A lâmpada, uma aplicação precoce de eletricidade, opera por aquecimento Joule: a passagem da corrente através da resistência geradora de calor
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A eletricidade é a presença e o fluxo da carga elétrica. Usando a electricidade podemos transferir energia de formas que nos permitem fazer tarefas simples. A sua forma mais conhecida é o fluxo de electrões através de condutores como os fios de cobre.
A palavra “electricidade” é por vezes utilizada para significar “energia eléctrica”. Não são a mesma coisa: a electricidade é um meio de transmissão de energia eléctrica, tal como a água do mar é um meio de transmissão de energia das ondas. Um item que permite que a eletricidade se mova através dele é chamado de condutor. Os fios de cobre e outros artigos metálicos são bons condutores, permitindo que a electricidade se movimente através deles e transmita energia eléctrica. O plástico é um mau condutor (também chamado de isolante) e não permite que muita electricidade se movimente através dele, pelo que irá parar a transmissão de energia eléctrica.
Transmissão de energia eléctrica pode acontecer naturalmente (como num raio), ou ser feita por pessoas (como num gerador). Pode ser usado para alimentar máquinas e dispositivos elétricos. Quando as cargas elétricas não estão em movimento, a eletricidade é chamada de eletricidade estática. Quando as cargas estão em movimento, são uma corrente eléctrica, por vezes chamada “electricidade dinâmica”. O raio é o tipo de corrente elétrica mais conhecido – e perigoso – na natureza, mas às vezes a eletricidade estática também faz com que as coisas fiquem juntas na natureza.
A eletricidade pode ser perigosa, especialmente em torno da água, pois a água é uma forma de bom condutor, pois tem impurezas como o sal. O sal pode ajudar o fluxo de eletricidade. Desde o século XIX, a eletricidade tem sido usada em todas as partes de nossas vidas. Até então, era apenas uma curiosidade vista no relâmpago de uma trovoada.
A energia elétrica pode ser criada se um ímã passar perto de um fio metálico. Este é o método usado por um gerador. Os maiores geradores estão em centrais eléctricas. A energia elétrica também pode ser liberada pela combinação de produtos químicos em um pote com dois tipos diferentes de varetas metálicas. Este é o método usado em uma bateria. A electricidade estática pode ser criada através da fricção entre dois materiais – por exemplo, uma tampa de lã e uma régua de plástico. Isto pode fazer uma faísca. A energia elétrica também pode ser criada usando a energia do sol, como nas células fotovoltaicas.
A energia elétrica chega às casas através de fios dos locais onde é feita. É utilizada por lâmpadas eléctricas, aquecedores eléctricos, etc. Muitos aparelhos, como máquinas de lavar e fogões elétricos, utilizam eletricidade. Nas fábricas, a energia elétrica alimenta as máquinas. As pessoas que lidam com electricidade e aparelhos eléctricos nas nossas casas e fábricas são chamadas de “electricistas”.
Como funciona
O raio é um dos efeitos mais dramáticos da electricidade.
Existem dois tipos de cargas eléctricas que se empurram e puxam uma sobre a outra: cargas positivas e cargas negativas. As cargas elétricas empurram ou puxam uma sobre a outra se não se tocam. Isto é possível porque cada carga faz um campo eléctrico à sua volta. Um campo elétrico é uma área que envolve uma carga. Em cada ponto próximo a uma carga, o campo elétrico aponta em uma determinada direção. Se uma carga positiva é colocada nesse ponto, ela será empurrada nessa direção. Se uma carga negativa é colocada nesse ponto, ela será empurrada exatamente na direção oposta.
Funciona como ímãs, e de fato, a eletricidade cria um campo magnético, no qual cargas similares se repelem e cargas opostas se atraem. Isto significa que se você colocar dois negativos juntos e deixá-los ir, eles se afastarão. O mesmo é verdade para duas cargas positivas. Mas se você colocar uma carga positiva e uma negativa juntas, elas puxariam uma para a outra. Uma pequena maneira de se lembrar disso é a frase que os opostos atraem os repelentes.
