Tipos de Energia e Eletricidade

Eletricidade estática

Dá-se o nome de eletricidade estática as cargas elétricas em repouso.

Um corpo poderá estar eletrizado positiva ou negativamente. Quando um corpo recebe elétrons diz-se que ele possui carga elétrica negativa; se porem um corpo cede elétrons, ele fica com falta de elétrons, tornando-se carregado positivamente.

Lei de atração e repulsão das cargas elétricas

A lei de atração e repulsão das cargas elétricas diz que cargas de nomes iguais se repelem e cargas de nomes contrários se atraem.

Ao tocarmos um corpo carregado positivamente em outro sem carga alguns elétrons do corpo neutro passarão para o corpo positivo devido á lei da atração e da repusão.

O corpo que estava eletricamente neutro tornou-se carregado positivamente porque cedeu elétrons; a isto chamamos; transferência de cargas por contato.

Descargas estáticas

Sempre que dois corpos com cargas contrárias são postos um próximo do outro, o excesso de elétrons de um deles será atraído na direção daquele que esta com falta de elétrons. Se ligarmos um fio entre eles, esse fio se torna um caminho para que os elétrons possam se deslocar no sentido do corpo positivo até que haja um equilíbrio elétrico entre eles.

Se aproximarmos dois corpos com cargas opostas bastantes elevadas, os elétrons poderão pular do corpo negativo para o positivo antes que eles se toquem. Nesse caso, diz-se que a descarga deu-se por arco voltaico.

As grandes descargas elétricas são chamadas raios e a principal criadora deles é a própria natureza.

Nos dias quentes, é grande a evaporação de umidade. Nas camadas mais latas e mais frias da atmosfera o vapor d’água forma gotas que caem devido ao seu peso. Essas gotas caem sem atingir o solo porque evaporam-se novamente ao encontrar com as correntes ascendentes de ar quente. Pelo atrito que ai ocorre, são extraídas das moléculas da água ao elétrons livres a elas aderentes. Esses elétrons acumulam-se nas nuvens que assim ficam carregadas de eletricidade.

Quando as cargas elétricas atingem um vapor muito elevado, os elétrons saltam em forma de centelha (relâmpagos)  para outras nuvens ou para a terra.

Para que haja uma proteção contra os raios, instala-se um para-raios nos pontos mais altos de uma residência, indústria ou edifício.

O pára-raio  é feito de uma haste metálica que termina em várias pontas revestidas de platina e um cabo metálico muito bem ligado á terra.

As pequenas descargas elétricas são chamadas faíscas e aparecem sempre que haja corpos em atrito. Todos os caminhões tanques, que transportam combustível, possuem na parte de trás uma corrente pendurada, que nas valetas toca a terra, proporcionado assim a descarga da eletricidade estática acumulada no tanque.

Eletricidade produzida por ficção

A fricção ou atrito é a principal fonte geradora de eletricidade estática.

Toda vez que atritarmos dos corpos diferentes, retiram-se alguns elétrons de um dos corpos, enquanto que o outro corpo aprisiona estes elétrons.

O corpo que aprisionou o elétron adquiriu uma carga elétrica negativa, e o coro que cedeu elétrons adquiriu uma carga elétrica positiva.

Este deslocamento de elétrons é provocado pelo aquecimento dos corpos durante o atrito, o qual provoca uma aceleração na velocidade dos elétrons, aumenta a força centrifuga no núcleo dos átomos o que possibilita a fuga dos elétrons.

Algumas substâncias que facilmente produzem eletricidade estática são vidros, âmbar, ebonite, ceras, flanelas, sedas, nylon, rayon, etc.

Quando se esfrega um bastão de ebonite com uma flanela, esta última perde elétrons para o bastão.

O bastão fica carregado negativamente e a flanela fica carregada positivamente.

Eletricidade produzida por pressão

As cargas elétricas produzidas por pressão aparecem todas as vezes que nos falamos ao telefone ou a microfone, da seguinte forma: as ondas sonoras exercem uma pressão sobre um imã, gerando assim uma corrente elétrica, que é transmitida através de fios ate um receptor. Os microfones usados nas emissoras de radio e TV, geralmente operam segundo este principio. Outros microfones, no entanto, convertem as ondas de pressão do som diretamente em eletricidade.

O quartzo, a turmalina e os saios de Rochelle, são matérias que ilustram o principio da pressão como fonte de eletricidade.

