A eletricidade é uma propriedade física da matéria. Consiste na interação negativa ou positiva entre os prótons e elétrons da matéria. O termo refere-se à cor âmbar, devido à cor versátil e luminosa que apresentava. No entanto, o termo foi introduzido pela primeira vez na sociedade científica pelo cientista inglês William Gilbert (1544-1603) no século 16 para descrever o fenômeno da interação de energia entre partículas.
O que é eletricidade
Tabela de conteúdos
Eletricidade física é entendida como os fenômenos que se manifestam pela presença de cargas elétricas presentes nos corpos, uma vez que são constituídos por moléculas e átomos, cuja interação de suas subpartículas gera impulsos elétricos. As cargas positivas e negativas nos átomos são eletricidade estática, enquanto o movimento dos elétrons e sua liberação dos átomos produzem correntes elétricas.
Isso faz parte do eletromagnetismo, que, com a gravidade e a força nuclear fraca e a força nuclear forte, formam as interações fundamentais da natureza.
Sua etimologia vem do latim electrum, também do grego élektron, que significa “âmbar”. O filósofo grego Tales de Mileto (624-546 aC) observou como a fricção magnetizou o âmbar com eletricidade estática e, séculos depois, o cientista Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739) notou como as cargas positivas da eletricidade eles foram revelados quando o vidro foi esfregado e, por sua vez, negativos foram mostrados quando resinas, como o âmbar, foram esfregadas.
O fluxo de energia das cargas móveis ou estáticas é chamado de eletricidade, ou a transferência de elétrons de um átomo para outro, e a força elétrica resultante é medida em volts ou watts, um termo usado em eletricidade em inglês, e Recebeu o nome do inventor da máquina a vapor James Watt (1736-1819).
Porém, é possível encontrar a eletricidade na natureza, como no caso dos eventos atmosféricos, a bioeletricidade (eletricidade presente em alguns animais) e a magnetosfera.
Um dos casos mais conhecidos de animais produtores de eletricidade é o da enguia elétrica, que possui em seu corpo eletrócitos (órgão desse animal que gera campos elétricos), que se encontram por todo o corpo, funcionando de maneira semelhante. neurônios e pode gerar descargas de até 500 volts.
Como existe uma diversidade de elementos, seus átomos são diferentes; é por isso que alguns materiais são portadores de eletricidade e outros isolantes. Os melhores condutores são os metais, visto que eles têm poucos elétrons em seus átomos, de modo que nenhuma quantidade maior de energia é necessária para que essas moléculas subatômicas saltem de um átomo para outro.
Características de eletricidade
Pela sua dinâmica, origem, atuação e fenômenos que produz, possui características que a diferenciam. Entre os principais estão:
- Cumulativo. Existem dispositivos com a capacidade de armazenar eletricidade em substâncias químicas dentro de acumuladores, que permitem sua retenção para uso posterior (baterias).
- Sua maneira de obter. No caso de baterias ou células, é obtido quimicamente; também por indução eletromagnética ao mover um condutor em um campo magnético, como alternadores; e da luz, quando certos tipos de metais liberam elétrons quando a luz do sol incide sobre eles (painéis solares).
- Seus efeitos. Podem ser físicos, mecânicos ou cinéticos, térmicos, químicos, magnéticos e luminosos.
- Suas manifestações. Podem ser na forma de raios, eletricidade estática, fluxos de corrente, entre outros.
- Perigosidade. Ao gerar calor, pode causar queimaduras graves e, em casos de exposição mais forte, pode causar a morte.
- Resistividade e condutividade. É a oposição de alguns tipos de matéria diante de sua passagem e o fácil escoamento dela, respectivamente.
Tipos de eletricidade
Existem vários tipos de eletricidade, os mais importantes são:
Estático
A estática surge do excesso de carga elétrica, que se acumula em um material condutor ou isolante.
Sabe-se que os átomos são compostos por um certo número de prótons (carga positiva) em seu núcleo e o mesmo número de elétrons (carga negativa) orbitando em torno dele, o que torna o referido átomo eletricamente neutro ou em equilíbrio; mas quando um atrito é gerado entre dois corpos ou substâncias, cargas podem ser geradas em tais objetos.
