O que é eletricidade?

A experiência Ben Franklin

Provavelmente, o experimento mais famoso envolvendo eletricidade, pelo menos nas mentes das crianças americanas em idade escolar, foi quando Benjamin Franklin amarrou uma chave na ponta de uma linha de pipa e a jogou no ar durante uma tempestade com raios. O raio atingiu a pipa, percorreu a corda até a chave, provando que o raio é uma forma de eletricidade. Franklin também provou que objetos de metal, como a chave, são bons para conduzir ou transmitir eletricidade com facilidade.

A história não para por aí. Franklin não estava apenas do lado de fora em uma tempestade com uma pipa e uma chave sem motivo – ele estava procurando uma maneira de reduzir o número de incêndios causados por raios. Depois de provar que o metal é um bom condutor de eletricidade, ele desenvolveu o pára-raios e colocou essas estruturas no topo dos edifícios para mantê-los protegidos do fogo (o que provavelmente foi bom para o corpo de bombeiros que Franklin também é responsável pelo desenvolvimento).

Um pára-raios atrai a carga elétrica do raio e a conduz por meio de um fio pela lateral da casa até uma barra de aterramento. Isso é algo que nós, na sociedade moderna, tomamos como certo, mas é porque pára-raios foram instalados em todos os lugares – pelas mesmas razões pelas quais Franklin estava preocupado!

Imagine você e alguns de seus amigos formando um círculo. Cada um de vocês representa um único átomo – o bloco de construção de todas as coisas, de maçãs a aviões a jato. Cada átomo tem um núcleo em seu centro e é cercado por uma nuvem de elétrons. Agora, imagine cada um de vocês e seus amigos no círculo segurando uma única bola de pingue-pongue representando um elétron. Se você passasse as bolas / elétrons de pingue-pongue ao redor do círculo, estaria replicando o fluxo de eletricidade.

Eletricidade é quando os elétrons se movem de um átomo para outro, da mesma forma que as bolas de pingue-pongue são passadas de uma pessoa para outra no círculo. O fluxo de eletricidade é chamado de corrente , que medimos em amperes (I), também conhecidos como amperes. Condutores, como os pára-raios de metal de Franklin, transportam facilmente correntes elétricas, enquanto isoladores , como borracha, madeira ou tecido, interrompem o fluxo de eletricidade.

Além de medir a corrente da eletricidade, também medimos sua tensão, watts e resistência. O volt (V) é a potência disponível para enviar eletricidade ao redor de um circuito. Pense nisso como a pressão da água em um cano: quanto mais voltagem você tem, mais rapidamente a eletricidade flui através de um circuito. A resistência , para levar a analogia adiante, seria o tamanho do tubo e é medida em ohms (r). Medimos a energia elétrica em watts , que é obtida multiplicando-se os amperes pelos volts.

Experimentos do século 18

Nos anos 1700, os cientistas se dedicaram ao estudo da eletricidade. Isso foi antes de lâmpadas, televisores e todas as outras aplicações úteis de eletricidade que temos agora. Os cientistas realmente queriam entender o que podiam sobre eletricidade, como Franklin com seu experimento com relâmpagos em 1752.

Por volta de 1710, por exemplo, o cientista inglês Francis Hauksbee inventou o primeiro gerador eletrostático. Isso criou grandes quantidades de eletricidade que poderiam ser usadas para estudo. (Geradores eletrostáticos também criam faíscas enormes, que mais tarde foram usadas em filmes como Frankenstein com grande efeito.) Outros cientistas criaram instrumentos que podiam detectar eletricidade, como o eletroscópio. Durante esse tempo, os cientistas aprenderam que as cargas elétricas podem atrair e repelir umas às outras, percebendo cargas positivas e negativas em ação antes de serem identificadas e nomeadas.

Usos de eletricidade

Para tornar a eletricidade útil, tínhamos que encontrar uma maneira não apenas de gerar grandes quantidades de eletricidade, mas de armazená-la de alguma forma. A bateria é uma das primeiras fontes de eletricidade que ainda usamos hoje, enquanto grandes quantidades de energia são produzidas por centrais elétricas.

Portanto, vamos dar uma olhada em algumas das diferentes maneiras como a eletricidade é aproveitada.

