quinta-feira, 6 de junho de 2013

Tudo sobre Eletricidade


Eletricidade

Eletricidade


eletricidade está presente a todo tempo ao nosso redor e até em nós mesmos. Na natureza a eletricidade pode ser observada no relâmpago, uma grande descarga elétrica produzida quando se forma uma enorme tensão entre duas regiões da atmosfera.


No corpo humano também observamos a eletricidade: impulsos elétricos do olho para o cérebro. Nas células da retina existem substâncias químicas que são sensíveis à luz, quando uma imagem se forma na retina estas substâncias produzem impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro.


Na eletrostática estudamos as partículas carregadas eletricamente, ou seja, a eletrostática é a parte da física em que estudamos as cargas elétricas.

Para entender bem os conceitos que vou introduzir neste texto é importante que você conheça a estrutura da matéria, ou seja, o átomo. Então sua primeira leitura para iniciar os estudos em eletrostática é sobre o átomo, elétrons, prótons e nêutrons.


Chamamos de condutores os corpos onde as partículas portadoras de carga elétrica conseguem se mover sem dificuldade, os corpos onde isso não acontece chamamos de isolantes.

A eletrização é o processo pelo qual um corpo fica eletrizado. Quando um corpo ganha elétrons dizemos que ele foi eletrizado negativamente, pois o número de elétrons no corpo é maior que o número de prótons no mesmo. E quando um corpo perde elétrons o número de prótons no corpo é maior que o de elétrons, então, dizemos que o corpo está positivamente eletrizado.

eletrização por atritoEletrização por atrito 




Se atritarmos um pedaço de flanela com um bastão de vidro, os dois corpos antes neutros, agora apresentam propriedades elétricas, dizemos então que os corpos foram eletrizados por atrito.

Ao lado temos mais uma ilustração do amigo Tainan Rocha desta vez sobre eletrização. Lembram sobre do exemplo do caminhão que transporta combustível?


Na eletrização por atrito os corpos atritados ficam com cargas elétricas opostas, como por exemplo, o pedaço de flanela com cargas positivas e o bastão de vidro com cargas negativas.





Considere dois corpos, A e B, sendo A positivamente eletrizado e B um corpo neutro. Quando colocamos estes corpos em contato, as cargas positivas do corpo A atraem as cargas negativas de B. Os corpos, claro, devem ser condutores para que isso aconteça. Ao separarmos os corpos, percebemos que o corpo B perdeu elétrons, logo este ficou positivamente eletrizado. Este processo é chamado eletrização por contato.

Dois corpos, A e B, sendo A positivamente eletrizado e B um corpo eletricamente neutro, são colocados próximos um do outro sem haver contato.

As cargas positivas de A atraem as cargas negativas de B. Se aterrarmos o corpo B, as cargas elétricas negativas da terra vão se deslocar para o corpo B. Retirando o condutor que aterra o corpo B e só depois afastar o corpo A. Observamos então que o corpo B ficou negativamente eletrizado.


Para entender o conceito de carga elétrica vamos estudar um pouco a estrutura do átomo e as partículas portadoras de carga elétrica que o constituem. No núcleo do átomo estão os prótons e os nêutrons, e girando em torno deste núcleo estão os elétrons. Um próton em presença de outro próton se repele, o mesmo ocorre com os elétrons, mas entre um próton e um elétron existe uma força de atração, como no exemplo do âmbar e da palha. Desta maneira, atribuímos ao próton e ao elétron uma propriedade física denominada carga elétrica.

Lei de coulomb

Charles Augustin Coulomb desenvolveu uma teoria que chamamos hoje de Lei de Coulomb. A Lei de Coulomb trata da força de interação entre as partículas eletrizadas, as partículas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem.



O físico Charles Coulomb utilizou para estudar estas forças, um equipamento que ele mesmo desenvolveu. A balança de torção. Este equipamento consiste em um mecanismo que calcula a intensidade do torque sofrido por uma partícula que sofre repulsão.


Em muitos exercícios você pode encontrar o termo carga elétrica puntiforme, este termo se refere a um corpo eletrizado que tem dimensões desprezíveis em relação à distância que o separa de outro corpo eletrizado.