Isso porque os elétrons dos dois materiais entrarão em contato, produzindo um desequilíbrio nas cargas dos átomos, levando à estática. É assim chamado porque é gerado em átomos que estão em repouso e sua carga não se move, mas permanece estacionária. Um exemplo disso é quando passamos uma escova pelos cabelos e algumas são levantadas pela estática do atrito entre o material da mesma e o cabelo. Artefatos como impressoras usam estática para revelar o toner ou a tinta no papel.
Dinâmico
Esse tipo é produzido por uma carga que está em movimento ou pelo fluxo dela. Para isso, é necessária uma fonte elétrica (que pode ser química, como uma bateria; ou eletromecânica, como um dínamo) que faça com que os elétrons fluam por um material condutor por onde essas cargas elétricas possam circular.
Nele, os elétrons se movem de um átomo para o próximo e assim por diante. Essa circulação é conhecida como corrente elétrica. Um exemplo desse tipo de eletricidade são as tomadas elétricas, que são uma fonte dinâmica de eletricidade para aparelhos e outros aparelhos que requerem eletricidade.
É importante destacar a existência de outros tipos de energia elétrica, entre os quais:
- Básico: Este tipo é aquele que se refere à atração de cargas positivas e negativas, onde os objetos serão carregados. É gerado a partir de dois pólos, que não devem necessariamente se tocar, mas atrair um ao outro. Esse tipo de eletricidade é encontrado em objetos do dia a dia.
- Comportamental: é considerada parte da dinâmica, pois é aquela que se transporta por meio de condutores, razão pela qual continua se movendo pelos circuitos. Existem vários condutores, como metais (principalmente cobre), alumínio, ouro, carbono, entre outros.
- Eletromagnético: É gerado por um campo magnético, que pode ser armazenado e emitido na forma de radiação, por isso é recomendável não se expor a este tipo de campo por muito tempo. O físico Hans Christian Ørsted (1777-1851) descobriu a relação entre magnetismo e eletricidade, observando que a corrente elétrica cria um campo magnético.
Entre as aplicações desse tipo de eletricidade destaca-se na medicina, por exemplo, para máquinas de raios X ou para realização de ressonância magnética.
- Industrial: É o que deve ser gerado para as grandes máquinas utilizadas na produção em massa de produtos, que requerem grandes quantidades de energia por serem de alta potência.
Foi desenvolvido após a ciência comprovar que recursos energéticos naturais, como raios, podem ser canalizados e utilizados pelo homem, tornando-se uma poderosa fonte de energia elétrica, o que permitiu atender às necessidades da indústria.
Manifestações elétricas
Carga elétrica
É uma propriedade que algumas partículas subatômicas (elétrons, nêutrons e prótons) têm de se atrair e repelir, assim como define sua interação eletromagnética. Isso é produzido nos átomos, que irão transferi-lo para as moléculas de um corpo diferente, ou por meio de um material condutor. Também se refere à capacidade de uma partícula de trocar fótons (partículas de luz ou energia eletromagnética).
Isso está presente, por exemplo, na eletricidade estática, que é uma carga estacionária em um corpo. Além disso, uma carga dá origem à força eletromagnética, uma vez que produz força em outras pessoas. As cargas podem ser negativas e outras positivas, e as cargas do mesmo tipo serão repelidas, enquanto as cargas opostas serão atraídas.
As cargas são medidas através da unidade coulomb ou coulomb e são representadas pela letra C, e significa a quantidade de carga que passa por uma seção de algum condutor em um período de um segundo. Tanto a matéria quanto a antimatéria têm cargas iguais e opostas à sua partícula correspondente.
Corrente elétrica
É o fluxo de carga elétrica através de um material, produzido pelo movimento de elétrons ou algum outro tipo de carga. Ele produzirá um campo magnético, um dos fenômenos elétricos que pode ser explorado, neste caso por um eletroímã.
Os materiais pelos quais esse fluxo circulará podem ser sólidos, líquidos ou gasosos. Em materiais sólidos, os elétrons se movem; íons (átomos ou moléculas que não são eletricamente neutros) movem-se em líquidos; e os gasosos, podem ser elétrons e íons.