1. Baterias e circuitos

O que consideramos baterias, como as que usamos em lanternas e controles remotos, são na verdade células. Uma bateria é um conjunto de células, como as baterias de carros e laptops. Uma bateria é uma fonte eletroquímica de eletricidade, o que significa que obtemos a eletricidade de uma reação química que ocorre dentro da bateria.

As primeiras células consistiam em duas placas de metal – uma de cobre e outra de zinco – em um frasco com líquido, geralmente um produto químico forte que fornecia o «ingrediente» necessário para que ocorresse uma reação química. As duas placas foram conectadas através de um circuito , que é um fio ininterrupto que permitiu a corrente elétrica, criada pela reação química, fluir de uma placa de metal, através do fio, através da segunda placa e, finalmente, através do líquido (também um bom condutor), e de volta à primeira placa. Mesmo agora, para usar a eletricidade com sucesso, devemos ter um circuito completo que permita que a eletricidade flua em um círculo ininterrupto.

2. Turbinas a vapor e estações de energia

Logo, células e baterias não eram suficientes e procuramos fontes maiores de energia elétrica. As turbinas a vapor, desenvolvidas na década de 1880, ajudaram a impulsionar a Revolução Industrial, enquanto inventores como Thomas Edison aperfeiçoaram as lâmpadas para uso doméstico. As turbinas a vapor deram lugar a usinas de energia maiores e mais eficientes, onde as turbinas são movidas por água ou por vapor de água fervente aquecida pela queima de combustíveis como petróleo, carvão ou materiais nucleares. Mais recentemente, usamos outras fontes de energia que dependem menos dos recursos não renováveis, carvão e petróleo. Essas outras fontes renováveis incluem energia solar, energia eólica e energia geotérmica.

3. DC vs. AC: a Guerra das Correntes

AC e DC não se combinam apenas para formar um grande nome de banda; são também os diferentes tipos de correntes elétricas desenvolvidas no final do século XIX. A corrente contínua, ou eletricidade DC, era filha de Thomas Edison, e ele investiu pesadamente na construção de 121 usinas de energia nos Estados Unidos que forneciam corrente direta de eletricidade a seus clientes. A eletricidade DC começou a perder energia a cerca de um quilômetro da usina, o que não era ótimo para pessoas que moravam a três quilômetros de uma estação de energia.

O rival de Edison, George Westinghouse, desenvolveu a corrente alternada , ou eletricidade AC. Em vez de fluir diretamente através do fio para a fonte, como água em uma mangueira, em eletricidade de corrente alternada, os elétrons alternam rapidamente sua direção de fluxo. A tecnologia AC permitiu que a eletricidade fosse carregada muito mais longe do que uma milha e mantivesse sua energia. Westinghouse ganhou a guerra das correntes e hoje usamos eletricidade CA.

Resumo da lição

Agora que terminamos, vamos dar alguns minutos para revisar o que aprendemos aqui. Eletricidade é quando os elétrons se movem de um átomo para outro. Esse movimento dos elétrons é chamado de corrente , que medimos em amperes (I). Para que a corrente elétrica ocorra, é necessário que haja algo conduzindo -a, ou passando facilmente eletricidade, enquanto isoladores como borracha, madeira ou tecido interrompem o fluxo de eletricidade. Em termos de medição, o volt (V) é a potência disponível para enviar eletricidade ao redor de um circuito. Resistência é a facilidade com que a corrente flui e é medida em ohms (r) e watts é como medimos a energia elétrica e é obtido multiplicando amperes por volts.

Em termos de usos modernos de eletricidade, vimos o seguinte:

Baterias e circuitos, nos quais aprendemos que uma bateria é uma coleção de células e um circuito é um fio ininterrupto que permitia a corrente elétrica
Turbinas a vapor e centrais elétricas, nas quais aprendemos sobre as diferentes formas de geração de energia em grande escala
DC vs. AC, em que aprendemos sobre a corrente contínua de Thomas Edison , ou DC, que é um fluxo direto de eletricidade para os clientes e a corrente alternada de George Westinghouse , ou AC, que é quando os elétrons alternam rapidamente sua direção de fluxo

Agora você deve ser capaz de explicar a história e os diferentes tipos de eletricidade disponíveis para nós hoje.