A energia elétrica pode ser definida como a capacidade de trabalho de uma corrente elétrica. Como toda Energia, a energia elétrica é a propriedade de um sistema elétrico que permite a realização de trabalho. Ela é obtida através de várias formas. O que chamamos de “eletricidade” pode ser entendido como Energia Elétrica se, no fenômeno descrito a eletricidade realiza trabalho por meio de cargas elétricas.



Considere um aparelho que mantenha uma falta de elétrons e uma de suas extremidades e na outra um excesso. Este aparelho é chamado gerador e pode ser uma pilha comum. A falta de elétronscargas possam se deslocar. em um pólo e o excesso em outro origina uma diferença de potencial (d.d.p.). Um aparelho elétrico só funciona quando se cria uma diferença de potencial entre os pontos em que estiver ligado para que as

Num texto anterior abordamos de maneira simplificada a idéia de diferença de potencial elétrico. Agora vamos avançar no conceito de potencial elétrico e nas equações para obtenção do potencial e da diferença de potencial elétrico.

Abaixo podemos observa a representação de um campo elétrico formado entre duas placas paralelas carregadas com cargas elétricas de mesa intensidade, mas sinais opostos.


Corrente elétrica, entender este conceito facilita o entendimento de muitos fenômenos da natureza. A corrente elétrica, e a eletricidade propriamente dita, estão presentes a todo tempo ao nosso redor e até em nós mesmos.


O resistor é um dispositivo cujas principais funções são: dificultar a passagem da corrente elétrica e transformar Energia Elétrica em Energia Térmica por Efeito Joule. Entendemos a dificuldade que o resistor apresenta à passagem da corrente elétrica como sendo resistência elétrica. O material mais comum na fabricação do resistor é o carbono.


Os metais são bons condutores de corrente elétrica, mas alguns são melhores condutores que outros. O metal mais utilizado em nossas instalações elétricas é o cobre. Porque é um bom condutor e, também não é muito caro. Sabemos que a prata é melhor condutora que o cobre e, o chumbo é pior condutor que eles.

Mas o que significa esta diferença entre o cobre, a prata e o chumbo? Por que um é melhor condutor que outro?


A Lei de Ohm afirma que, ao percorrer um resistor (R) a corrente elétrica (i) é diretamente proporcional à tensão (U).
U = R. i
Onde:
U : representa a tensão (ddp).
R: a resistência do resistor ou condutor.
i: corrente elétrica.


Agora vamos falar um pouso sobre a relação entre a resistência elétrica e as dimensões do condutor. Esta relação foi estudada por um grupo de cientistas que realizaram vários experimentos de eletricidade. Muitos destes experimentos estavam relacionados à resistência elétrica, e nestes, verificou-se que a resistência (R) de um resistor é diretamente proporcional ao comprimento (l) do resistor, inversamente proporcional à área da secção transversal (A) e depende do material do qual o resistor é feito.


Em nosso dia-a-dia utilizamos vários aparelhos elétricos onde são empregados circuitos com dois ou mais resistores. Em muitos destes circuitos, um único resistor deve ser percorrido por uma corrente elétrica maior que a suportada, e nestes casos utiliza-se uma associação de resistores. Em outras aplicações vários resistores são ligados um em seguida do outro para obter o circuito desejado, como é o caso das lâmpadas decorativas de natal.


Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica. Este fenômeno é conhecido como Efeito Joule, em homenagem ao Físico Britânico James Prescott Joule (1818-1889).


O gerador elétrico é um mecanismo que transforma energia mecânica, química ou outra forma de energia em energia elétrica. O gerador elétrico mais comum é o dínamo (gerador de corrente contínua) de bicicleta, que já estudamos em “como funciona um dínamo”.


Um receptor elétrico é todo elemento do circuito elétrico que transforma energia elétrica em outra forma de energia que não seja calor. Devemos lembrar que os dispositivos que transformam energia elétrica em energia térmica apenas são os resistores e, desta maneira, evite confundir estes últimos com os receptores elétricos.


