Eletricidade

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A eletricidade em uma de suas manifestaes naturais mais imponentes: o relmpago.

A eletricidade um termo geral que abrange uma variedade de fenmenos resultantes da presena e do fluxo de carga eltrica.1 Esses incluem muitos fenmenos facilmente reconhecveis, tais como relmpagos, eletricidade esttica, e correntes eltricas em fios eltricos. Alm disso, a eletricidade engloba conceitos menos conhecidos, como o campo eletromagntico e induo eletromagntica.2A palavra deriva do termo em neolatim "lectricus", que por sua vez deriva do latim clssico "electrum", "amante do mbar", termo esse cunhado a partir do termo grego (eltrons) no ano de 1600 e traduzido para o portugus como mbar. O termo remonta s primeiras observaes mais atentas sobre o assunto, feitas esfregando-se pedaos de mbar e pele.

No uso geral, a palavra "eletricidade" se refere de forma igualmente satisfatria a uma srie de efeitos fsicos. Em um contexto cientfico, no entanto, o termo muito geral para ser empregado de forma nica, e conceitos distintos contudo a ele diretamente relacionados so usualmente melhor identificados por termos ou expresses especficos.

Alguns conceitos importantes com nomenclatura especfica que dizem respeito eletricidade so:

Carga eltrica: propriedade das partculas subatmicas que determina as interaes eletromagnticas dessas. Matria eletricamente carregada produz, e influenciada por, campos eletromagnticos. Unidade SI (Sistema Internacional de Unidades): ampre segundo (A.s), unidade tambm denominada coulomb (C).3 Campo eltrico: efeito produzido por uma carga no espao que a contm, o qual pode exercer fora sobre outras partculas carregadas. Unidade SI: volt por metro (V/m); ou newton por coulomb (N/C), ambas equivalentes.4 Potencial eltrico: capacidade de uma carga eltrica de realizar trabalho ao alterar sua posio. A quantidade de energia potencial eltrica armazenada em cada unidade de carga em dada posio. Unidade SI: volt (V); o mesmo que joule por coulomb (J/C).5 Corrente eltrica: quantidade de carga que ultrapassa determinada seco por unidade de tempo. Unidade SI: ampre (A); o mesmo que coulomb por segundo (C/s).6 Potncia eltrica: quantidade de energia eltrica convertida por unidade de tempo. Unidade SI: watt (W); o mesmo que joules por segundo (J/s).7 Energia eltrica: energia armazenada ou distribuda na forma eltrica. Unidade SI: a mesma da energia, o joule (J).

Eletromagnetismo: interao fundamental entre o campo magntico e a carga eltrica, esttica ou em movimento.1 2O uso mais comum da palavra "eletricidade" atrela-se sua acepo menos precisa, contudo. Refere-se a:

Energia eltrica (referindo-se de forma menos precisa a uma quantidade de energia potencial eltrica ou, ento, de forma mais precisa, energia eltrica por unidade de tempo) que fornecida comercialmente pelas distribuidoras de energia eltrica. Em um uso flexvel contudo comum do termo, "eletricidade" pode referir-se "fiao eltrica", situao em que significa uma conexo fsica e em operao a uma estao de energia eltrica. Tal conexo garante o acesso do usurio de "eletricidade" ao campo eltrico presente na fiao eltrica, e, portanto, energia eltrica distribuda por meio desse.

Embora os primeiros avanos cientficos na rea remontem aos sculos XVII e XVIII, os fenmenos eltricos tm sido estudados desde a antiguidade. Contudo, antes dos avanos cientficos na rea, as aplicaes prticas para a eletricidade permaneceram muito limitadas, e tardaria at o final do sculo XIX para que os engenheiros fossem capazes de disponibiliz-la ao uso industrial e residencial, possibilitando assim seu uso generalizado. A rpida expanso da tecnologia eltrica nesse perodo transformou a indstria e a sociedade da poca. A extraordinria versatilidade da eletricidade como fonte de energia levou a um conjunto quase ilimitado de aplicaes, conjunto que em tempos modernos certamente inclui as aplicaes nos setores de transportes, aquecimento, iluminao, comunicaes e computao. A energia eltrica a espinha dorsal da sociedade industrial moderna, e dever permanecer assim no futuro tangvel.8Eletromagnetismo

Representao do vetor campo eltrico de uma onda eletromagntica circularmente polarizada.

