Explicamos o que é eletricidade, como é sua história e os tipos que existem. Além disso, quais são suas características, transmissão e exemplos.
O que é eletricidade?
Eletricidade é um conjunto de fenômenos físicos derivados da existência e do fluxo de cargas elétricas .
A eletricidade é consequência da composição da matéria , mais precisamente, da existência de elétrons : partículas subatômicas que possuem carga elétrica, convencionalmente designadas como negativas (-).
Comumente nos referimos à energia elétrica como eletricidade , embora não sejam exatamente a mesma coisa.
A energia elétrica é consequência do fluxo de elétrons por meio de um material condutor (corrente elétrica) e é uma forma de energia altamente versátil , fundamental na vida humana contemporânea .
A eletricidade é um dos fenômenos que ocorrem na área da física denominado eletromagnetismo . A força eletromagnética é uma das quatro forças fundamentais (junto com a gravidade e as forças nucleares fraca e forte) da natureza.
A eletricidade hoje é gerada, transportada, armazenada e consumida , ou seja, transformada em outros tipos de energia úteis ao homem: térmica, cinética, química, leve, etc.
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Origem da eletricidade
A eletricidade é uma interação natural que afeta os átomos dos quais a matéria é feita.
Os átomos são naturalmente neutros eletricamente , ou seja, eles não têm carga elétrica. Quando um átomo perde ou ganha elétrons, ele muda seu estado elétrico para obter uma carga, positiva se perder elétrons e negativa se os ganhar.
Existem diversos fenômenos que podem induzir este efeito na matéria, gerando desequilíbrios elétricos (eletrificação) que podem então gerar correntes elétricas.
Por exemplo, o atrito de alguns tecidos (como lã) pode gerar eletricidade estática perceptível.
História da eletricidade
Desde os tempos antigos, a humanidade sente a presença da eletricidade , ao observá-la na natureza.
No entanto, seu estudo formal começou com a Revolução Científica dos séculos XVII e XVIII, e somente no século XIX poderia ser aplicado para uso doméstico e industrial.
Naquela época, o filósofo inglês William Gilbert se dedicava ao estudo e diferenciação dos fenômenos obtidos pela fricção do âmbar (eletricidade estática) e da magnetita (magnetismo), apesar de serem semelhantes na atração por pequenos objetos.
Este foi o início da descoberta dos campos da eletricidade e do magnetismo , cuja relação seria compreendida muito mais tarde.
Os grandes cientistas encarregados de compreender a eletricidade eram principalmente do século 18: Cavendish, Du Fay, van Musschenbroek e Watson , bem como Galvani, Volta, Coulomb e Franklin.
Já no início do século 19, Ampère, Faraday e Ohm foram adicionados , assim como James Clerk Maxwell, que formulou pela primeira vez as equações unificadoras da eletricidade e do magnetismo.
Tipos de eletricidade
Existem dois tipos fundamentais de eletricidade:
- Eletricidade estática . É aquele gerado em torno de uma carga em repouso ou imobilidade, ou seja, ela não se move nem flui. Por exemplo, quando um pedaço de âmbar é esfregado com um pedaço de lã ou um pano seco, ocorre um desequilíbrio eletrônico no âmbar, gerando uma carga elétrica. A fricção faz com que os elétrons se movam do tecido para o âmbar, deixando o âmbar carregado negativamente e o tecido positivamente. Essa carga reside no âmbar até que esteja de alguma forma equilibrada (com os átomos do ar ou do nosso corpo, por exemplo).
- Eletricidade dinâmica . É aquele gerado em torno de uma carga móvel, ou seja, o fluxo de uma carga elétrica: a corrente elétrica. Isso requer uma fonte permanente de eletricidade que flui elétrons através do corpo de um material condutor, o que é muito útil.
Para que serve a eletricidade?
A eletricidade é um fenômeno muito poderoso e versátil , usado para alimentar todos os tipos de dispositivos e reações químicas, e que pode ser convertido em outras formas de energia utilizável.
Por exemplo, ele pode ser usado para gerar calor usando resistores , permitindo que você aqueça uma sala ou até mesmo cozinhe alimentos. Também é usado para gerar luz por meio de lâmpadas ou para dar partida em um motor e gerar movimento.
A eletricidade alimenta dispositivos eletrônicos capazes de uma miríade de propósitos , desde tocar uma campainha até fazer cálculos aritméticos.
Como a eletricidade se manifesta?
A eletricidade se manifesta em um conjunto de fenômenos físicos e propriedades:
- Carga elétrica . Todos os átomos são naturalmente neutros, pois têm o mesmo número de elétrons que prótons (partículas elementares presentes nos núcleos atômicos com carga oposta à do elétron). Sob certas condições, os átomos de alguns materiais podem perder, ganhar ou ordenar seus elétrons e, assim, interagir eletromagneticamente com outros materiais.
- Corrente elétrica . É o fluxo ou deslocamento de elétrons através de um material condutor (condutor).