Se um cristal feito de um destes matérias for colocado entre duas placas metálicas e se uma pressão for aplicada sobre elas, obtém-se uma carga elétrica produzida por pressão. A grandeza da carga dependerá da pressão.

O uso da pressão como fonte de eletricidade, é largamente observado em aparelhos de pequena potencia, como por exemplo nos toca-discos, os quais usam um cristal no seu braço, que conforme a pressão recebida nas variações do disco, gera uma corrente de valores variados, as quais são conduzidas a um amplificador e depois de amplificadas saem através do alto- falante com forma de som.

Eletricidade produzida por calor

Outro método de se obter eletricidade, é o de conversão direta do calor em eletricidade pelo aquecimento de uma junção de dois metais diferentes.

Se um fio de cobre e outro de ferro forem torcidos juntos de modo a formar uma junção, e se esta junção for aquecida, uma carga elétrica será produzida.

A quantidade de correntes obtidas dependerá da diferença de temperatura entre a junção e a outra extremidade dos metais. Quanto maior for a diferença de temperatura, maior será a carga produzida.

Uma junção desse tipo é denominada elemento térmico e produzirá eletricidade enquanto o calor estiver sendo aplicado.

Os elementos térmicos não fornecem grandes quantidades de carga e assim sendo não podem ser empregados na obtenção de potencia elétrica.

Eles são usados normalmente em combinação com instrumentos termoindicadores para a apresentação visual direta da temperatura em graus.

Sua aplicação maior é nos pirômetros dos fornos de altas temperaturas.

Eletricidade produzida pela luz

Certas substancias ao serem atingidas pela luz serão capazes de conduzir, com certa facilidade, as cargas elétricas ou produzir as cargas elétricas.

Em resumo: convertem energia luminosa em carga elétricas. Destes efeitos o mais utilizado é o da produção de cargas elétricas pela fotocélula, que ocorrerá quando seu material sensível for expostos a luz.

A fotocélula é um conjunto metálico, composto de três camadas de formato circular, sendo uma de ferro, a outra de material translúcido ou quase transparente que permita a passagem de luz e a camada do centro, feita de uma liga de selênio.

A luz passa pelo material transparente, atinge o selênio o qual gera uma corrente elétrica entre as camadas.

Se um medidor for ligado a esse conjunto, será possível medir a corrente produzida.

O uso mais comum desse tipo de célula e o maior de luz ou fotômetro, usado em fotografia para medir a intensidade de luz em um recinto.

A célula fotoelétrica, comumente chamada de “olho elétrico” funciona segundo o mesmo principio da fotocélula. A célula fotoelétrica, no entanto, depende de uma bateria ou de alguma fonte de tensão elétrica para cumpri sua função de detetar variação de luminosidade.

A célula fotoelétrica tem muitos usos, dentre eles, controle automático de portas, de maquinas de projeção cinematográficas, controle automático contra roubos, etc.

 Eletricidade produzida por ação química

Uma fonte de eletricidade de uso comum é a ação química que tem lugar nas pilhas e as baterias são usadas com frequência em situações de emergência e como fonte portátil de eletricidade.

Célula primaria                                                                                                       A célula primaria se compõe de uma cuba, duas placas metálicas diferentes e um liquido chamado eletrólito de solução.

O eletrólito empurra os elétrons de uma placa para outra. Isso gera um excesso de elétrons ou carga negativa em uma das placas de modo que um fio ligado a esta placa recebe o nome de terminal negativo. A outra placa perde elétrons e assim fica carregada positivamente e se for ligado um fio a ela, recebera o nome de terminal positivo.

A placa negativa será de zinco e a positiva de cobre.

Com os terminais desligados, os elétrons são empurrados para a placa negativa até que não haja mais espaço para eles. Desse modo, a placa fica com a sua carga máxima.

Ligando-se um fio entre as placas, conforme pode-se observar no desenho anterior, os elétrons deixam o pólo negativo e caminhando através do fio até o pólo positivo, o qual esta com falta de elétrons. Imediatamente o eletrólito transportará novamente, elétrons para a placa negativa.

Enquanto o eletrólito estiver transportando os elétrons, a placa negativa vai se consumindo devido á ação química. Na placa positiva haverá um desprendimento de bolhas de gás.

Chegará um ponto em que a placa negativa se dissolverá completamente no eletrólito pela ação química  então a célula estará morta.

