O termo Energia é de origem grega (Enérgeia) e significa trabalho que vem de dentro ou ainda força de manifestação. Ao se falar do termo Energia, fala-se de um conceito muito importante na Física moderna, principalmente a partir de meados do século XIX. Porém, esse
conceito não é exclusividade da Física. Sabe-se que existem várias formas de energia. A classificação mais comum das formas de energia é:
Cinética, aquela que está associada ao movimento dos objetos; Potencial:
o Gravitacional, relacionada a interação entre corpos massivos; o Elástica, relacionada a corpos deformados no regime elástico; o Elétrica, relacionada à interação entre cargas elétricas;
Térmica, em gases ideias está relacionada à energia cinética média interna de um sistema;
Elétrica, associada à interação entre corpos eletricamente carregados;
Eletromagnética, aquela associada à propagação de radiação eletromagnética; Nuclear, contida na constituição das partículas no núcleo do átomo;
Química, contida nas ligações químicas entre átomos e moléculas de uma substância, (BURATTINI; 2008, p. 107).
Várias outras ciências, tais como a Química e a Biologia, também se apoderam e definem tal conceito de acordo com suas particularidades. Para cada necessidade de definição do termo Energia que foi surgindo ao longo da história, construiu-se uma caracterização de uma grandeza chamada Energia, e com o passar do tempo, tentou-se realizar a unificação entre as várias definições existentes.
Um exemplo que ilustra essa tentativa de unificação é o cálculo do equivalente mecânico do calor. Sabe-se que por muito tempo a termologia e a mecânica foram consideradas como campos distintos dentro da Física, e que não possuíam interconexão. Essa visão se sustentou até quando Joule desenvolveu um experimento que permitiu calcular o equivalente mecânico do calor. Joule desenvolveu experiências para demonstrar esta equivalência, as experiências das palhetas girando dentro de um líquido, como a água.
Joule deixava cair dois corpos, de massas M1 e M2, de uma altura h ligados, por fios de
massas desprezíveis, a um eixo que fazia girar várias palhetas dentro da água posta em um calorímetro, com um termômetro a ele acoplado, a Figura 2 representa esquematicamente o experimento desenvolvido por Joule. No intuito de conseguir uma variação de temperatura mensurável, Joule repetiu o experimento dezenas de vezes seguidas. Para conseguir o movimento das palhetas dentro do líquido, precisava-se superar a resistência oferecida pelo mesmo e, assim, realizar trabalho sobre ele.
Figura 2. Representação esquemática da experiência de Joule7
Esse trabalho, W mede, portanto, a diminuição da quantidade de energia mecânica dos corpos ao chegarem ao final da queda, ponto no qual se encontram com energia cinética, EC,
de valor constatado menor ao da energia potencial gravitacional, EPG, que os corpos possuíam
enquanto estavam em repouso a certa altura h, de onde foram abandonados. Com este experimento, Joule tentava equacionar a variação de energia potencial gravitacional do conjunto de pesos e a variação da temperatura do líquido, que era medida com bastante precisão – diferenças na temperatura de 1/200 de um grau. James Prescott Joule (1818-1889), determinou que o calor seria uma forma de energia, encontrando uma razão de transformação entre os dois.
Na Idade Média, surge a noção de calórico, substância destituída de massa e que migraria dos corpos mais aquecidos para os menos aquecidos até que se chegasse ao equilíbrio térmico. Esta definição interpreta a energia como se fosse um fluido que migraria do corpo mais aquecido para o menos aquecido.
Por volta do século XVII, surge a concepção de que a energia é a capacidade de realizar trabalho. Esta definição é coerente dentro da mecânica clássica, que dominava o cenário científico da época. Desta forma, pôde-se distinguir os sistemas mecânicos conservativos dos não conservativos. Pela definição, um sistema conservativo é aquele onde atuam forças conservativas possibilitando que as transformações de energia ocorram sem que haja a degradação da mesma. Desta maneira, pode-se dizer que nesse tipo de sistema a energia poderá ficar infinitamente se transformando de um tipo para outro(s), por exemplo a transformação da energia cinética em potencial elástica em um sistema massa-mola sem atrito ou a transformação de energia elétrica em energia magnética em um circuito LC ideal (resistência elétrica nula).
Em um sistema não conservativo, também conhecido como dissipativo, parte da energia se degrada, ou seja, é transformada em um tipo de energia que não pode retornar para o tipo original, a exemplo de um bate estacas: a fração da energia potencial gravitacional que é transformada em energia sonora e em calor.
Afirma-se que nos processos existentes na natureza há uma tendência para a degradação da energia, ou seja, para a sua transformação em formas de energia pouco úteis, sendo, portanto um reflexo relacionado à segunda lei da termodinâmica ou segundo princípio da termodinâmica, a qual afirma que a quantidade de entropia, considerando um sistema isolado termicamente, tende a incrementar-se até atingir seu valor máximo.
Segundo Feynman (2004, p. 115), existe uma lei que governa os fenômenos naturais conhecidos até o momento, essa lei, embora abstrata, é a da conservação da Energia. Para Feynman, a conservação é a característica mais relevante da Energia; muito embora não se saiba exatamente o que ela seja, ainda assim existe certa quantidade, chamada de energia, que não muda nas várias transformações pelas quais a natureza passa. Nussenzveig (1997, p. 109) afirma categoricamente que a Energia é a capacidade de produzir trabalho. Sempre que há uma aparente violação do Princípio da Conservação da Quantidade de Energia, os físicos procuram por novas formas de Energia para recuperar esse princípio. Isso leva a descobertas de novas interações ou de novas partículas.
Assis e Teixeira (2003), abordam, dentre outros temas, as concepções de Energia do senso comum e as relações entre transformações de Energia e Meio Ambiente. Destacam os conceitos sobre o termo Energia que foram obtidos por diversas pesquisas em diversas faixas etárias e verificam que tais compreensões existentes no senso comum acabam por dificultar a aprendizagem do conceito formal do referido termo.