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Uma maneira simples de pensar em um gerador é imaginá-lo atuando como uma bomba dágua. Aoinvés de água, o gerador usa o ím...
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Quando você olha para uma lâmpada incandescente normal, pode ver fisicamente essa analogia daágua em ação. O filamento da ...
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Como funciona a eletricidade

  1. 1. Como funciona a eletricidadepor Marshall Brain - traduzido por HowStuffWorks BrasilIntroduçãoA eletricidade nos cerca por todos os lados. Para a maioria daspessoas, a vida moderna seria praticamente impossível sem ela.Veja aqui alguns exemplos: • Em todas as partes da casa, você provavelmente encontra tomadas onde pode ligar todo tipo de eletrodomésticos. • A maioria dos aparelhos portáteis precisa de baterias, que produzem uma quantidade variável de eletricidade, dependendo de seu tamanho. • Durante uma tempestade, gigantescos "deslocamentos" de eletricidade, normalmente chamados de relâmpagos, são disparados do céu. • Em uma escala muito menor, você pode levar choques de eletricidade estática em dias secos de inverno. • É fácil criar eletricidade com a luz do sol usando uma célula solar ou até mesmo criá-la a partir da energia química do hidrogênio e oxigênio usando uma célula de combustível.Mas o que é a eletricidade? De onde ela vem e por que pode fazer tantas coisas diferentes?A eletricidade que obtemos nas tomadas e baterias pode fornecer energia para diferentes tipos deaparelhos. • Motores elétricos transformam a eletricidade em movimento. • Lâmpadas, lâmpadas fluorescentes e LEDs (diodos emissores de luz) transformam a eletricidade em luz. • Computadores transformam eletricidade em informação. • Telefones transformam eletricidade em comunicação. • TVs transformam eletricidade em imagens. • Alto-falantes transformam eletricidade em ondas sonoras. • Armas de choque transformam eletricidade em dor. • Torradeiras, secadores de cabelos e aquecedores transformam eletricidade em calor. • Rádios transformam eletricidade em ondas eletromagnéticas que podem viajar milhões de quilômetros. • Aparelhos de raio-X transformam eletricidade em raios X.É difícil imaginar pessoas no mundo moderno vivendo sem eletricidade. Na falta de eletricidade,voltamos a usar lareiras para obter calor, fogões a lenha para cozinhar, velas para iluminar, réguas decálculo para fazer contas mais complicadas e para falar a longa-distância só nos restam cartas ecartões postais.A eletricidade começa com elétrons. Se você leu Como funcionam os átomos, sabe que cada átomocontém um ou mais elétrons. Sabe também que os elétrons têm uma carga negativa.
  2. 2. Um átomo em seu modelo mais simplesEm muitos materiais, os elétrons são fortemente ligados aos átomos: madeira, vidro, plástico, cerâmica,ar, algodão, todos são exemplos disso. Como os elétrons não se movem, esses materiais quase nãoconduzem eletricidade. São o que chamamos de isolantes elétricos.Por outro lado, a maioria dos metais têm elétrons que podem se separar de seus átomos e se mover.Estes são chamados elétrons livres. Ouro, prata, cobre, alumínio e ferro, entre outros, contêm elétronslivres. Eles ajudam a eletricidade a fluir por esses materiais, que são conhecidos como condutoreselétricos, por conduzirem eletricidade. Os elétrons em movimento transmitem energia elétrica de umponto a outro.GeradoresA eletricidade precisa de um condutor para se mover. Assim como énecessário algo para fazê-la fluir através do condutor. Uma maneira defazer com que a eletricidade seja conduzida é usar um gerador. Osgeradores usam um ímã para fazer os elétrons se moverem.Há uma conexão explícita entre eletricidade e magnetismo. Se vocêdeixar os elétrons se moverem por um fio, eles criam um campomagnético ao redor dele (veja Como funcionam os motores elétricos eComo funcionam os eletroímãs para mais detalhes). De maneira similar,se você mover um ímã perto de um fio, o campo magnético fará comque seus elétrons se movam.Um gerador é um aparelho simples que move um ímã perto de um fio para criar um fluxo estável deelétrons.