Eletrosttica[Expandir]

Histria[Expandir]

Magnetosttica[Expandir]

Eletrodinmica[Expandir]

Circuitos eltricos[Expandir]

Fsicos[Expandir]

ve

ndice

1 Histria

1.1 Descargas eltricas e raios catdicos 2 Conceitos

2.1 Carga eltrica 2.2 Campo eltrico 2.3 Potencial eltrico 2.4 Potncia eltrica 2.5 Circuito eltrico 2.6 Condutores e isolantes eltricos 3 A eletricidade e o mundo natural

3.1 Efeitos fisiolgicos 4 Ver tambm 5 Referncias 6 Bibliografia 7 Ligaes externasHistria

Ver artigo principal: Histria da eletricidade

Thales, o pioneiro pesquisador da eletricidade

Muito tempo antes de qualquer conhecimento cientfico sobre a eletricidade, as pessoas j estavam cientes dos choques desferidos pelo peixe-eltrico. No Antigo Egito, remontando ao ano de 2750 a.C, havia textos que referiam-se a esse peixe como o "Trovo do Nilo", descrevendo-o como o protetor de todos os outros peixes. Encontra-se o peixe-eltrico tambm retratado em documentos e estudos antigos realizados por naturalistas, mdicos, ou simples interessados que viveram na Grcia Antiga, no Imprio Romano e na regio da civilizao islmica.9 Vrios escritores antigos, como Caio Plnio Segundo e Scribonius Largus, atestaram cincia do efeito anestesiante dos choque eltricos do peixe-gato e da arraia eltrica, e de que os choques eltricos podem viajar ao longo de certos objetos condutores de eletricidade.10Na poca, os pacientes que sofriam de gota e de dor de cabea eram aconselhados a tocar o peixe-eltrico na esperana de que os poderosos choques eltricos desferidos por esse animal pudessem cur-los.11As primeiras referncias relacionadas de forma ora remota ora mais prxima identidade eltrica do raio e existncia de outras fontes distintas de eletricidade so possivelmente as encontradas junto aos rabes, que seguramente j empregavam antes do sculo XV a palavra (raad), raio em seu idioma, a fim de se fazer referncia s arraias eltricas.12Nas culturas antigas ao longo de todo o Mediterrneo sabia-se que determinados objetos, a exemplo pedaos de mbar, ganham a propriedade de atrair pequenos e leves objetos, tais como penas, aps atritados com pele de gato ou similar. Por volta de 600 a.C. Tales de Mileto fez uma srie de observaes sobre eletricidade esttica, as quais levou-o a acreditar que o atrito era necessrio para produzir magnetismo no mbar; em visvel contraste com o que se observa em minerais tais como magnetita, que no precisam de frico.13 14Thales enganou-se ao acreditar que a atrao era devida a um efeito magntico e no a um efeito eltrico, havendo a cincia evidenciado de forma correta a ligao que Thales esboou fazer entre eletricidade e magnetismo somente milnios mais tarde (experincia de rsted, 1820 d.C). Em acordo com uma teoria controversa, os habitantes da regio de Parthia, nordeste do atual Ir, conheciam a galvanoplastia, baseando-se tal afirmao na descoberta de 1936 da bateria de Bagd, artefato que de fato, embora certamente incerta a natureza eltrica do mesmo, em muito se assemelha a uma clula galvnica.15

Benjamin Franklin desenvolveu uma grande pesquisa sobre a eletricidade no sculo XVIII, que documentado por Joseph Priestley em (1767) no livro History and Present Status of Electricity, com quem Franklin trocou correspondncias.

