Princípios da eletricidade

A eletricidade está presente em quase todas as máquinas do mundo moderno. Desde um simples aparelho de eletricidade até um grande motor de uma empresa, tudo precisa de energia elétrica para funcionar. Nesta postagem vamos tratar desta que é a principal fonte de energia utilizada no mundo inteiro.

A matéria é formada por átomos. Os átomos são substâncias tão pequenas que se fizéssemos uma fila com 100.000.000 deles, esta fila téria um comprimento de apenas 10mm. Um conjunto de átomos formam uma molécula. Apesar dos átomos serem tão pequenos, ainda existem elementos menores ainda dentro deles: são os prótons (carga elétrica positiva), os nêutrons (sem carga elétrica) e os elétrons (carga elétrica negativa). Os prótons e os nêutrons ficam no centro e os elétrons ficam circulando na chamada eletrosfera.

A eletrosfera é a camada ou órbita que pela qual os elétrons circulam. Um átomo pode possuir até 7 órbitas. Quantos mais elétrons um átomo tiver, mais camadas ele vai ter, como consequência os elétrons das camadas mais externas vão estar menos atraídos pelo núcleo e melhor condutor elétrico este material será.

Observe alguns exemplos de organizações atômicas:

Observe que os três átomos representados mais acima têm poucos elétrons na última camada. Os três são metais. Como todos sabem, os metais têm facilidade e conduzir a corrente elétrica. Isto se deve ao fato de todos os metais terem no máximo 4 elétrons na última camada, ou seja, eles tendem a perder estes elétrons, facilitando a passagem a corrente elétrica.

Todos os materiais desejam ficar com 8 elétrons na última camada e, para isso, eles perdem ou recebem elétrons de outros materiais. Se determinado material perde ou recebe elétrons ele fica eletricamente carregado, então, o chamamos "íon". A animação ao lado do cloreto de sódio é composta por dois íons, o cloro (Cl) e o sódio (Na). Se um elemento perdeu elétrons, ele fica carregado positivamente, uma vez que ele tem mais prótons do que elétrons, este elemento chamamos de "cátion". Na figura, o sódio perde um elétron, portanto ele é um cátion. O cloro recebe recebe um elétron, então é chamado de "ânion".
Os metais, então, são bons condutores elétricos, mas não existe condutor perfeito, fatores como comprimento, diâmetro (secção transversal) e temperatura podem prejudicar a capacidade que um material tem de conduzir eletricidade. Outros materiais, como a borracha, por exemplo, oferecem muita resistência para a passagem da corrente elétrica, este tipo de material é chamado de isolante. Mas também não existe isolante perfeito, valores muito altos de tensão elétrica pode fazer um isolante "conduzir" corrente elétrica.

Existem alguns materiais que ora se comportam como condutores e ora como isolantes, são os chamados semicondutores. São fabricados principalmente à partir de silício e, através de um estímulo externo como a incidência de luz ou calor, por exemplo, alternam entre conduzir ou não a eletricidade. Um exemplo bem prático da aplicação de um semicondutor é a célula fotoelétrica existente nos postes de iluminação pública. Quando está de noite, não há incidência de luz no semicondutor e, dessa forma, ele conduz energia acendendo a lâmpada do poste. Quando o sol nasce, a luminosidade faz com que o semicondutor pare de conduzir e então ele apaga a lâmpada.

A eletricidade é uma das mais utilizadas formas de energia utilizadas hoje em dia. Isto se deve principalmente ao fato de as máquinas elétricas apresentarem uma elevada eficiência energética, cerca de 90% ou mais da energia que um motor elétrico consome ele transforma em trabalho. Um motor a combustão, por exemplo, tem por volta de 40% de eficiência energética, perdendo muita energia na forma de calor.

A eletricidade é obtida através da transformação de outras formas de energia em energia elétrica.

A forma mais comum de obtenção de energia elétrica no Brasil é através de usinas hidrelétricas. A força d'água em queda é utilizada para movimentar as pás de um gerador que, através de relações existentes entre campos magnéticos e o movimento da turbina produz energia elétrica. 

Mas em países que não possuem tantos rios com possibilidades que sejam instaladas usinas hidrelétricas utilizam outros métodos para a obtenção de eletricidade. As usinas termoelétricas são um exemplo. Nelas, uma massa de combustível é queimada. Este combustível aquece uma grande quantidade de água produzindo vapor. É este vapor que movimenta as turbinas e daqui para frente é bem parecido com hidrelétrica.

 

As usinas termonucleares são bem parecidas com as termoelétricas, a diferença é que, nas primeiras, a massa de água é aquecida graças ao calor gerado pela fissura, ou seja, quebra do núcleo dos átomos de urânio.

Ainda um tanto ineficientes, as usina fotovoltaicas, utilizam a luza a geração solar para a geração de energia elétrica. Mas para que consigam armazenar quantidades grandes de eletricidade elas precisam ter muitos painéis solares, o que torna este processo muito caro.

Uma das formas de geração de energia mais limpas que existe é através de usinas eólicas, esta forma de obtenção de energia não agride a natureza pois não há queima de combustíveis nem a necessidade de construção de barragens. Vários "ventiladores" gigantes são instalados em locais com boa incidência de ventos. O vento movimenta as hélices que estão ligadas a um gerador e a produção da energia acontece.