Toda a matéria do universo é feita de pequenas partículas com cargas positivas, negativas ou neutras. As cargas positivas são chamadas de prótons, e as cargas negativas são chamadas de elétrons. Os prótons são muito mais pesados que os elétrons, mas ambos têm a mesma quantidade de carga elétrica, exceto que os prótons são positivos e os elétrons são negativos. Porque os “opostos atraem”, os prótons e elétrons ficam juntos. Alguns prótons e elétrons podem formar partículas maiores chamadas átomos e moléculas. Os átomos e as moléculas ainda são muito pequenos. Eles são muito pequenos para serem vistos. Qualquer objeto grande, como seu dedo, tem mais átomos e moléculas nele do que qualquer um pode contar. Podemos apenas estimar quantos são.
Porque os elétrons negativos e prótons positivos ficam juntos para fazer objetos grandes, todos os objetos grandes que podemos ver e sentir são eletricamente neutros. Eletricamente é uma palavra que significa “descrever eletricidade”, e neutro é uma palavra que significa “equilibrado”. É por isso que não sentimos objectos a empurrar e a puxar-nos à distância, como fariam se tudo estivesse carregado electricamente. Todos os grandes objetos são eletricamente neutros porque há a mesma quantidade de carga positiva e negativa no mundo. Poderíamos dizer que o mundo é exatamente equilibrado, ou neutro. Os cientistas ainda não sabem porque é que isto é assim.
Corrente eléctrica
Um desenho de um circuito eléctrico: a corrente (I) flui de + à volta do circuito de volta para –
Electricidade é enviada em fios.
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Os electrões podem mover-se em todo o material. Os prótons nunca se movem ao redor de um objeto sólido porque são tão pesados, pelo menos em comparação com os elétrons. Um material que deixa os elétrons se moverem é chamado de condutor. Um material que mantém cada elétron firmemente no lugar é chamado de isolador. Exemplos de condutores são o cobre, o alumínio, a prata e o ouro. Exemplos de isoladores são a borracha, o plástico e a madeira. O cobre é usado muito frequentemente como condutor porque é um condutor muito bom e há muito dele no mundo. O cobre é encontrado em fios elétricos. Mas às vezes, outros materiais são utilizados.
Dentro de um condutor, os elétrons ricocheteiam, mas eles não seguem em uma direção por muito tempo. Se um campo eléctrico for colocado dentro do condutor, os electrões começarão todos a mover-se na direcção oposta à direcção que o campo está a apontar (porque os electrões estão carregados negativamente). Uma bateria pode fazer um campo elétrico dentro de um condutor. Se ambas as extremidades de um fio estiverem ligadas às duas extremidades de uma bateria (chamadas eléctrodos), o laço que foi feito chama-se circuito eléctrico. Os elétrons fluirão ao redor e ao redor do circuito enquanto a bateria estiver fazendo um campo elétrico no interior do fio. Este fluxo de elétrons ao redor do circuito é chamado de corrente elétrica.
Um fio condutor usado para transportar corrente elétrica é frequentemente envolvido por um isolante como a borracha. Isto acontece porque os fios que transportam corrente são muito perigosos. Se uma pessoa ou um animal tocar num fio condutor de corrente, pode magoar-se ou mesmo morrer, dependendo da força da corrente e da quantidade de energia eléctrica que a corrente está a transmitir. Você deve ter cuidado ao redor de tomadas elétricas e fios nus que possam estar transportando corrente.
É possível conectar um dispositivo elétrico a um circuito para que a corrente elétrica flua através de um dispositivo. Esta corrente irá transmitir energia eléctrica para que o dispositivo faça algo que nós queremos que ele faça. Os dispositivos elétricos podem ser muito simples. Por exemplo, em uma lâmpada, a corrente transporta energia através de um fio especial chamado filamento, o que o faz brilhar. Os dispositivos elétricos também podem ser muito complicados. A energia elétrica pode ser usada para acionar um motor elétrico dentro de uma ferramenta como uma furadeira ou um apontador de lápis. A energia elétrica também é usada para alimentar dispositivos eletrônicos modernos, incluindo telefones, computadores e televisores.
Aqui estão alguns termos que uma pessoa pode encontrar ao estudar como a eletricidade funciona. O estudo da eletricidade e como ela torna possível os circuitos elétricos é chamado de eletrônica. Há um campo da engenharia chamado engenharia elétrica, onde as pessoas surgem com coisas novas usando a eletricidade. Todos estes termos são importantes para que elas saibam.
- Corrente é a quantidade de carga elétrica que flui. Quando 1 coulomb de eletricidade passa em algum lugar em 1 segundo, a corrente é de 1 ampere. Para medir a corrente num ponto, usamos um amperímetro.
