Energia
Energia é a capacidade de produzir trabalho e ela pode se apresentar sob várias formas:• energia Térmica;• energia Mecânica;• energia Elétrica;• energia Química;• energia Atômica, etc. Uma das mais importantes características da energia é a possibilidade de sua transformação de uma forma para outra.Por exemplo: a energia térmica pode ser convertida em energia mecânica(motores de combustão interna), energia química em energia elétrica (pilhas) etc.Entretanto, na maioria das formas em que a energia se apresenta, ela não pode ser transportada, ela tem que ser utilizada no mesmo local em que é produzida. Energia Elétrica
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c) Distribuição: - Nas cidades são construídas as subestações transformadoras. Sua função é baixar a tensão do nível de Transmissão (muito alto), para o nível de Distribuição.A Rede de Distribuição recebe a energia elétrica em um nível de tensão adequado à sua Distribuição por toda a cidade, porém, inadequada para sua utilização imediata para a maioria dos consumidores.Assim, os transformadores instalados nos postes das cidades fornecem a energia elétrica diretamente para as residências, para o comércio e outros locais de consumo, no nível de tensão (127/220 Volts, por exemplo), adequado à utilização.
Evolução da Eletricidade
Ao longo do tempo, a eletricidade foi marcada pela evolução técnica e pelos desenvolvimentos científicos, estendendo-se a diversos campos da ciência e a inúmeras aplicações práticas. Será apresentada a seguir , uma abordagem simples sobre a evolução da eletricidade. A palavra Eletricidade provém do latim electricus, que significa literalmente “produzido pelo âmbar por fricção”. Este termo tem as suasorigens na palavra grega para âmbar elektron. O filósofo grego, Tales de Mileto, ao esfregar um pedaço de âmbar numa pele de carneiro, observou que este atraía pedaços de palha.Em 1600 William Gilbert estudando esses fenômenos, verificou que outros corpos possuiam a mesma propriedade do âmbar . Designou-os com o nome latino “electrica”.A partir de 1729, Stephen Gray descobriu a condução da eletricidade, distinguindo entre condutores e isolantes elétricos, bem como, da indução eletrostática.Benjamin Franklin descobriu em 1750 que, os relâmpagos são omesmo que descargas elétricas e inventou o pára-raios.Charles Augstin de Coulomb publicou em 1785, estudos sobremedição das forças de atração e repulsão entre dois corpos eletrizados(Lei de Coulomb).
Em 1788 James Watt construiu a primeira máquina a vapor . Esseinvento que impulsionou a 1ª Revolução Industrial. Em sua homenagem, foi dado o seunome à unidade de potência elétrica: Watt (W).Foi fundado na Inglaterra em 1799, o Royal Institution of Great Britain que ajudouo campo de investigação da eletricidade e magnetismo. Também em 1799, Alessandro Volta provou que a eletricidade podia ser produzidautilizando metais diferentes separados por uma solução salina. Volta utilizou discos decobre e zinco separados por feltro embebido em ácido sulfúrico para produzir esteefeito. Alessandro Volta explicou a experiência de Luigi Aloísio Galvani em 1786,colocando entre dois metais a perna de uma rã morta, produzindocontrações nesta. Ao agregar estes discos uns por cima dos outros, Volt a criou a pilha elétrica. A pilha foi a primeira forma controlada de eletricidadecontínua e estável. Em sua homenagem, foi dado o seu nome à unidade demedida de potencial elétrico: Volt (V).Em 1819, Hans Christian Oersted detectou e investigou a relação entrea eletricidade e o magnetismo (eletromagnetismo). André Marie Ampère desenvolveu em 1820, um estudo e estabeleceu as leis doeletromagnetismo. Em sua homenagem, foi dado o seu nome à unidade de medida deintensidade de corrente elétrica: Ampère (A).Em 1827, Joseph Henry iniciou uma série de experiências eletromagnéticas