A eletricidade permaneceria pouco mais do que uma curiosidade intelectual por milnios, pelo menos at 1600, quando o cientista ingls William Gilbert publicou um estudo cuidadoso sobre magnetismo e eletricidade, o "De Magnete", entre outros distinguindo de forma pertinente o efeito da pedra-im e o da eletricidade esttica produzida ao se esfregar o mbar com outro material 13 . Foi ele quem cunhou a palavra neolatina "electricus" ("de mbar" ou "como mbar", de[elektron], a palavra grega para "mbar") para referir-se propriedade do mbar e de outros corpos atrarem pequenos objetos depois de friccionados.16 Esta associao deu origem s palavras inglesa "electric" e "electricity", que fez sua primeira apario na imprensa nas pginas de Pseudodoxia Epidemica, obra de Thomas Browne, em 1646.17 . Tambm encontram-se ai as razes das palavras portuguesas eltrico e eletricidade. Outros trabalhos seguiram-se, sendo esses conduzidos por pessoas como Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray e Charles Du Fay. No sculo XVIII, Benjamin Franklin realizou uma ampla pesquisa sobre a eletricidade, inclusive vendendo seus bens para financiar seu trabalho. a ele atribudo o ato de, em junho de 1752, ter prendido uma chave de metal prximo barbela de uma pipa e, com a chave atada linha umedecida, t-la feito voar em uma tempestade ameaadora.18 incerto se Franklin pessoalmente realizou de fato esse experimento, mas o ato popularmente atribudo a ele. Uma sucesso de fascas saltando de uma segunda chave atada linha para o dorso da sua mo teria ento mostrado-lhe de maneira contundente que o raio tem, de fato, uma natureza eltrica.19

Michael Faraday formou a base da tecnologia de motores eltricos.

Em 1791, Luigi Galvani publicou sua descoberta da bioeletricidade, demonstrando que por meio da eletricidade que as clulas nervosas passam sinais para os msculos.20A pilha voltaica de Alessandro Volta, ou simplesmente bateria, datada de 1800 e feita a partir de camadas alternadas de zinco e cobre, forneceu aos cientistas uma fonte mais confivel e estvel de energia eltrica do que as antigas mquinas eletrostticas.20 A advento do eletromagnetismo, unio da eletricidade e do magnetismo, creditada dupla Hans Christian rsted e Andr-Marie Ampre, seus trabalhos remontando aos anos 1819 e 1820; Michael Faraday inventou o motor eltrico em 1821, e Georg Ohm analisou matematicamente o circuito eltrico em 1827 .20 A eletricidade e o magnetismo (e tambm a luz) foram definivamente unidos por James Clerk Maxwell, em particular na obra "On Physical Lines of Force", entre 1861 e 1862.21Embora o rpido progresso cientfico sobre a eletricidade remonte a sculos anteriores e ao incio do sculo XIX, foi nas dcadas vindouras do sculo XIX que deram-se os maiores progresso na engenharia eltrica. Atravs dos estudos de Nikola Tesla, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Thomas Edison, Ott Blthy, nyos Jedlik, Sir Charles Parsons, Joseph Swan, George Westinghouse, Werner von Siemens, Alexander Graham Bell e Lord Kelvin, a eletricidade transformou-se de uma curiosidade cientfica a uma ferramenta essencial para a vida moderna, ou seja, transformou-se na fora motriz da Segunda Revoluo Industrial.22Descargas eltricas e raios catdicos

Tubo de raios catdicos usado por Thomson na determinao da razo carga-massa do eltron.

Durante a descoberta da eletricidade um enigma ainda pairava sobre tipos de radiao existentes, uma delas chamada de radiao de raios catdicos , emitida por superfcies metlicas quando uma voltagem aplicada entre o ctodo e o nodo.23Havia duas correntes de pensamento acerca da natureza dos raios catdicos: uma delas acreditava que se tratava de partculas; a outra acreditava que fossem um fenmeno ondulatrio que dependia do meio. A interferncia ondulatria era apoiada pela observao de que os raios catdicos podiam atravessar folhas de metal sem serem defletidos. O conflito sobre a dualidade onda-partcula, como veremos, vai reaparecer mais tarde, em outro contexto.

