A Natureza da Eletricidade

A estrutura da Matéria

A matéria é algo que possui massa e ocupa lugar no espaço. A matéria é constituída de partículas muito pequenas denominadas átomos.

Toda a matéria pode ser classificada como: elemento ou composto.  Num elemento, todos os átomos são iguais. Alumínio, cobre, carbono, germânio e silício são exemplos de compostos.

Um composto é uma combinação de átomos de elementos. A água é um composto de hidrogênio e oxigênio. A menor partícula de qualquer composto que ainda contenha as características originais daquele composto é chamada molécula.

Os átomos são constituídos de partículas subatômicas: elétrons, prótons e nêutrons. 

O elétron é a carga negativa (-) da eletricidade. Os elétrons giram em torno do núcleo do átomo. Os prótons e os nêutrons se encontram aglomerados na parte central do átomo, o núcleo. 

O próton é a carga positiva (+) da eletricidade. Átomos de elementos diferentes diferem pelo número de elétrons e prótons que contêm. No seu estado natural, um átomo de qualquer elemento contém um número igual de elétrons e de prótons. 

Carga Elétrica

O nível de energia de um elétron é proporcional a sua distância do núcleo. Se for aplicada ao átomo uma energia suficiente, alguns dos elétrons abandonarão o átomo. Estes elétrons são chamados de elétrons livres, que é o movimento dos elétrons livres que produz a corrente elétrica num condutor metálico.

Certos átomos são capazes de ceder elétrons, outros são capazes de receber elétrons. Assim, é possível acontecer transferência de elétrons de um corpo para outro. Elétrons e prótons interagem. Prótons se repelem, o mesmo acontecendo com elétrons. Entre um próton e um elétron há atração mútua. A explicação está na carga elétrica. A carga do próton é positiva e a do elétron é negativa. Nêutrons não tem carga elétrica.

Lei das cargas elétricas:

Unidade Coulomb

A quantidade de carga elétrica de um corpo é determinada pela diferença entre o número de prótons e o número de elétrons que o corpo contém. Seu símbolo é Q, expresso numa unidade chamada de coulomb (C).

Um carga de um coulomb negativo, -Q, significa que o corpo contém uma carga de 6,25 x 108 mais elétrons do que prótons. Um carga de um coulomb positivo, +Q, significa que o corpo contém uma carga de 6,25 x 108 mais prótons do que elétrons.

Campo Elétrico

A característica fundamental de uma carga elétrica é a sua capacidade de exercer uma força. Esta força está presente no campo elétrico que envolve cada corpo carregado. Este campo de força é responsável pelos efeitos de atração e repulsão entre eles.

Cargas elétricas num campo elétrico estão sujeitas a uma força elétrica.

O campo elétrico é comumente representado por linhas imaginárias em torno do campo carregado.

Um corpo carregado manterá sua carga temporariamente, se não houver transferência imediata de elétrons para o corpo ou a partir dele. Nesse caso, diz-se que a carga está em repouso. A eletricidade em repouso é chamada de eletricidade estática.

Exemplos de campo elétrico

O campo elétrico sempre “nasce” nas cargas positivas (vetor) e “morre” nas cargas negativas. Quando duas cargas iguais são colocadas próximas uma da outra, é gerada uma região no meio das duas cargas isenta do campo elétrico.

Eletrização

O ato de fazer com que um corpo adquira carga elétrica é conhecido como eletrização. Um corpo neutro não tem carga elétrica, porque possui o mesmo número de prótons e de elétrons. Eletrização por atrito Quando dois corpos neutros são atritados entre si, haverá movimento de elétrons. Uma série denominada série triboelétrica indica o sinal da carga após a fricção.

Na série triboelétrica, o material que ocupar a posição superior da série é o que perderá elétrons, eletrizando-se positivamente:

Eletrização por contato

Quando dois corpos com cargas elétricas diferentes são colocados

em contato, eles trocam cargas elétricas.