edescobriu o conceito de indução elétrica, construindo o primeiro motor elétrico. Também em 1827, Georg Simon Ohm, trabalhando no campo da corrente elétricadesenvolveu a primeira teoria matemática da condução elétrica nos circuitos: Lei deOhm. O trabalho só foi reconhecido em 1841. Em sua homenagem, foi dado o seu nomeà unidade de resistência elétrica: Ohm (?).Em 1831, Michel Faraday descobriu o fenômeno da indução eletromagnética,explicando que é necessária uma alteração no campo magnético para criar corrente.Faraday descobriu que a variação na intensidade de uma corrente elétrica que percorreum circuito fechado, induz uma corrente numa bobina próxima. Observou também, umacorrente induzida ao introduzir-se um imã nessa bobina. Estes resultados tiveram umarápida aplicação na geração de corrente elétrica.Em 1838, Samuel Finley Breese Morse conclui o seu invento do telégrafo.Em 1860, Antonio Pacinotti construiu a primeira máquina de corrente contínua comenrolamento fechado em anel. Nove anos depois, Zénobe Gramme apresentou a suamáquina dínamo - elétrico, aproveitando o enrolamento em anel.Em 1875 foi instalado, em uma estação de trem em Paris, um gerador paraascender as lâmpadas da estação, através da energia elétrica. Foram fabricadasmáquinas a vapor para movimentar os geradores.
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A distribuição de eletricidade é feita inicialmente em condutores de ferro,posteriormente de cobre e a partir de 1850, os fios são isolados por uma goma vulcanizada.Em 1873 foi realizada pela primeira vez a reversibilidade das máquinas elétricas,através de duas máquinas Gramme que funcionavam, uma como geradora e a outracomo motora. Ainda neste mesmo ano foi publicado o Tratado sobre Eletricidade eMagnetismo por James Clerk Maxwell. Este tratado, juntamente com as experiências levadas a efeito por Heinrich Rudolph Hertz em 1885 sobre as propriedades das ondas eletromagnéticas geradas por uma bobina de indução, demonstrou que as ondas de rádio e luz são ondas eletromagnéticas, diferindo apenas na sua freqüência.Em 1876, Alexandre Graham Bell patenteou o primeiro telefone com utilizaçãoprática.Thomas Alvas Edison fêz uma demonstração pública de sua lâmpadaincandescente, em 1879. Essa lâmpada possibilitou o fim da iluminação feita através dechama de azeite, gás, etc, que foi substituída pela iluminação de origem elétrica. Nomesmo ano, Ernest Werner von Siemens pôs em circulação, em uma exposição emBerlim, o primeiro comboio movido a energia elétrica.A primeira central hidroelétrica foi instalada em 1886 nas cataratas do Niágara.Na década subseqüente foram ensaiados, os primeiros transportes de energiaelétrica em corrente contínua. Máquinas elétricas como o alternador , o transformador eo motor assíncrono foram desenvolvidos ao ser estabelecida a supremacia da correntealternada sobre a corrente contínua. Gugliemo Marchese Marconi aproveitando estas idéias dez anos mais tarde, utilizaondas de rádio no seu telégrafo sem fio. Em 1901 foi transmitida a primeira mensagem de rádio através do Oceano Atlântico. O elétron, partícula de carga negativa presente no átomo, foi descoberto porJoseph Jone Thompson em 1897. Em 1907 Ernest Rutherford, Niels Bohr e James Chadwick estabeleceram a atual definição de estrutura do átomo, até então, considerada a menor porção de matéria não divisível.
Tensão e Corrente Elétrica
Todas as substâncias, gasosas, líquidas ou sólidas, são constituídas de pequenas partículas invisíveis a olho nu, denominadas átomos.O átomo é composto de três partículas básicas: Prótons, Nêutrons e Elétrons.Os Prótons e os Nêutrons formam o núcleo do átomo. O Próton tem carga positivae Nêutron não possui carga elétrica. As suas massas são equivalentes.O Elétron possui uma carga negativa e a sua massa, por ser muito pequena, é desprezível.