Potência elétrica é uma grandeza física que aparece em várias questões do vestibular, logo, é um assunto que deve ser estudado com muita atenção. Para utilizar da forma correta as equações de potência elétrica é importante entender o conceito de potencia que vimos em um dos textos anteriores, só para lembrar: Na física, potência pode ser definida como a quantidade de energia liberada em certo intervalo de tempo, ou seja, quanto maior a energia liberada em um menor intervalo de tempo maior será a potência.


Agora que já estudamos uma boa quantidade de conceitos de eletricidade vamos utilizar estes conceitos para entender e resolver exercícios com circuitos elétricos. O circuito elétrico é formado por uma ou mais fontes de energia elétrica, fios condutores e algum elemento de circuito como resistores, capacitores e receptores. O circuito elétrico estará completo quando a corrente elétrica, que sai de um dos terminais da fonte de energia, percorre os componentes do circuito e fecha seu percurso no outro pólo da fonte de energia.


Escolhi alguns elementos utilizados em circuito elétrico que acredito serem os mais comuns. A idéia é apresentar os principais elementos que compõem um circuito elétrico e oferecer a possibilidade de entender melhor cada um deles. Para saber mais sobre cada elemento específico basta clicar no nome e você será direcionado à página do elemento do circuito.


Para entender melhor este texto sobre linhas de força ou linhas de campo você deve ler o post sobre o conceito de campo elétrico.

Com o objetivo de representar o campo elétrico através de diagramas, Faraday introduziu o conceito de linhas de força que também chamamos de linhas de campo. Estas linhas vão ajudar a definir a direção da força elétrica ou magnética, e a densidade do campo elétrico ou magnético em qualquer região do espaço.


No texto sobre a Lei de Coulomb, falamos sobre a força elétrica que age entre duas partículas eletrizadas através do campo elétrico. Neste texto vamos entender o conceito de campo elétrico.

O corpo humano produz Energia Elétrica?

O corpo humano é composto de 64% de solução salina chamada na medicina de "soro fisiológico" que é um bom condutor de eletricidade. A solução salina é chamada na eletrotécnica de "solução eletrolítica" que em contato com as células nervosas, gera bioeletricidade química.
A cada batida do nosso coração (pulsação) produz-se uma corrente de um ciclo por segundo de um watt de potência elétrica dissipada.
A potência elétrica e a resistência do corpo humano variam de um individuo para outro: dependem da constituição orgânica das células e da condutibilidade do corpo.
Dessa maneira verifica-se que o ser humano é uma máquina elétrica!
Somos constituídos dos mesmos elementos do Universo: moléculas, átomos, prótons, nêutrons e elétrons.
Matéria e Energia são a mesma coisa: matéria é a condensação da energia; energia é a desintegração da matéria.
Segundo Einstein, todo corpo em virtude da sua constituição atômica, possui um campo de energia eletro magnética (aura do ser humano), fotografável pela câmara de Kirlian. O sistema nervoso constitui a rede de distribuição elétrica e as células são os semicondutores, funcionando à semelhança dos diodos e transmissores.
A bioeletricidade pode ser detectada através do eletrocardiograma e do eletro-encefalograma. A tensão eletrostática gerada durante as 24 horas do dia pode ser medida por meio de um sensível voltímetro eletrostático.
Para medi-la, o individuo pisa numa placa metálica na qual se liga o eletrodo negativo no voltímetro com a mão segurando firmemente no eletro do positivo. O instrumento deverá acusar leituras que variarão de 5.000 a 20.000 volts eletrostáticos.
A resistência do corpo humano pode ser medida facilmente pelo aparelho chamado "ohmimetro". Conforme foi dito acima, tanto a tensão eletrostática como a resistência do corpo humana varia de individuo para individuo e, assim sendo o instrumento poderá indicar leituras que variam de 500 a 500.000 ohms de resistência à corrente elétrica.
A condutibilidade do corpo humana varia com as características da pele, pele seca alta resistência, pele úmida baixa resistência. Analogamente, como se passa nos isoladores e condutores de eletricidade, o corpo humano acumula eletricidade quando a resistência é alta e descarrega eletricidade com facilidade quando a resistência é baixa. Felizmente a pele seca pode ser tratada com vitaminas adequadas que a medicina conhece.
Os indivíduos que acusavam alta resistência elétrica e alta tensão eletrostática não devem trabalhar com materiais altamente inflamáveis tais como petróleo, álcool, gás liquefeito ou pólvora. Não devem penetrar em salas operatórias de hospitais onde existe atmosfera contendo substancia anestésica a fim de não produzir explosões espontâneas.
Os incêndios e explosões verificados espontaneamente em ambientes contendo substancia altamente inflamáveis são causados pelas faíscas de alta voltagem eletrostática dos indivíduos que não conseguem escoar normalmente, o excesso de carga elétrica acumulada no seu corpo devido à má condutibilidade da sua pele.
O excesso deve escoar normalmente através dos cabelos e dos pés da mesma forma como acontece com as descargas elétricas atmosféricas. Quando há excesso de eletricidade acumulada nas nuvens, a tensão elétrica rompendo a resistência do ar descarrega-se para a terra sob a forma de faísca elétrica.
Quando o excesso de carga elétrica é na terra, ela se escoa para a atmosfera através dos picos das montanhas, pontos de mastros, agulhas das torres das igrejas e pelos pontos dos pára-raios, sob a forma de fogo ("Fogo de São Telmo", designação dada pelos marujos do século XVII). Em eletrotécnica chama-se "eflúvio", devido ao poder elétrico das pontas.
Dessa maneira, o planeta mantém o seu equilíbrio elétrico. O ser humano também tem necessidade de manter o equilíbrio elétrico do seu corpo da mesma maneira como faz o planeta. Ambos são regidos pela mesma lei elétrica. O ser humano é também uma estação de rádio, irradiando som e imagem a semelhança da televisão. Tendo a sua fonte de energia própria, ele é capaz de modular através do seu pensamento irradiar simultaneamente, ondas eletromagnéticas contendo sinais de som e imagem.