A quantidade de carga de corrente por unidade de tempo é conhecida como a intensidade da corrente elétrica, que é simbolizada pela letra I e é indicada como coulombs por segundo ou ampere.
A corrente elétrica pode ser:
- Contínuo ou direto, que são aqueles fluxos de cargas que circulam em uma trajetória constante, não é interrompido por nenhum período de vácuo, pois é em uma única direção.
- Alternar, que é aquele que se move em duas direções, modifica seu percurso e sua intensidade.
- Trifásico, que é o agrupamento de três correntes alternadas com mesma amplitude, frequência e valor efetivo (conceito utilizado para estudar ondas periódicas), apresentando uma diferença de 120º entre fase e fase.
Campo elétrico
É um campo eletromagnético gerado por uma carga elétrica (mesmo quando não está se movendo) e que afeta as cargas que o cercam ou estão nele. Os campos não são mensuráveis, mas as cargas que são colocadas neles podem ser observadas.
Um campo elétrico é um espaço físico onde as cargas elétricas dos diferentes corpos interagem e a concentração da intensidade de uma força elétrica é definida. Nesta região as propriedades foram modificadas pela presença de uma carga.
Potencial elétrico
Refere-se à capacidade de um corpo elétrico, ou a energia necessária para mover uma carga ou fazer um trabalho e é medida em volts. Esse conceito está relacionado ao de diferença de potencial, que é definida como a energia necessária para mover uma carga de um ponto a outro.
Isso só pode ser definido em uma região limitada do espaço para um campo estático, já que para cargas em movimento são usados os potenciais de Liénard-Wiechert (eles descrevem os campos eletromagnéticos de uma distribuição de cargas em movimento).
Eletromagnetismo
Refere-se aos campos magnéticos que são gerados devido às cargas elétricas que estão em movimento e que produzem a atração ou repulsão para os materiais que estão dentro desses campos, os quais podem gerar corrente elétrica.
Circuitos elétricos
Refere-se à conexão de pelo menos dois componentes elétricos, de forma que a carga elétrica possa fluir em um caminho fechado para alguma finalidade específica. Eles são formados por elementos como componentes, nós, ramificações, malhas, fontes e condutores.
Existem circuitos com receptor, como no caso de lâmpadas ou campainhas; série de circuitos, como luzes de Natal; circuitos em paralelo, como no caso de luzes que acendem com o mesmo interruptor simultaneamente; circuitos mistos (eles combinam série e paralelo); e comutados, que são aqueles que permitem, por exemplo, acender uma ou mais luzes de mais de um ponto diferente.
História da eletricidade
Os antecedentes da eletricidade remontam à antiguidade, mesmo quase três mil anos antes de Cristo, onde o ser humano observava certos fenômenos elétricos na natureza, apesar de não saber como eram produzidos ou sua dinâmica. Da mesma forma, foram testemunhas de certos fenômenos magnéticos produzidos por alguns tipos de materiais obtidos na natureza, como a magnetita, ou a presença dela em animais.
Por volta de 2.750 aC, a civilização egípcia escreveu sobre os peixes elétricos encontrados no rio Nilo, referindo-se a eles como os protetores da outra fauna nele existente. Por volta de 600 aC, Tales de Mileto foi a primeira pessoa a descobrir que o âmbar adquiria propriedades elétricas e magnéticas quando esfregado com um material específico. Mas a eletricidade como ciência remonta aos séculos XVII e XVIII, em plena revolução científica, quando o surgimento desse campo de estudo era o contexto perfeito para o início da revolução industrial e sua expansão pelo mundo moderno que estava surgindo, foi crucial para o desenvolvimento da humanidade.
Antes disso, no século XVI, o filósofo e médico William Gilbert (1544-1603) fez importantes contribuições para o estudo do fenômeno elétrico, dando especial atenção à eletricidade e ao magnetismo. Os termos "eletricidade" e "elétrico" aparecem pela primeira vez em 1646 na obra do inglês Thomas Browne (1605-1682). As unidades de medida para os diferentes fenômenos elétricos surgiram mais tarde graças a múltiplas contribuições de intelectuais da física.
