Esse pó é constituído basicamente de compostos de fósforo - em especial o clorofluorfosfato de cálcio -, mas pode conter também alumínio, antimônio, bário, cádmio, cálcio, chumbo, cobre, cromo, ferro, magnésio, manganês, mercúrio, níquel, sódio, zinco etc. Explique, então, que a cor da luz emitida pela lâmpada - mais azulada/fria ou mais avermelhada/quente - é conseguida variando a composição dessa camada de pós. Durante a absorção, alguns elétrons do fósforo são excitados para órbitas mais energéticas e mais instáveis. Quando voltam às órbitas mais estáveis, mas de menor energia, o excedente é emitido principalmente na forma de radiação visível - a parte útil para as funções de uma lâmpada - e de calor, mas em quantidade menor, que se distribui pela parede do tubo de vidro, aquecendo-o ligeiramente.

Para finalizar essa parte, encomende uma pesquisa sobre o funcionamento da "partida". Se possível, desmonte um starter para complementar o estudo.

Como funciona a lâmpada fluorescente


1. Elétrons livres (bolinhas vermelhas), gás argônio (bolinhas amarelas) ionizado e vapor de mercúrio (bolinhas pretas) constituem o plasma contido no tubo. São partículas eletricamente carregadas, em movimento sob a ação do intenso campo eletromagnético entre os eletrodos da lâmpada

2. Durante o movimento, elétrons do mercúrio são excitados pelo choque com os elétrons livres do argônio e passam para órbitas de maior energia. Dessa situação eles decaem para níveis mais baixos, liberando a energia excedente sob a forma de fótons de radiação ultravioleta (UV)

3. Os fótons de UV chocam-se com a camada de fósforo da superfície do tubo, excitando alguns elétrons desse elemento para níveis energéticos mais altos. No retorno para as posições anteriores, o átomo de fósforo libera energia - ou seja, fótons de radiação visível

 

 

 

3ª etapa 

Após esse exame, peça que os estudantes comparem os dois tipos de lâmpada, listando as vantagens e desvantagens de cada um. Alguns aspectos devem sobressair-se a favor das fluorescentes quanto ao rendimento, à durabilidade e à redução do consumo. Mas há ao menos dois aspectos negativos nas fluorescentes que devem ser mencionados, caso a turma não o faça.

O primeiro deles diz respeito aos cuidados, cada vez maiores, que precisamos tomar com o meio ambiente. Essas lâmpadas contêm metais pesados variados (mercúrio, chumbo etc.), que, em grande quantidade, comprometem a capacidade de absorção natural pelo meio ambiente. Além disso, a manipulação desses produtos para reciclagem é complicada, cara e rara - existem apenas umas poucas indústrias em todo o mundo habilitadas para a tarefa. Outro problema é a "frieza" da luz que elas emitem, restrita a certas faixas estreitas do espectro visível, a maioria delas em comprimentos de onda curtos. Disso resulta uma iluminação quase sempre azulada. Lembre que é possível corrigir essa limitação. Entretanto, tal esforço implicaria o encarecimento do produto e mais dificuldades para a sua reciclagem. Se achar conveniente, vale a pena considerar um terceiro aspecto negativo: o fator de potência das lâmpadas fluorescentes é próximo de 0,5, enquanto o ideal é 1. Isso interfere diretamente na qualidade da rede elétrica, aumentando o consumo de outros equipamentos indutivos, como máquinas de lavar e geladeiras.

4ª etapa 

Explique aos adolescentes que os artefatos tecnológicos mais recentes, concorrentes diretos das lâmpadas fluorescentes nos quesitos consumo, durabilidade e rendimento, são os chamados LEDs - diodos emissores de luz. Atualmente, há um expressivo e acelerado aumento na potência luminosa nos dispositivos desse tipo encontrados no mercado. Além de levar vantagem nos aspectos mencionados acima, os LEDs são muito mais facilmente manipulados e menos poluentes que as lâmpadas fluorescentes e incandescentes. Também são menores, mais seguros e eletronicamente mais bem comportados. No entanto, eles têm preço ainda elevado - são cerca de dez a vinte vezes mais caros que as lâmpadas fluorescentes, para uma mesma potência luminosa.

Por dentro de um LED

Sem filamentos de aquecimento e feitos de plástico, os LEDs duram mais que as lâmpadas fluorescentes e incandescentes. Além de liberar grande quantidade de fótons, são compostos por um bulbo plástico que concentra a luz numa direção particular, o que permite grande eficiência na iluminação.

 
 

 

 

Créditos:
Renato da Silva Oliveira
Formação:
Coordenador do Planetário Móvel AsterDomus, de São Paulo
Autor Nova Escola

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