Eletrização por indução

Um corpo que contém carga elétrica, ao ser aproximado do outro corpo neutro, sem tocá-lo, separa as cargas deste último.

Descarga de cargas elétricas

Quando dois corpos com cargas elétricas elevadas forem aproximados, os elétrons poderão “pular” do corpo com carga negativa para aquele carregado positivamente antes mesmo de os dois entrarem em contato.

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Energia elétrica

Apesar de ter muitas outras fontes de energia, a energia elétrica é a principal fonte de energia do mundo atualmente.

Energia Elétrica é a capacidade de uma corrente elétrica realizar trabalho. A função da energia elétrica é a transformação desse tipo de energia em outros, como, por exemplo, a energia mecânica e a energia térmica. ("Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma." Lavoisier)

O cálculo da energia elétrica é feito pela seguinte equação:
E=P.∆t
Onde:
E= Energia elétrica
P= Potência elétrica
∆t= Intervalo de tempo

A unidade de medida utilizada no sistema internacional (SI) é o joule (J), porém a mais utilizada no Brasil é o quilowatt-hora (KWh).

Exemplo:

Uma pessoa compra um chuveiro de 5000 watts e liga numa rede de 127 volts, ao utilizar o chuveiro por 1 hora ela terá consumido quanto de energia?

E=P.∆t   Portanto  E=5000x1  logo: 

Energia gasta será de 5000KWh

E se essa pessoa tivesse comprado um chuveiro de 5000 watts e 220 volts, quanto ela gastaria durante 1 hora de uso?

Teria gasto os mesmos 5000KWh, pois a energia elétrica independe da tensão em que a carga e ligada, mas da potência que ela consome.

Símbolo da energia elétrica

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Fator de Potência

Em projeto de instalação elétrica residencial os cálculos efetuados são baseados na potência aparente e potência ativa. Portanto é muito importante conhecer a relação entre elas para que se entenda o que é fator de potência.

Fator de potência é a porcentagem da Potência Ativa em relação à Potência Aparente.

Potência Aparente: Como a potência é o produto da ação da tensão e da corrente (P=UxI), a sua unidade é o Volt-ampère (VA). Essa potência dá-se o nome de Potência Aparente.

A potência aparente é composta por duas parcelas:

Potência Ativa e Potência Reativa.

Potência Ativa: É a parcela transformada em potência mecânica, potência térmica e potência luminosa e sua unidade de medida é o watt (W).

Potência Reativa é a parte transformada em campo magnético, necessário para o funcionamento de motores, transformadores, reatores, etc. A unidade de medida é o volt-ampère reativo (VAr).

Fazendo uma analogia podemos tomar como referência um copo de chopp:

Onde:

Fator de Potência =  Potência Ativa 

                                Potência Aparente

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Corrente, Tensão e Potência

Na eletricidade existe uma relação entre essas três unidades.

Potência Elétrica (P) Medida em Watts
Tensão Elétrica (U) Medida em Volts
Corrente elétrica (I) Medida em Amperes

Onde P=UxI

Vamos conhecer cada um para uma melhor compreensão.

Corrente elétrica: É o movimento ordenado dos elétrons no interior de um condutor.
Em todo condutor existem elétrons livres que se movimentam de forma desordenada, mas quando aplicamos uma diferença de potencial (tensão), esses elétrons passam a se movimentar ordenadamente, surgindo a corrente elétrica.

Tensão elétrica: É a diferença de potencial (ddp) que existe entre dois pontos de um condutor.
É a "força" responsável pelo movimento dos elétrons. Fazendo uma analogia é como a gravidade: Se um objeto estiver num ponto mais alto em relação ao chão estará com um potencial maior e a tendência é que ele caia para um ponto onde o potencial é menor.

Potencia elétrica: É a quantidade de energia que passa por uma carga em uma unidade de tempo.
Pela fórmula podemos dizer que, em uma casa onde a tensão é constante em 220V ou 127V, quanto maior for a potência do eletrodoméstico maior será a corrente percorrida pelo condutor.

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