Para saber mais!

As modificações tecnológicas pelas quais  o ferro de passar roupa e os celulares passaram nos últimos anos.


Ferro de Passar Roupa: Antigamente eram pesados e faziam muita sujeira além de perigosos, eram a brasa, que era colocada em seu interior. Hoje em dia são elétricos, com regulagem automática da temperatura para cada tipo de tecido, com adição de água e vapor para melhorar e desamarrotar melhor a roupa. Os mais modernos evitam até que se queime a roupa desligando automaticamente quando esquecidos no mesmo local por muito tempo.

                           



Celulares: Os primeiros celulares eram verdadeiros tijolos, de tão grandes e pesados, facilmente paravam de pegar e bastava entrar em alguma cobertura para o sinal ficar mais fraco. E tinham apenas uma única função, discar para alguém e receber chamadas como um telefone. Os mais modernos desse tempo tinham agenda e gravavam atalhos para discagem rápida. Hoje além disto eles tiram foto, armazenam dados, possuem jogos, músicas, vídeos, acessam a internet, mandam mensagem, transmitem informações para outros aparelhos de armazenagem, gravam som, são bem finos e leves, com visor colorido e de alta definição, pegam estações de rádio e emissoras de TV além de terem maior durabilidade de suas baterias.


                





Grandezas Físicas relacionadas a Eletricidade!


Tensão elétrica ou voltagem: É a diferença entre a quantidade de carga elétrica de um ponto a outro em um circuito. Os aparelhos elétricos que são ligados na tomada ou à rede elétrica da residência trazem escrito os valores de 110V ou 220V. Alguns aparelhos como os rádios, por exemplo, permitem que se ajuste o aparelho à tensão da rede elétrica da residência da cidade onde você mora e que pode ser 110V ou 220V.
No caso de um desses aparelhos ser ligado numa tensão maior que a especificada pelo fabricante, ele queima quase que imediatamente. Se ele for ligado a uma tensão menor que a especificada, ou o aparelho não funciona ou funciona precariamente.

Potência: A potência é a grandeza elétrica que indica o consumo de energia elétrica do aparelho em cada unidade de tempo de seu funcionamento. Por exemplo, se uma lâmpada tem potência de 100 watt, significa que em cada segundo de funcionamento ela consome 100 joules de energia elétrica.