A pilha seca, que é a pilha comum usada em rádios portáteis e lanternas, por exemplo, se compõe de um recipiente de zinco, que é, ao mesmo tempo, a placa negativa, de um bastão de carbono servindo como placa positiva suspenso no centro do recipiente e, finalmente, uma solução pastosa de cloreto de amônio constituído o eletrólito.

No fundo do recipiente há um disco de papel alcatroado, cuja finalidade é impedir que o bastão de carbono toque no zinco.

Na parte superior, o recipiente contem camadas de serragem, areia e resina. Estas camadas mantem o cilindro de carvão na posição correta e impedem vazamento do eletrólito.

Quando uma pilha seca fornece eletricidade, o recipiente de zinco e o eletrólito são gradualmente consumidos. Após o termino do zinco e do eletrólito utilizáveis, a pilha não mais fornece carga e tem de ser substituída. A pilha seca também chamada Leclanché tem muito pouco peso e é portátil além de outras propriedades que a tronam praticamente preferida as demais pilhas primarias.

A força eletromotriz (f.e.m) de uma pilha seca é de 1,5 a 1,6 volts quando nova, caindo lentamente conforme vai sendo usada.

Célula secundaria            

                                                                                         

A célula secundaria ou pilha secundária, conhecida também como acumulador se baseia nos mesmos princípios fundamentais da célula primaria diferindo da outra na maneira de ser restaurada.

As células primarias uma vez descarregadas não podem ser mais usadas. As secundarias, porem, além de fornecerem uma quantidade de corrente maior, ainda podem ser recarregadas.

Há somente dois tipos de células usadas comumente como acumuladores:

˚célula chumbo-chumbo ácido;                                                                                               ˚célula férro-níquel alcalino.

O funcionamento da célula chumbo-chumbo ácido se baseia nas relações químicas geradas entre, ácido sulfúrico e o chumbo. Isso pode ser ilustrado por meio da seguinte experiência: duas tiras de chumbo são mergulhadas em um vaso contendo ácido sulfúrico diluído tendo um peso especifico de aproximadamente 1250.

Essas tiras são ligadas a uma fonte de corrente contínua. Quando a corrente circula por esta pilha, forma-se e escapam bolhas de gás em ambas as placas, mas em uma das placas a formação de bolhas é muito maior que na outra. Depois de um curto período de tempo vê-se que a coloração de uma das placas mudou para “chocolate-escuro”. e o chumbo tronou-se poroso.

Enquanto a pilha estiver carregando, a tensão vai até cerca de 2,5 volts, caindo para 2 volts quando se interrompe a corrente. Na descarga, a tensão cai lentamente até 1,75 volts. Depois, o decréscimo se torna mais rápido até chegar a zero.

Quando se faz passar uma corrente nessa célula, o chumbo metálico da placa positiva é convertido em peróxido de chumbo. A placa negativa, por sua vez, não sofre nenhuma alteração química, mas modifica-se de chumbo sólido para chumbo esponjoso.

Quando o elemento é descarregado, o peróxido de chumbo da placa positiva transforma-se em sulfato de chumbo e o chumbo esponjoso da placa negativa também converte-se em sulfato de modo que ambas as placas tendem a igualar-se eletroquimicamente.

Quando as duas placas são idênticas sob a forma de sulfato de chumbo, não há diferença de potencial entre elas.

Se as placas estiverem em condições diferentes, a positiva modificada para peróxido de chumbo e a negativa para chumbo esponjoso, uma f.e.m. existe entre elas.

Observe-se que, quando a bateria está sendo carregada, a única modificação tem lugar no eletrólito com a formação de ácido sulfúrico. Está é a razão do aumento do peso específico do eletrólito.

No momento que o acumulador está recebendo carga, o hidrogênio é liberado na placa negativa e o oxigênio na placa positiva.

Manutenção do acumulador de chumbo

O acumulador de chumbo requer muitos cuidados para a sua conservação; quando bem tratado, tem grandes durabilidade.

A solução deve ser preparada com ácido sulfúrico puro e água destilada, sendo uma parte de ácido para 3,5 de água, tendo-se o cuidado de adicionar lentamente o ácido na água, pois há grande desenvolvimento de calor na mistura.

As placas devem estar sempre cobertas pela solução que, sempre que necessário deve ser completada com água destilada, pois devido o aquecimento há sempre uma perda pela evaporação.

A bateria deve sempre receber cargas lentas e frequentes por que cargas rápidas e elevadas danificam suas placas.