  3. 3. Uma maneira simples de pensar em um gerador é imaginá-lo atuando como uma bomba dágua. Aoinvés de água, o gerador usa o ímã para produzir elétrons. Isso é uma simplificação exagerada, masuma analogia útil.Há duas coisas que uma bomba dágua pode fazer com a água:1. Mover um certo número de moléculas de água.2. Aplicar uma certa pressão sobre as moléculas de água.Da mesma maneira, o ímã em um gerador pode:1. Deslocar um certo número de elétrons.2. Aplicar uma certa "pressão" sobre os elétrons.Em um circuito elétrico, o número de elétrons em movimento é chamado amperagem ou corrente, queé medida em ampères. A "pressão" sobre os elétrons é chamada voltagem e é medida em volts. Porisso, você pode ouvir alguém dizer: "se você girar o gerador a 1.000 rpm, pode produzir 1 ampère emuma tensão de 6 volts". Um ampere é o número de elétrons em movimento (fisicamente, 1 ampèresignifica que 6,24 x 1018 elétrons se movem por um fio a cada segundo). A voltagem, por sua vez, é aquantidade de pressão sobre esses elétrons.Circuitos elétricosIndependentemente de estar usando uma bateria, uma célula de combustível ou uma célula solar paraproduzir eletricidade, há três coisas que permanecem as mesmas: • A fonte de eletricidade terá dois terminais: um positivo e um negativo. • A fonte de eletricidade (mesmo sendo um gerador, bateria, etc.) vai tentar deslocar elétrons para fora de seu terminal negativo com uma certa voltagem. Por exemplo, uma pilha AA desloca elétrons a 1,5 volts. • Os elétrons precisam fluir do terminal negativo para o terminal positivo através de um fio de cobre ou outro condutor. Quando há um caminho que vai do terminal negativo para o positivo, há um circuito e elétrons podem correr pelo fio. • Você pode conectar um dispositivo de qualquer tipo (uma lâmpada, um motor, uma TV, etc.) no meio do circuito. A fonte de eletricidade vai fornecer energia para o dispositivo e este, por sua vez, irá fazer seu trabalho (criar luz, girar um eixo, gerar imagens, etc.).Circuitos elétricos podem ser bastante complexos. Mas você sempre terá uma fonte de eletricidade(uma bateria, etc.), um dispositivo (lâmpada, motor, etc.), e dois fios para carregar eletricidade entre abateria e o dispositivo. Os elétrons se movem da fonte para o dispositivo, e novamente de volta à fonte.Os elétrons em movimento possuem energia. E, movendo-se de um ponto a outro, podem fazer muitostrabalhos. Em uma lâmpada incandescente, por exemplo, a energia dos elétrons é usada para gerarcalor e o calor cria luz. Em um motor elétrico, a energia nos elétrons cria um campo magnético e estecampo pode interagir com outros ímãs (por atração e repulsão magnéticas) para criar movimento. Cadaaparelho elétrico usa a energia dos elétrons de alguma maneira para criar um efeito colateral útil. E os relâmpagos? Se o ar é um isolante, então como um relâmpago pode sair de uma nuvem para o solo através de um material não -condutor? No caso dos relâmpagos, há tanta energia elétrica armazenada entre a nuvem e o solo que, em algum momento, a energia consegue destacar elétrons dos átomos no ar. Assim que esse processo começa, o ar se torna um plasma (um estado separado de matéria onde há muitos elétrons livres criados por calor ou alta Imagem cedida pela NASA voltagem - veja Como funciona o cortador de plasma para saber mais sobre esse estado). Assim que se transforma em plasma, o ar pode facilmente conduzir eletricidade com os
  4. 4. elétrons livres e o relâmpago acontece através desse condutor de plasma. Esse mesmo processo permite que uma faísca passe pelos condutores de uma vela de ignição ou de um arma de choque e também carregue eletricidade através de um tubo fluorescente.Voltagem, corrente e resistênciaLeve em consideração uma tomada de 120 volts e imagine que vocêliga um aquecedor de ambientes nessa tomada. Meça a quantidade decorrente fluindo da tomada para o aquecedor, e você verá que são 10ampères. Isso significa que é um aquecedor de 1.200 watts. Volts * ampères = wattsEntão 120 volts * 10 amps = 1.200 watts.Isso serve para qualquer aparelho elétrico. Se você conecta umatorradeira e ela usa 5 ampères, é uma torradeira de 600 watts. Se vocêconecta uma lâmpada e ela consome 1/2 ampère, é uma lâmpada de 60 watts.Vamos supor que você ligue o aquecedor de ambientes, saia e observe o medidor de força. O objetivodo medidor de força é medir a quantidade de eletricidade utilizada em sua casa para que a companhiade luz possa cobrá-lo. Vamos supor que mais nada na casa esteja ligado, de maneira que o medidoresteja medindo apenas a eletricidade usada pelo aquecedor.Seu aquecedor está usando 1.200 watts. Isto é 1,2 kilowatts, um kilowatt é 1.000 watts. Se você deixaro aquecedor ligado por uma hora, vai consumir 1,2 quilowatt/hora de força. Se a companhia de luzcobrar 10 centavos por quilowatt-hora, então sua conta será de 12 centavos por cada hora de uso doaquecedor. 1.2 quilowatts * 1 hora = 1.2 quilowatt-hora 1.2 quilowatt-hora * 10 centavos por quilowatt-hora = 12 centavosDa mesma maneira, se você tiver uma lâmpada de 100 watts e deixá-la ligada por 10 reais horas, vaiconsumir 1 quilowatt-hora (100 watts * 10 horas = 1 quilowatt-hora).Se você tem uma bomba de calor de 20.000 watts e a deixa ligada por cinco horas todos os dias, vaiconsumir 100 quilowatts-hora por dia (20 quilowatts * 5 horas = 100 quilowatt-hora) ou 10 dólares de luzpor dia se um quilowatt-hora custar 10 centavos. Se fizer isso por um mês, sua bomba de calor custa(30 * R$ 10,00) R$ 300,00 por mês. É por isso que sua conta de luz fica tão alta quando o clima estámuito frio. A bomba de calor consome muita energia.As três unidades mais básicas em eletricidade são voltagem (V), corrente (I) e resistência (r). Comodiscutido antes, a voltagem é medida em volts, e a corrente é medida em ampères. A resistência émedida em ohms.Podemos continuar com a analogia da água para entender sobre resistência. A voltagem éequivalente à pressão da água, a corrente é equivalente à taxa de fluxo e a resistência é como otamanho do cano.Há uma equação básica em engenharia elétrica que diz como os três termos são relacionados. Elaafirma que a corrente é igual a voltagem dividida pela resistência. I = V/rVamos supor que você tenha um tanque de água pressurizada conectado a uma mangueira que estásendo usada para molhar o jardim. O que acontece se você aumentar a pressão no tanque? Pode-sesupor que isso fará sair mais água da mangueira. O mesmo acontece em um sistema elétrico:aumentar a voltagem vai fazer mais corrente fluir.Suponhamos que você aumente o diâmetro da mangueira e de todos os ajustes do tanque. Sabe queprovavelmente isso também fará sair mais água da mangueira. É o mesmo que diminuir a resistênciaem um sistema elétrico, pois aumenta o fluxo de corrente.