Corrente elétrica: A corrente elétrica é uma grandeza cujo valor depende da potência do aparelho e também da tensão em que ele é colocado para funcionar. Por exemplo, uma lâmpada de 100 watt feita para funcionar na tensão de 110 volts, quando ligada requer maior corrente elétrica que uma de potência de 60 watt e de mesma tensão. É por essa razão que a lâmpada de 100 watt apresenta luminosidade maior que a de 60 watt.
Existem dois tipos de corrente elétrica: a corrente contínua que é fornecida por pilhas e baterias e a corrente alternada que é aquela fornecida pelas usinas para as casas, indústrias, etc.

Freqüência: Embora a frequência seja uma grandeza que comparece na maioria dos aparelhos elétricos nos valores 50/60 e na unidade hertz (Hz) ela não é usada somente na eletricidade. Nesse caso, ela se refere a uma característica da corrente elétrica alternada obtida com as usinas geradoras de eletricidade. No Brasil, a frequência da corrente alternada é de 60 hertz, ou seja, 60 ciclos por segundo. Há países como Portugal e o Paraguai onde a frequência é de 50 hertz.

Fique por dentro!

     
       Os primeiros eletrodomésticos surgiram no final do seculo XIX, na Europa e nos EUA. Somente no inicio do seculo XX chegaram ao Brasil, que passou a produzir seus próprios aparelhos mais tarde.
      Com o tempo, os eletrodomésticos foram aprimorados e suas  funções adaptadas às necessidades dos consumidores. Os aparelhos ganharam formas e desenhos modernos. Um bom exemplo é o dos aparelhos televisão. O primeiro aparelho trazido para o Brasil foi um modelo de 1950, movido a válvula. O televisor era pesado e sua imagem em preto e branco, pouco definida. Hoje a televisão além de ter sua imagem colorida, possui alta definição e é mais leve se comparada aos primeiros televisores. Isso tudo graças ao desenvolvimento da tecnologia.
                                         Você sabia ?  

  
   •       A luz viaja tão rápido (cerca de 300.000 quilômetros por segundo!) que vemos o clarão brilhante de um relâmpago instantaneamente. Mas precisamos esperar algum tempo para ouvir o trovão.

   •  As bolas alaranjadas e vermelhas colocadas nos fios de alta tensão que cruzam as rodovias, servem para sinalização visual para os pilotos das aeronaves, quando tiverem que utilizar as estradas para pousos de emergência.

   • A eletricidade foi descoberta pelos gregos por volta de 600 a.C. Um homem chamado Tales descobriu que, ao esfregar um pedaço de âmbar com pano, este atraía pequenos objetos. (O âmbar é a seiva endurecida de certas árvores).
               Sistema Elétrico AnimalTodas as criaturas vivas desenvolvem quimicamente potenciais elétricos usados em sua maioria, para transmissão de mensagens, através de sistema nervoso.

     O Tubarão apresenta muitos pontos sensíveis à eletricidade na pele, principalmente junto à cabeça, que captam pulsos elétricos dos músculos em atividade dos peixes. Desse modo, na escuridão, ele pode apanhar sua presa usando apenas os sensores elétricos para orientar-se.
                               

            O vaga-lume apresenta uma reação química causando a emissão de uma luz “fria”. Ele exibe a eletroluminescência para atrair seu companheiro para reprodução.. Ao entrar em contato com oxigênio do ar, os elementos químicos do seu corpo sofrem uma reação e brilham intermitentemente.
                                              
 Capaz de gerar poderosas descargas elétricas, o poraquê , vive nas bacias do rio Amazonas e Orinoco e é o predador principal de seu ecossistema. Seus órgãos elétricos ocupam 4/5 de seu corpo e os órgãos vitais ficam na parte da frente, no pequeno espaço restante. O peixe pode alcançar até 2 metros de comprimento e pesar até 20 quilos. O poraquê é capaz de produzir choques de até 500 volts  de corrente, uma descarga mortal para um humano adulto.
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Os bagres elétricos podem gerar choques de até 350 volts e são encontrados na parte tropical da África e no rio Nilo. São peixes carnívoros de hábitos noturnos que alimentam-se de outros peixes debilitando-os com sua descargas elétricas.
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A s raias elétricas pertencem a um grupo de 69 espécies de raias capazes de produzir descargas elétricas que variam dos 8 aos 220 volts dependendo da espécie.
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