Em 1885, J. H. Geissler (1815-1879) inventou uma bomba que permitia extrair o ar de um tubo de vidro at uma presso da ordem de vez a presso atmosfrica. Essa bomba foi usada entre 1858 e 1859 numa srie de experimentos para estudar a conduo de eletricidade em gases a presses muito baixas. Esses experimentos foram feitos por J. Plucker (1801-1868). No seu arranjo experimental, duas placas de metal dentro de um tubo de gs eram conectadas atravs de fios a uma fonte de alta tenso. No entanto, esse vcuo" no era perfeito, e os cientistas foram levados a hipteses errneas sobre a natureza dos raios catdicos, como mais tarde se aprendeu tratar-se de efeitos do gs residual dentro do tubo.

nesse ponto que J. J. Thomson entra na histria. O ingrediente fundamental que lhe permitiu a descoberta da natureza dos raios catdicos os eltrons - foi o desenvolvimento de bombas a vcuo 10 vezes mais eficientes do que as anteriores .23Conceitos

Carga eltrica

Ver artigo principal: Carga eltricaA carga eltrica a propriedade dos entes fsicos fundamentais, certamente das partculas subatmicas, que d origem e interage via foras eletromagnticas, uma das quatro foras fundamentais na natureza. A carga na matria extensa origina-se no tomo, sendo os portadores de carga mais conhecidos o eltron e o prton. A carga eltrica obedece a uma lei de conservao, o que significa dizer que a quantidade lquida total de carga no interior de um sistema isolado sempre permanece constante, sendo a carga total essencialmente independente de qualquer mudana que ocorra no interior do sistema.24No interior do sistema, carga pode ser transferida entre corpos, quer pelo contato direto, quer passando atravs de um material condutor como um fio, ou mesmo atravs de portadores de carga movendo-se livremente no vcuo.25A expresso tradicional "eletricidade esttica" se refere presena de carga, ou melhor, de um desequilbrio de cargas em um corpo, o que geralmente causado quando se tem materiais quimicamente diferentes esfregados entre si, o que leva transferncia de cargas de um para o outro.

Uma pequena quantidade de carga eltrica em um eletroscpio de folhas capaz de provocar notria repulso das folhas do eletroscpio.

A presena de carga d origem fora eletromagntica: cargas exercem fora uma sobre a outra, efeito certamente conhecido, embora no compreendido, j na antiguidade.26Uma pequena esfera condutora suspensa por um fio isolante pode ser carregada atravs do toque de um basto de vidro previamente carregado devido ao atrito com um tecido de algodo. Se um pndulo similar carregado pelo mesmo basto de vidro, encontra-se que este ir repelir aquele: as cargas agem de forma a separar os pndulos. Dois pndulos carregados via basto de borracha tambm repelir-se-o mutuamente. Entretanto, se um pndulo for carregado via basto de vidro, e o outro for carregado via basto de borracha, os pndulos, quando aproximados, atrair-se-o mutuamente. Esse fenmeno foi investigado no sculo XVIII por Charles-Augustin de Coulomb, que deduziu que as cargas apresentam-se em duas formas distintas. Suas descobertas levam ao bem conhecido axioma: objetos carregados com cargas similares se repelem, objetos carregados com cargas opostas se atraem.

A fora atua sobre as cargas propriamente ditas, do qual segue que as cargas tm a tendncia de se distribuir de forma a mais uniforme ou conveniente possvel sobre superfcies condutoras. A magnitude da fora eletrosttica, quer atrativa quer repulsiva, dada pela Lei de Coulomb, que a relaciona ao produto das cargas e retrata a relao inversa empiricamente observada dessa com o quadrado da distncia que separa as cargas. A fora eletromagntica muito forte, sendo subjugada apenas pela fora de interao forte (fora nuclear); contudo, ao contrrio desta ltima, que atua entre partculas separadas por no mais que alguns angstroms (1 angstrom = 1 x 10 10m), a fora eletromagntica uma fora de longo alcance, ou seja, uma fora que atual a qualquer distncia, embora o faa certamente de forma muito mais fraca quanto maior for a separao. Em comparao com a muito mais fraca fora gravitacional, a fora eletromagntica que repele dois eltrons prximos mostra-se 10+42 vezes maior do que a fora de atrao gravitacional que um exerce sobre o outro mantida a mesma separao.