- Tensão, também chamada “diferença de potencial”, é o “empurrão” atrás da corrente. É a quantidade de trabalho por carga elétrica que uma fonte elétrica pode fazer. Quando 1 coulomb de eletricidade tem 1 joule de energia, ela terá 1 volts de potencial elétrico. Para medir a tensão entre dois pontos, utilizamos um voltímetro.
- A resistência é a capacidade de uma substância “retardar” o fluxo da corrente, ou seja, reduzir a velocidade a que a carga flui através da substância. Se uma tensão elétrica de 1 volt mantém uma corrente de 1 ampere através de um fio, a resistência do fio é de 1 ohm – isto é chamado de lei de Ohm. Quando o fluxo de corrente é oposto, a energia é “consumida” o que significa que é convertida para outras formas (como luz, calor, som ou movimento)
- A energia elétrica é a capacidade de fazer trabalho por meio de dispositivos elétricos. A energia elétrica é uma propriedade “conservada”, ou seja, comporta-se como uma substância e pode ser movida de um lugar para outro (por exemplo, ao longo de um meio de transmissão ou em uma bateria). A energia elétrica é medida em joules ou quilowatt-hora (kWh).
- A energia elétrica é a taxa na qual a energia elétrica está sendo usada, armazenada ou transferida. O fluxo de energia elétrica ao longo das linhas de potência é medido em watts. Se a energia elétrica está sendo convertida para outra forma de energia, ela é medida em watts. Se parte dela é convertida e parte dela é armazenada, é medida em volt-amperes, ou se é armazenada (como em campos elétricos ou magnéticos), é medida em volt-ampere reativo.
Geração de energia elétrica
Energia elétrica é feita em centrais elétricas.
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Energia elétrica é gerada principalmente em lugares chamados centrais elétricas. A maioria das centrais eléctricas utiliza o calor para ferver água em vapor, o que transforma um motor a vapor. A turbina do motor a vapor transforma uma máquina chamada ‘gerador’. Os fios enrolados dentro do gerador são feitos para girar em um campo magnético. Isto faz com que a electricidade flua através dos fios, transportando energia eléctrica. Este processo é chamado de indução electromagnética. Michael Faraday descobriu como fazer isso.
Existem muitas fontes de calor que podem ser utilizadas para gerar energia elétrica. As fontes de calor podem ser classificadas em dois tipos: recursos de energia renovável em que o fornecimento de energia térmica nunca se esgota e recursos de energia não renovável em que o fornecimento será eventualmente utilizado.
Por vezes um fluxo natural, como a energia eólica ou hídrica, pode ser usado diretamente para girar um gerador de modo que não seja necessário calor.
Imagens para crianças
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Thales, o mais antigo investigador conhecido sobre electricidade
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>Benjamin Franklin realizou uma extensa pesquisa sobre electricidade no século XVIII, como documentado por Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, com o qual Franklin manteve uma correspondência extensa.
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As descobertas de Michael Faraday formaram a base da tecnologia dos motores eléctricos
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Carga sobre um motor de ouroO eletrocópio foliar faz com que as folhas se repelam visivelmente
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Um arco elétrico proporciona uma demonstração energética da corrente elétrica
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Linhas de campo que emanam de uma carga positiva sobre um condutor plano
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Um par de células AA. O sinal + indica a polaridade da diferença de potencial entre os terminais da bateria.
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Círculos de campo magnético em torno de uma corrente
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O motor eléctrico explora um efeito importante do electromagnetismo: uma corrente através de um campo magnético experimenta uma força em ângulo recto tanto para o campo como para a corrente
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O físico italiano Alessandro Volta mostrando a sua “bateria” ao imperador francês Napoleão Bonaparte no início do século XIX.
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Um circuito eléctrico básico. A fonte de tensão V à esquerda conduz uma corrente I ao redor do circuito, fornecendo energia elétrica para o resistor R. A partir do resistor, a corrente retorna para a fonte, completando o circuito.
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Componentes electrónicos de montagem à superfície
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Alternador do século XX fabricado em Budapeste, Hungria, na sala de produção de energia de uma central hidroeléctrica (fotografia de Prokudin-Gorsky, 1905-1915).
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A energia eólica é de importância crescente em muitos países
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A enguia eléctrica, Electrophorus electricus