  5. 5. Quando você olha para uma lâmpada incandescente normal, pode ver fisicamente essa analogia daágua em ação. O filamento da lâmpada é um pedaço de fio muito fino. Este fio causa resistência aofluxo de elétrons. Você pode calcular a resistência do fio com sua equação específica.Vamos supor que você tenha uma lâmpada de 120 watts ligada em uma tomada. A voltagem é 120 voltse a lâmpada de 120 watts tem 1 ampère correndo através dela. Você poderá calcular a resistência dofilamento reorganizando a equação: r = V/I. A resistência será então de 120 ohms. Caso seja umalâmpada de 60 watts, a resistência irá para 240 ohms.Corrente contínua x corrente alternadaBaterias, células de combustível e células solares produzem algo chamado corrente contínua (CC). Osterminais de uma bateria são, respectivamente, positivo e negativo. A corrente contínua sempre flui nomesmo sentido entre eles (lembre-se que a corrente se desloca em sentido oposto ao dos elétrons).A força que vem de uma usina de energia, por outro lado, é chamada corrente alternada (CA). Osentido da corrente reverte, ou alterna, 60 vezes por segundo (nos EUA) ou 50 vezes por segundo (naEuropa, por exemplo). A energia elétrica que está disponível nas tomadas dos Estados Unidos é de 120volts, e com 60 ciclos para a CA.A grande vantagem da corrente alternada para a rede elétrica é o fato de ser relativamente fácil mudar avoltagem, usando um aparelho chamado transformador. Com o uso de voltagens muito altas paratransmitir energia para longas distâncias, as companhias de luz economizam muito dinheiro. É assimque isso funciona.Supondo que você tenha uma usina de energia que produza 1 milhão de watts de potência, umamaneira de transmitir essa potência seria enviar 1 milhão de ampères a 1 volt. Outra maneira seriaenviar 1 ampère a 1 milhão de volts. Enviar 1 ampère exige apenas um fio fino e pouca energia éperdida na forma de calor durante a transmissão. O envio de 1 milhão de ampères exigiria um fioenorme.Então, para transmissão de energia, as companhias de luz utilizam voltagens muito altas paratransmissão (por exemplo 1 milhão de volts), depois diminuem novamente para voltagens mais baixaspara a distribuição (por exemplo 1.000 volts) e, finalmente, diminuem para 120 volts dentro da casa, porsegurança (veja Como funcionam as redes elétricas para mais detalhes).Fio terraQuando o assunto é eletricidade, você sempre ouve falar do uso do fio terra, ou simplesmente terra.Por exemplo, uma informação no gerador elétrico dirá: "certifique-se de conectar um fio terra antes deusar" ou "não use sem aterramento apropriado".Acontece que a companhia elétrica usa um dos fios do sistema de força ligado à terra. Ela é umexcelente condutor, além de ser um ótimo caminho para o retorno dos elétrons. Aterramento na rede dedistribuição elétrica, corresponde ao contato com a terra propriamente dita ou com o que estiver sob osolo.O sistema de distribuição de força conecta-se com solo muitas vezes. Por exemplo, nesta foto vocêpode ver que um dos fios é destacado como um fio terra.
  6. 6. Na foto abaixo, o fio exposto, vindo pela lateral do poste, conecta o fio terra aéreo diretamente aochão.Todos os postes de eletricidade no planeta têm um fio como esse. Se puder acompanhar a companhiade luz instalando um novo poste, verá que a ponta deste fio é grampeada em uma bobina na base doposte. Essa bobina fica em contado direto com o solo quando o poste é instalado e é enterrada de 1,8 a3 m embaixo da terra. Se você examinar um poste cuidadosamente, verá que os fios terra entre ospostes (e normalmente entre os fios de sustentação) estão ligados a essa conexão direta ao chão.A eletricidade pode ser usada de muitas maneiras diferentes. Confira os links na próxima página paraexplorar outras aplicações.

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