Eletricidade vem da matéria
Benjamin Franklin é famoso por algumas coisas, mas principalmente pela história de sua aventura com uma pipa em uma tempestade elétrica. Esta história é tão famosa porque dizem que os eventos desta ‘experiência’ levaram à sua descoberta da eletricidade.
Vou deixar você refletir sobre a validade dos detalhes da história em seu próprio tempo, mas uma coisa é verdade. Franklin é considerado a pessoa que descobriu a energia elétrica. O nome é um pouco incorreto, porém, porque a energia elétrica em si (freqüentemente chamada de eletricidade) não é realmente uma forma de energia. É mais uma forma de transferência de energia entre objetos. Em sua forma mais básica, a eletricidade é a transferência de energia entre elétrons.
Tudo na Terra tem elétrons porque tudo é feito de átomos. Os átomos vêm com três componentes principais: prótons e nêutrons no núcleo e elétrons orbitando ao redor desse núcleo. Como seus nomes indicam, os nêutrons não têm carga (são neutros), os prótons têm carga positiva e os elétrons têm carga negativa.
Normalmente, um átomo é equilibrado – a carga positiva de seus prótons é igual à carga negativa de seus elétrons. Essas cargas não estão apenas equilibradas, mas, como os pólos opostos de dois ímãs, são atraídos um pelo outro. Em contraste, duas cargas do mesmo sinal (duas cargas positivas ou duas cargas negativas) irão se repelir.
Como os elétrons orbitam longe do núcleo do átomo, eles podem ser facilmente transferidos de um objeto para outro. Por exemplo, pegue um balão e esfregue no cabelo. Ao fazer isso, você está transferindo elétrons do cabelo para o balão, o que dá ao balão uma carga líquida negativa e ao cabelo uma carga líquida positiva. É por isso que quando você puxa o balão, seu cabelo fica em pé tentando acompanhá-lo – as cargas são atraídas uma pela outra! No entanto, faça isso com um segundo balão e tente colocá-los juntos. Os balões se repelirão porque ambos têm excesso de elétrons, o que significa que têm uma carga líquida negativa.
Não se preocupe; nenhum elétron foi prejudicado na elaboração desta lição. O mesmo número de elétrons existe em todo o balão e atividade do cabelo, você acabou de transferi-los de um lugar para outro – energia elétrica em ação! Este conceito de conservação parece familiar? Deveria, porque a eletricidade segue a lei da conservação de energia . Assim como a energia nunca é criada ou destruída, a carga elétrica também nunca é criada ou destruída; é apenas transferido de um objeto para outro.
Fluxo de elétrons
O movimento, ou ‘fluxo’ da carga elétrica é chamado de corrente , e o caminho ao longo do qual os elétrons podem fluir é chamado de circuito . Os elétrons se movem ao longo de um circuito da mesma forma que a água passa por um tubo – indo de uma extremidade à outra. Os elétrons podem fazer isso porque, ao contrário dos prótons, eles não estão presos dentro do núcleo do átomo.
Você não pode criar ou destruir energia, mas pode criar corrente elétrica. A corrente vem de um diferencial de pressão elétrica, algo que chamamos de tensão . Digamos que você tenha um copo cheio d’água e faça um buraco perto do fundo. A água fluirá pelo orifício porque a pressão na parte inferior do vidro é maior do que a pressão na parte superior. A água continuará a fluir do orifício até que a diferença de pressão seja equalizada no vidro.
O mesmo se aplica à pressão elétrica. Em algo como uma bateria, há uma diferença de pressão elétrica entre os terminais positivo e negativo. Isso cria um fluxo de elétrons, ou corrente, quando a bateria é conectada a um fio elétrico. A bateria ‘bombeia’ a corrente através do fio do circuito da mesma forma que o seu coração bombeia o sangue pelas veias e artérias – quanto maior a voltagem, mais corrente é produzida. E assim como você precisa que seu coração exista, uma fonte de voltagem é necessária para que a corrente exista.
Resistência ao fluxo de elétrons
O objetivo de enviar elétrons ao longo do fio do circuito é utilizar a eletricidade, certo? Caso contrário, ainda estaríamos felizes lendo à luz de velas e viajando em carruagens puxadas por cavalos.
Os dispositivos são colocados ao longo do circuito para que possam ser alimentados. Em sua casa, essas são as tomadas às quais você conecta seus dispositivos. Mas, assim como um dreno entupido cria resistência contra o fluxo de água por um cano, esses «coletores» de eletricidade ao longo do circuito criam resistência contra o fluxo de elétrons pelo fio. Como o nome indica, essa é uma oposição do movimento do elétron. Tanto o comprimento quanto a largura de um fio elétrico afetam a resistência da corrente que passa por ele. O tipo de material também é um fator importante porque alguns materiais são menos restritivos ao fluxo de elétrons do que outros.
Choque elétrico
Os circuitos não se limitam a fios elétricos. Enquanto houver um diferencial de pressão elétrica, muitas coisas diferentes podem fornecer um caminho para o fluxo de elétrons – até mesmo seu próprio corpo! É por isso que você não gostaria de tocar em uma cerca elétrica viva com a mão enquanto estiver no chão. Há uma diferença de voltagem entre o fio e o terra em que você está e, ao tocar em ambos ao mesmo tempo, completa o circuito e cria um caminho para o fluxo da corrente. OUCH!
Enquanto você está parado perto da cerca contemplando a dor que você acabou de evitar, olhe para cima e observe aqueles pássaros sentados alegremente no fio elétrico. Eles estão perfeitamente bem lá em cima! A chave é que ambos os pés estão no mesmo fio – não há diferença de voltagem entre eles. Na verdade, se você estivesse caindo do céu e a única coisa que pudesse impedi-lo fosse travar um fio elétrico energizado, ficaria feliz em saber que isso é perfeitamente seguro!
Assim como o pássaro não recebe um choque, você também não o faria, desde que não toque no solo ou em qualquer outro fio elétrico energizado. Para receber um choque, deve haver uma diferença de voltagem entre duas partes do seu corpo. Apenas certifique-se de soltar o fio antes de colocar os pés no chão!
Resumo da lição
Benjamin Franklin pode ou não ter feito pipas no meio de uma tempestade, mas é considerado o descobridor da energia elétrica . Este processo natural que ocorre no nível subatômico é uma maneira pela qual a energia é transferida entre os objetos.
A carga elétrica se move por caminhos chamados de circuitos , e o movimento da própria carga é chamado de corrente . Assim como o sangue é bombeado através das artérias pelo coração, a corrente é bombeada através de um circuito por um diferencial de pressão elétrico chamado voltagem . Ao contrário disso, como o nome indica, a resistência é uma oposição do movimento do elétron.
Muitos materiais diferentes têm o potencial de se tornarem vias para o fluxo de elétrons, até mesmo o corpo humano. A chave é a diferença de tensão entre dois pontos. Sem ele, você está bastante seguro. Mas depois de fazer essa conexão, como agarrar um fio elétrico enquanto está no chão, esteja preparado para uma experiência muito ‘chocante’!
Resultados de Aprendizagem
Depois de terminar esta lição, você pode:
- Nome da pessoa a quem se atribui a descoberta de energia elétrica
- Ilustrar como os elétrons podem se transferir
- Descreva circuitos e correntes
- Explique como a tensão e os circuitos são responsáveis por choques elétricos