Em um átomo, o número de Elétrons é igual ao número de Prótons, sendoportanto, o átomo eletricamente neutro, pois a soma das cargas dos Elétrons (negativas)com as cargas dos Prótons (positivas) é igual a zero.Os Elétrons existentes em um condutor de eletricidade (ver Capítulo 3 página 64),estão em constante movimento desordenado.
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O movimento ordenado de elétrons, provocado pela tensão elétrica, forma umacorrente de elétrons. Essa corrente de elétrons é chamada de Corrente Elétrica (I). Suaunidade de medida é o Ampère. O símbolo desta unidade é A. Exemplo: Correnteelétrica de 10 A (Ampères).Para que se tenha uma idéia do comportamento da tensão e da corrente elétrica,será feita uma analogia com uma instalação hidráulica.A pressão feita pela água, depende da altura da caixa d’água. A quantidade deágua que flui pelo cano vai depender: desta pressão, do diâmetro do cano e da aberturada torneira.
De maneira semelhante, no caso da energia elétrica, tem-se: A pressão da energia elétrica é chamada de Tensão Elétrica (U). A Corrente Elétrica (I) que circula pelo circuito depende da Tensão e daResistência Elétrica (R). A Resistência Elétrica (R) que o circuito elétrico oferece à passagem da corrente, é medida em Ohms e varia com a seção dos condutores.
Resistencia Elétrica
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A energia elétrica é uma forma de energia que pode ser transportada com maior facilidade. Para chegar em uma casa, nas ruas, no comércio, ela percorre um longo caminho a partir das usinas geradoras de energia.A energia elétrica passa por 3 principais etapas:
a) Geração: - A energia elétrica é produzida a partir da energia mecânica de rotação de um eixo de uma turbina que movimenta um gerador . Esta rotação é causada por diferentes fontes primárias, como por exemplo, a força da água que cai (hidráulica), a forçado vapor (térmica) que pode ter origem na queimado carvão, óleo combustível ou, ainda, na fissão do urânio (nuclear).
b) Transmissão: - As usinas hidroelétricas nem sempre se situam próximas aos centros consumidores de energia elétrica. Por isso, é preciso transportar a energia elétrica produzida nas usinas atéos locais de consumo: cidades, indústrias,propriedades rurais, etc. Para viabilizar o transporte de energia elétrica, são construídas as Subestações elevadoras de tensão e as Linhas de Transmissão.
c) Distribuição: - Nas cidades são construídas as subestações transformadoras. Sua função é baixar a tensão do nível de Transmissão (muito alto), para o nível de Distribuição.A Rede de Distribuição recebe a energia elétrica em um nível de tensão adequado à sua Distribuição por toda a cidade, porém, inadequada para sua utilização imediata para a maioria dos consumidores.Assim, os transformadores instalados nos postes das cidades fornecem a energia elétrica diretamente para as residências, para o comércio e outros locais de consumo, no nível de tensão (127/220 Volts, por exemplo), adequado à utilização.
As etapas de Geração, Transmissão, Distribuição e da utilização da energia elétrica, podem ser assim representadas:
Evolução da Eletricidade
Ao longo do tempo, a eletricidade foi marcada pela evolução técnica e pelos desenvolvimentos científicos, estendendo-se a diversos campos da ciência e a inúmeras aplicações práticas. Será apresentada a seguir , uma abordagem simples sobre a evolução da eletricidade. A palavra Eletricidade provém do latim electricus, que significa literalmente “produzido pelo âmbar por fricção”. Este termo tem as suasorigens na palavra grega para âmbar elektron. O filósofo grego, Tales de Mileto, ao esfregar um pedaço de âmbar numa pele de carneiro, observou que este atraía pedaços de palha.Em 1600 William Gilbert estudando esses fenômenos, verificou que outros corpos possuiam a mesma propriedade do âmbar . Designou-os com o nome latino “electrica”.A partir de 1729, Stephen Gray descobriu a condução da eletricidade, distinguindo entre condutores e isolantes elétricos, bem como, da indução eletrostática.Benjamin Franklin descobriu em 1750 que, os relâmpagos são omesmo que descargas elétricas e inventou o pára-raios.Charles Augstin de Coulomb publicou em 1785, estudos sobremedição das forças de atração e repulsão entre dois corpos eletrizados(Lei de Coulomb).
