O que é energia elétrica?

A energia elétrica resulta do movimento de uma carga elétrica, e é comumente referida como simplesmente "eletricidade". Por fim, tem sua origem na força eletromagnética: uma das quatro forças fundamentais da natureza e a responsável pelo comportamento de objetos eletricamente carregados. A energia elétrica é o resultado da interação de partículas subatômicas com essa força. A eletricidade se manifesta em fenômenos naturais, como os raios, e é essencial para a vida em um nível fundamental. A capacidade dos seres humanos de gerar, transmitir e armazenar eletricidade é crucial para a indústria moderna, a tecnologia e, na maioria dos países, a vida doméstica.

A origem da energia elétrica

Existem dois tipos de carga elétrica, chamados positivo e negativo. Se dois objetos carregados eletricamente forem aproximados, eles experimentarão uma força. Se as cargas forem as mesmas - positivas ou negativas - a força atuará para afastar os objetos um do outro. Se eles têm encargos diferentes, eles se atraem. Essa repulsão ou atração é conhecida como força eletromagnética e pode ser aproveitada para criar um fluxo de energia elétrica.

Os átomos consistem em um núcleo contendo prótons carregados positivamente, com elétrons carregados negativamente orbitando em torno dele. Os prótons normalmente permanecem no núcleo, mas os elétrons podem se mover de átomo em átomo, permitindo que eles fluam através de materiais, como metais, que conduzem eletricidade. Um local com excesso de elétrons sobre prótons terá uma carga negativa; um local com déficit terá uma carga positiva. Como cargas opostas se atraem, os elétrons fluirão de uma área carregada negativamente para uma carga positiva, se for permitido, criando uma corrente elétrica.

Usando energia elétrica

A eletricidade é útil por si só e como meio de transferir energia a longas distâncias. É essencial para vários processos industriais, telecomunicações e Internet, computadores, televisões e muitos outros dispositivos de uso comum. Também pode ser convertido em outras formas de energia para uso em uma variedade de outras aplicações.

Quando uma corrente elétrica flui através de um condutor, gera uma certa quantidade de calor. A quantidade gerada depende de quão bem o material conduz eletricidade. Um bom condutor, como o cobre, produz muito pouco. Por esse motivo, fios e cabos de cobre são comumente usados ​​para transmitir eletricidade: quando o calor é produzido, a energia é perdida; portanto, um bom condutor minimiza a perda de energia. Os materiais que conduzem menos bem a eletricidade produzem mais calor, portanto tendem a ser usados ​​em aquecedores elétricos, fogões e fornos, por exemplo.

A energia elétrica também pode ser convertida em luz. As primeiras luzes do arco dependiam de uma descarga elétrica através de um pequeno espaço para aquecer o ar até o ponto em que brilha - o mesmo princípio que os raios. Mais tarde, a lâmpada de filamento foi introduzida: isso depende da corrente, fazendo com que um fio fino e enrolado brilhasse em branco quente. Lâmpadas modernas, que economizam energia, passam uma corrente de alta tensão através de um gás fino, fazendo com que ele emita luz ultravioleta, que atinge um revestimento fluorescente para produzir luz visível.

Quando um material condutor, como um fio de cobre, é movido em um campo magnético, uma corrente é gerada. Por outro lado, uma corrente que flui através de um fio, se experimentar um campo magnético, produzirá movimento. Este é o princípio por trás de um motor elétrico. Esses dispositivos consistem em um arranjo de ímãs e bobinas de fio de cobre, de modo que quando uma corrente flui através do fio, um movimento de rotação é produzido. Os motores elétricos são amplamente utilizados na indústria e em casa, por exemplo, em máquinas de lavar e aparelhos de DVD.

Medição de energia elétrica

A energia é medida em joules, um termo que leva o nome do físico James Prescott Joule. Um joule é aproximadamente a quantidade de energia necessária para levantar um peso de uma libra (0,45 kg) a uma distância vertical de 22,9 cm (nove polegadas). No entanto, geralmente é mais conveniente pensar na eletricidade em termos de energia, que é a energia dividida pelo tempo ou na taxa em que ela flui. Isso fornece a unidade possivelmente mais familiar do watt, em homenagem ao cientista James Watt. Um watt é equivalente a um joule por segundo.

Existem várias outras unidades relacionadas à eletricidade. O coulomb é a unidade de carga elétrica. Pode ser considerado como uma quantidade de elétrons - 1,6 x 10 ¹⁹ -, pois todos os elétrons têm a mesma carga, muito pequena. O ampere, geralmente abreviado para "amp", é a unidade de corrente elétrica ou o número de elétrons que fluem em um determinado período de tempo. Um amplificador é equivalente a um coulomb por segundo.

O volt é a unidade de força eletromotriz ou a quantidade de energia que é transferida por unidade de carga ou coulomb. Um volt é equivalente a um joule de energia sendo transferido para cada coulomb de carga. A potência, em watts, é equivalente a volts multiplicados por amperes; portanto, uma corrente de cinco amperes a 100 volts seria equivalente a 500 watts.

Gerando energia elétrica

A maior parte da eletricidade é gerada por dispositivos que convertem o movimento rotacional em energia elétrica, usando o mesmo princípio de um motor elétrico, mas ao contrário. O movimento de bobinas de fio dentro de um campo magnético produz uma corrente elétrica. Geralmente, o calor, geralmente gerado pela queima de combustíveis fósseis, é usado para produzir vapor que alimenta uma turbina para fornecer o movimento rotacional. Em uma usina nuclear, a energia nuclear fornece o calor. A energia hidrelétrica usa o movimento da água sob gravidade para acionar a turbina.

A eletricidade gerada nas usinas de energia é geralmente na forma de corrente alternada (CA). Isso significa que a corrente está invertendo constantemente sua direção, muitas vezes por segundo. Para a maioria dos propósitos, a CA funciona bem, e é assim que a eletricidade chega à casa. Alguns processos industriais, no entanto, exigem corrente contínua (CC), que flui apenas em uma direção. Por exemplo, a fabricação de certos produtos químicos utiliza eletrólise: a divisão de compostos em elementos ou compostos mais simples usando eletricidade. Isso requer corrente contínua, portanto, esses setores exigirão conversão de CA para CC ou terão seu próprio suprimento de CC.

É mais eficiente transmitir eletricidade através de linhas de energia em tensões mais altas. Por esse motivo, as usinas de geração usam dispositivos chamados transformadores para aumentar a tensão de transmissão. Isso não aumenta a energia ou a potência: quando a tensão aumenta, a corrente é reduzida e vice-versa. A transmissão interurbana de eletricidade ocorre em muitos milhares de volts; no entanto, não pode ser usado em residências nessas tensões. Os transformadores locais reduzem a tensão para cerca de 110 volts nos EUA e 220-240 volts na Europa, para suprimentos domésticos.

A eletricidade para dispositivos pequenos e de baixa potência é geralmente fornecida por baterias. Eles usam energia química para gerar uma corrente elétrica relativamente pequena. Eles sempre geram uma corrente direta e, portanto, têm um terminal negativo e um positivo. Os elétrons fluem do terminal negativo para o positivo quando um circuito é concluído.