Acumulador ferro-níquel alcalino ou acumulador Edison

Esse tipo de acumulador foi inventado por Thomas A. Edison em 1901 quando o amplo uso de baterias para o acionamento de carros, tratores, locomotivas, assim como para a iluminação de carro ferroviários de passageiros, reclamava um tipo leve e durável de acumulador.

A bateria de ferro-níquel é a única de uso comercial nos Estados Unidos. Seu pouco peso e durabilidade se devem ao emprego de aço em sua construção, tanto nas placas como no invólucro.

A placa positiva é constituída de um gradeado de aço-níquel, suportando também tubos de aço-níquel, nos quais se encontra o material ativo.

A placa negativa, geralmente, é de construção similar á placa positiva com a diferença de que o material ativo usado é constituído por óxido de ferro finamente pulverizado e contido em bolsas perfuradas fabricadas de aço níquel em vez de o serem em tubos.

Ligam-se em paralelo um certo número de placas para formar um grupo, dispondo mais uma placa no grupo negativo que no positivo.

Intercala-se então os dois grupos de placas, conjuntamente, separando-se as placas uma das outras por meio de tiras de ebonite.

O recipiente é de aço laminado a frio e ondulado para dar-lhe maior resistência. É soldado nas juntas e depois niquelado com uma espessa camada de níquel como proteção contra a oxidação. A tampa leva dois terminais e tem um orifício que serve ao mesmo tempo para encher o recipiente e dar saída aos gases.

O eletrólito utilizado se compõe de uma solução de 21% de potassa em água destilada á qual se adiciona uma pequena quantidade de óxido de lítio. Deste eletrólito não se desprendem gases corrosivos, de modo que não é necessário tomar nenhuma precaução para montar a unidade.

A finalidade de óxido de lítio é aumentar a duração e a capacidade de acumulador.

O tempo nominal para a carga deste tipo de acumulador é de 7 horas e 5 horas para a descarga com mesma corrente sendo o seu rendimento de aproximadamente 82%. A temperatura interna não deve exceder de 45°C

As vantagens do acumulador Edison consistem ser ele mais leve e mais forte que o de chumbo, podendo permanecer carregado ou descarregado por tempo indefinido sem alterar-se. Não há desprendimento de gases ácidos, podendo ser colocado em sala onde haja máquinas sem perigo de corrosão.

Para se substituir o eletrólito, o acumulador deverá primeiramente ser descarregado por completo até a tensão cair a zero deixando-o fechado em curto circuito durante duas horas ou mais. Depois disso, retira-se o eletrólito e imediatamente coloca-se o novo eletrólito. Deve-se manter o nível da solução completando-o, sempre que necessário, com água destilada para compensar a porção que se evapora com o tempo.

Quando se desejar guardar o acumulador Edison fora de serviço, deve-se descarrega-lo até chegar a zero, depois fechar em curto circuito seus bornes e em seguida guarda-lo.

O acumulador Edison não se deteriora por congelamento.

Um contraste notável pode-se observar entre ele e o acumulador de chumbo, pois este deve ser completamente carregado antes de ser armazenado ao passo que o acumulador Edison, deve ser completamente descarregado.

As principais desvantagens do acumulador Edison são: custo elevado, baixo rendimento e grande resistência interna.

Como o acumulador de chumbo é mais barato e tem rendimento maior, ele é o mais usado.

Veja Também: curso conserto de celular

Eletricidade produzida pelo magnetismo

O método mais usual da produção de eletricidade em larga escala deriva da utilização do magnetismo. A fonte de eletricidade através do magnetismo torna-se mais eficiente porque permite obter uma potência apreciável.

A eletricidade produzida em grande escala, capaz de mover grandes máquinas do nosso parque industrial, é conseguida com o uso do magnetismo.

Isto se verifica nos grandes geradores das usinas de força, as quais necessitam de uma fonte de movimento constante e eficiente.

Estas formas de movimento são conseguidas através da energia hidráulica, das caldeiras a vapor ou por motores a combustão interna.

Qualquer que seja a fonte de movimento, a potencia elétrica produzida nos geradores é resultante do corte de condutores por campos magnéticos.

Quando se desloca um condutor em torno de um ímã ou vice-versa produz-se eletricidade no condutor derivado ao magnetismo do ímã.

Movendo-se o condutor de modo que este corte o campo magnético do ímã produz-se eletricidade no condutor.

 

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