Em 1788 James Watt construiu a primeira máquina a vapor . Esseinvento que impulsionou a 1ª Revolução Industrial. Em sua homenagem, foi dado o seunome à unidade de potência elétrica: Watt (W).Foi fundado na Inglaterra em 1799, o Royal Institution of Great Britain que ajudouo campo de investigação da eletricidade e magnetismo. Também em 1799, Alessandro Volta provou que a eletricidade podia ser produzidautilizando metais diferentes separados por uma solução salina. Volta utilizou discos decobre e zinco separados por feltro embebido em ácido sulfúrico para produzir esteefeito. Alessandro Volta explicou a experiência de Luigi Aloísio Galvani em 1786,colocando entre dois metais a perna de uma rã morta, produzindocontrações nesta. Ao agregar estes discos uns por cima dos outros, Volt a criou a pilha elétrica. A pilha foi a primeira forma controlada de eletricidadecontínua e estável. Em sua homenagem, foi dado o seu nome à unidade demedida de potencial elétrico: Volt (V).Em 1819, Hans Christian Oersted detectou e investigou a relação entrea eletricidade e o magnetismo (eletromagnetismo). André Marie Ampère desenvolveu em 1820, um estudo e estabeleceu as leis doeletromagnetismo. Em sua homenagem, foi dado o seu nome à unidade de medida deintensidade de corrente elétrica: Ampère (A).Em 1827, Joseph Henry iniciou uma série de experiências eletromagnéticas edescobriu o conceito de indução elétrica, construindo o primeiro motor elétrico. Também em 1827, Georg Simon Ohm, trabalhando no campo da corrente elétricadesenvolveu a primeira teoria matemática da condução elétrica nos circuitos: Lei deOhm. O trabalho só foi reconhecido em 1841. Em sua homenagem, foi dado o seu nomeà unidade de resistência elétrica: Ohm (?).Em 1831, Michel Faraday descobriu o fenômeno da indução eletromagnética,explicando que é necessária uma alteração no campo magnético para criar corrente.Faraday descobriu que a variação na intensidade de uma corrente elétrica que percorreum circuito fechado, induz uma corrente numa bobina próxima. Observou também, umacorrente induzida ao introduzir-se um imã nessa bobina. Estes resultados tiveram umarápida aplicação na geração de corrente elétrica.Em 1838, Samuel Finley Breese Morse conclui o seu invento do telégrafo.Em 1860, Antonio Pacinotti construiu a primeira máquina de corrente contínua comenrolamento fechado em anel. Nove anos depois, Zénobe Gramme apresentou a suamáquina dínamo - elétrico, aproveitando o enrolamento em anel.Em 1875 foi instalado, em uma estação de trem em Paris, um gerador paraascender as lâmpadas da estação, através da energia elétrica. Foram fabricadasmáquinas a vapor para movimentar os geradores.