O cientista, político e inventor Benjamin Franklin (1706-1790), em 1752 conseguiu canalizar a energia elétrica contida em um raio através de uma pipa, o que levou à invenção do para-raios; um dispositivo que serve para conduzir eletricidade desde um raio até o solo. Posteriormente, o físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), inventou em 1800 a bateria de voltagem que permitia armazenar energia, aproveitando o aproveitamento da eletricidade gerada por reações químicas; e em 1831 o físico Michael Faraday (1791-1867), desenvolveu o primeiro gerador elétrico, que permitia enviar corrente elétrica continuamente.
A primeira fase da revolução industrial não envolveu eletricidade para o seu desenvolvimento, pois utilizou a energia gerada pelo vapor. Já no início da segunda revolução industrial do século XIX, a eletricidade e o petróleo foram usados para gerar energia, o que permitiu ao cientista Thomas Alva Edison (1847-1931) acender a lâmpada do primeiro filamento em 1879.
No final do século 19 e início do século 20, Edison, defensor da corrente contínua, e o inventor e engenheiro Nikola Tesla (1856-1943), pai da corrente alternada, disputavam o futuro da eletricidade.
A corrente contínua foi popularizada nos Estados Unidos para uso doméstico e industrial; no entanto, logo foi descoberto que era ineficiente em longas distâncias e quando uma voltagem mais alta era necessária, e emitia enormes quantidades de calor.
Tesla desenvolveu experimentos que levaram à descoberta de formas alternativas de transportar energia elétrica de forma mais eficiente, o que resultou na descoberta da corrente alternada.
George Westinghouse (1846-1914), um empresário americano, apoiou e comprou a invenção de Tesla, que acabou vencendo a batalha pela eletricidade por ser um tipo de corrente mais barato com menos perda de energia.
Importância da eletricidade
Sua importância é vital para a vida moderna, sendo um dos pilares fundamentais da sociedade atual, pois basicamente tudo que o ser humano utiliza envolve eletricidade para funcionar: eletrodomésticos, máquinas, comunicações, alguns meios de transporte, produção de bens e serviços, para a área da medicina, ciências, entre outras áreas.
Pode ser criado pelo homem ou aproveitado diretamente da natureza. A eletricidade produzida pelo homem é criada por turbinas, condensadores e máquinas que dependem da força da natureza para funcionar, como represas, que usam a força de grandes quantidades de água para gerar a corrente que abastece grandes cidades.
O planeta Terra também é capaz de gerar eletricidade, aqueles raios, flashes e relâmpagos que vemos no céu no meio de uma tempestade são descargas elétricas geradas pela colisão de enormes aglomerados de matéria e energia. É a chamada corrente elétrica natural e pode ser utilizada pelo homem com pára-raios e condutores superresistentes, capazes de absorver o impacto de uma descarga dessa magnitude.
10 exemplos do uso de eletricidade
A eletricidade tem múltiplos usos nas atividades humanas. Entre os exemplos mais proeminentes estão:
- Em veículos com eletricidade automotiva, que circula por circuitos que atingem partes dele e que requerem eletricidade para funcionar, como luzes, buzina, motor, entre outros, e é gerada a partir de uma bateria.
- Para iluminação, ou seja, para ligar a iluminação doméstica, pública e industrial.
- Para a ignição de aparelhos elétricos e eletrônicos.
- Para gerar calor em climas temperados, como por meio de aquecimento.
- Para transporte, como aviões, já que precisam de eletricidade para decolar.
- Para a área médica, utilizado em aparelhos que servem para a realização de análises e estudos.
- Na indústria, que requer grandes quantidades de carga elétrica para fabricar produtos de consumo.
- Para gerar movimento por meio de motores que acionam energia elétrica, convertendo energia elétrica em energia mecânica.
- Para comunicações, utilizado em dispositivos como antenas repetidoras, transmissores, entre outros.
- Para o transporte e controle de fluidos, como água, por meio de válvulas solenóides que ajudam a moderar o fluxo.