- Campo elétrico . Cargas elétricas em repouso geram campos elétricos ao seu redor, afetando quaisquer outras cargas em sua vizinhança. Se uma carga elétrica se move, também gera um campo magnético. Ambos estão relacionados e são chamados de campo eletromagnético.
- Potencial elétrico . É a capacidade de um campo elétrico funcionar.
- Magnetismo . Eletricidade e magnetismo estão intimamente relacionados: a corrente elétrica gera campos magnéticos e os campos magnéticos, que variam com o tempo , produzem corrente elétrica.
como é gerada a eletricidade?
A eletricidade é gerada em vários tipos de usinas , geralmente por meio de geradores eletromagnéticos que, por meio do movimento das turbinas, sustentam uma diferença de potencial elétrico entre dois pontos.
Esse movimento geralmente é impulsionado pelo aumento do vapor de água ou por outras forças, como as geradas pelo vento ou pela queda d’água agindo sobre uma turbina. Assim, os geradores movem um campo magnético (como um ímã ou eletroímã) em materiais condutores e geram um campo elétrico.
Outra forma de gerar eletricidade é por meio de células fotovoltaicas – artefatos que absorvem fótons da luz solar e geram um fluxo de elétrons em resposta.
Como a eletricidade é transmitida?
Outra questão vital na gestão da eletricidade é a sua transmissão da fonte de geração ao local de consumo. Para isso, estão disponíveis cabos em material condutor .
Mas há um dilema: quanto maior a distância, maior a perda de carga elétrica . Isso ocorre porque até mesmo os materiais condutores são resistentes até certo ponto.
Para solucionar esse inconveniente , são utilizadas linhas de alta tensão , ou seja, cabos com diferença de tensão muito alta para que a corrente consiga percorrer mais distâncias com menos perdas por aquecimento e efeitos eletromagnéticos.
No entanto, a hipertensão tem dois problemas : por um lado, é inútil em termos domésticos, pois requer tensões moderadas e, por outro lado, é arriscada.
A chave para resolver esses problemas foi a invenção do transformador : um instrumento que modifica os valores de tensão e permite o uso de alta tensão para transporte e baixa tensão para consumo no destino.
Condutividade elétrica
A condutividade elétrica é a capacidade da matéria de permitir a passagem de cargas elétricas. É uma quantidade contrária à resistividade.
Dependendo de sua natureza, os materiais podem ser:
- Materiais condutores . Eles permitem o trânsito de elétrons em sua superfície, uma vez expostos à eletricidade. Os condutores mais conhecidos são metais e algumas versões de carbono , bem como a maioria dos sais . Nesse processo, geralmente parte da carga elétrica é perdida e o calor é gerado.
- Materiais dielétricos ou isolantes . Não permitem a passagem de eletricidade e, por isso, são utilizados como protetores e tampas de cabos. Por exemplo: vidro , baquelite ou plásticos .
- Materiais semicondutores . Eles permitem a passagem de eletricidade em certas condições ( temperatura , pressão, etc.), enquanto em outras atuam como isolantes. Por exemplo: silício, cádmio ou germânio.
- Materiais supercondutores . Eles permitem a passagem de eletricidade sem incorrer em qualquer desgaste ou perda de carga, desde que estejam em determinadas condições de temperatura. Isso é o que acontece com o estanho e o alumínio quando esfriam abaixo de sua temperatura crítica.
Eletricidade na natureza
A eletricidade pode ser observada na natureza, em casos como os seguintes:
- Os raios . Os relâmpagos durante uma tempestade ocorrem devido ao desequilíbrio do potencial elétrico entre a atmosfera e o solo , devido ao atrito das nuvens e das gotas de água com o ar, que é carregado de elétrons, dando origem à eletricidade estática. Isso é resolvido por uma descarga rápida e violenta na forma de um raio.
- Bioeletricidade . Alguns animais são capazes de gerar campos elétricos de defesa, como raios elétricos ou algumas enguias. Outros, por outro lado, podem perceber os campos magnéticos gerados pela carga elétrica dentro dos corpos vivos e, assim, detectar suas presas. Por outro lado, os impulsos nervosos são pequenas descargas elétricas e o cérebro opera com eletricidade.
- A magnetosfera da Terra . Quem já viu uma aurora boreal sabe que a Terra possui um campo magnético ao seu redor, que a protege da radiação solar e dos raios cósmicos. Este campo magnético é o detectado pelas bússolas e é produzido pelo movimento rotacional do planeta, dado o seu coração de ferro (o metal magnético por excelência).
Exemplos de eletricidade
Alguns exemplos comuns de eletricidade estão ao nosso redor:
- A energia que usamos ao conectar um eletrodoméstico à tomada da parede.
- O choque que sentimos quando tiramos um suéter de lã da secadora e o vestimos.
- A energia que extraímos de uma bateria para acender a lâmpada de uma lanterna.