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A distribuição de eletricidade é feita inicialmente em condutores de ferro,posteriormente de cobre e a partir de 1850, os fios são isolados por uma goma vulcanizada.Em 1873 foi realizada pela primeira vez a reversibilidade das máquinas elétricas,através de duas máquinas Gramme que funcionavam, uma como geradora e a outracomo motora. Ainda neste mesmo ano foi publicado o Tratado sobre Eletricidade eMagnetismo por James Clerk Maxwell. Este tratado, juntamente com as experiências levadas a efeito por Heinrich Rudolph Hertz em 1885 sobre as propriedades das ondas eletromagnéticas geradas por uma bobina de indução, demonstrou que as ondas de rádio e luz são ondas eletromagnéticas, diferindo apenas na sua freqüência.Em 1876, Alexandre Graham Bell patenteou o primeiro telefone com utilizaçãoprática.Thomas Alvas Edison fêz uma demonstração pública de sua lâmpadaincandescente, em 1879. Essa lâmpada possibilitou o fim da iluminação feita através dechama de azeite, gás, etc, que foi substituída pela iluminação de origem elétrica. Nomesmo ano, Ernest Werner von Siemens pôs em circulação, em uma exposição emBerlim, o primeiro comboio movido a energia elétrica.A primeira central hidroelétrica foi instalada em 1886 nas cataratas do Niágara.Na década subseqüente foram ensaiados, os primeiros transportes de energiaelétrica em corrente contínua. Máquinas elétricas como o alternador , o transformador eo motor assíncrono foram desenvolvidos ao ser estabelecida a supremacia da correntealternada sobre a corrente contínua. Gugliemo Marchese Marconi aproveitando estas idéias dez anos mais tarde, utilizaondas de rádio no seu telégrafo sem fio. Em 1901 foi transmitida a primeira mensagem de rádio através do Oceano Atlântico. O elétron, partícula de carga negativa presente no átomo, foi descoberto porJoseph Jone Thompson em 1897. Em 1907 Ernest Rutherford, Niels Bohr e James Chadwick estabeleceram a atual definição de estrutura do átomo, até então, considerada a menor porção de matéria não divisível.
Tensão e Corrente Elétrica
Todas as substâncias, gasosas, líquidas ou sólidas, são constituídas de pequenas partículas invisíveis a olho nu, denominadas átomos.O átomo é composto de três partículas básicas: Prótons, Nêutrons e Elétrons.Os Prótons e os Nêutrons formam o núcleo do átomo. O Próton tem carga positivae Nêutron não possui carga elétrica. As suas massas são equivalentes.O Elétron possui uma carga negativa e a sua massa, por ser muito pequena, é desprezível.
Em um átomo, o número de Elétrons é igual ao número de Prótons, sendoportanto, o átomo eletricamente neutro, pois a soma das cargas dos Elétrons (negativas)com as cargas dos Prótons (positivas) é igual a zero.Os Elétrons existentes em um condutor de eletricidade (ver Capítulo 3 página 64),estão em constante movimento desordenado.
Para que estes elétrons se movimentem de forma ordenada nos fios, é necessário ter uma força que os empurre. Essa força é chamada de Tensão Elétrica (U). Suaunidade de medida é o Volt. O símbolo desta unidade é V. Exemplo: Tensão elétrica de127 V (Volts).
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O movimento ordenado de elétrons, provocado pela tensão elétrica, forma umacorrente de elétrons. Essa corrente de elétrons é chamada de Corrente Elétrica (I). Suaunidade de medida é o Ampère. O símbolo desta unidade é A. Exemplo: Correnteelétrica de 10 A (Ampères).Para que se tenha uma idéia do comportamento da tensão e da corrente elétrica,será feita uma analogia com uma instalação hidráulica.A pressão feita pela água, depende da altura da caixa d’água. A quantidade deágua que flui pelo cano vai depender: desta pressão, do diâmetro do cano e da aberturada torneira.
De maneira semelhante, no caso da energia elétrica, tem-se: A pressão da energia elétrica é chamada de Tensão Elétrica (U). A Corrente Elétrica (I) que circula pelo circuito depende da Tensão e daResistência Elétrica (R). A Resistência Elétrica (R) que o circuito elétrico oferece à passagem da corrente, é medida em Ohms e varia com a seção dos condutores.
Resistencia Elétrica
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