As cargas do prton e do eltron so opostas em sinal, implicando que uma quantidade de carga pode ser ou positiva ou negativa. Por conveno e por razes histricas, a carga associada a um eltron considerada a negativa, e a carga associada a um prton, positiva, um costume que originou-se com os trabalhos de Benjamin Franklin.27 A quantidade de carga usualmente representada pelo smbolo Q e expressa em coulombs; cada eltron transportando a mesma carga fundamental cujo valor aproximadamente -1,6022x1019 coulomb. O prton tem carga igual em mdulo contudo oposta em sinal, +1,6022x1019 coulomb. No apenas partculas de matria possuem carga mas tambm as partculas de antimatria, cada partcula carregando uma carga de igual valor mas de sinal oposto ao da carga da sua correspondente antipartcula.28Cargas eltricas podem ser medidas de diferentes formas, um dos mais antigos instrumentos sendo o eletroscpio de folhas, que embora ainda em uso em demonstraes escolares, j h muito foi substitudo pelo eletrmetros (coulombmetros) eletrnicos.

Campo eltrico

Ver artigo principal: Campo eltricoO conceito de campo foi introduzido por Michael Faraday ainda no sculo XIX, contudo sua adoo inicialmente como ferramenta matemtica para o tratamento dos problemas correlatos tornou-se to frutfera que hoje praticamente impossvel conceber-se um tratamento mais aprofundado em eletricidade, magnetismo ou eletromagnetismo sem que se lance mo do mesmo. As equaes de Maxwell so todas escritas em funo dos campos eltricos e magnticos. Em termos do campo aqui pertinente, o campo eletrosttico, sabe-se que toda carga eltrica cria no espao que a contm um campo eltrico, e qualquer carga eltrica imersa em um campo que no o campo por ela mesmo criado encontrar-se- solicitada por uma fora eltrica em virtude do mesmo. O campo eltrico age entre dois corpos carregados de uma maneira similar ao do campo gravitacional entre duas massas, e assim como este, estende-se at o infinito, exibindo contudo uma relao com o inverso do quadrado da distncia, de forma que, se a distncia aumentar, muito menor ser seu efeito; e associado, muito menor ser tambm a interao entre as cargas envolvidas. Embora as semelhanas sejam significativas, h entretanto uma importante diferena entre os campos eletrostticos e os gravitacionais: a gravidade sempre implica atrao entre as massas, contudo a interao entre um campo e a carga pode expressar atrao ou repulso entre as cargas eltricas. Como os grandes corpos massivos no universo, a exemplo os planetas ou estrelas, quase sempre no tm carga eltrica, os campos eltricos a estes devidos valem zero, de forma que a fora gravitacional de longe a fora dominante ao considerarem-se dimenses astronmicas, mesmo sendo esta muito mais fraca do que a fora eltrica. Os movimentos dos corpos celestes so devidos essencialmente gravidade que geram e que neles agem.

As linhas do campo emanando de uma carga eltrica positiva sobre um plano condutor

O campo eletrosttico geralmente varia no espao, e o seu mdulo em um dado ponto definido como a fora por unidade de carga eltrica (newtons por coulomb) que seria experimentada por uma carga eltrica puntual de valor negligencivel quando colocada no referido ponto.29 Esta carga eltrica hipottica, nomeada carga de prova, deve ser feita extremamente pequena a fim de se prevenir que o campo eltrico por ela criado venha a perturbar a distribuio de cargas responsvel pelo campo o qual deseja-se determinar, e deve ser feita estacionria a fim de se prevenir eventuais influncias de campos magnticos uma vez que esses ltimos atuam apenas sobre cargas eltricas em movimento. A definio de campo eltrico faz-se de forma dependente do conceito de fora, essa uma grandeza vetorial. Tem-se pois, em acordo com a definio, que o campo eltrico configura-se como um campo vetorial, tendo o vetor campo eltrico associado a cada ponto em particular uma direo e uma mdulo (valor) caractersticos tambm particulares.

O estudo das cargas eltricas estacionrias e dos campos eltricos criados por essas denominado eletrosttica. A mais usual representao e um campo vetorial a representao por linhas. Uma representao direta seria a representao do campo de vetores, onde desenham-se os respectivos vetores campo eltrico em um nmero suficientemente grande de pontos do espaos a ponto de tornar o diagrama representativo o necessrio contudo no confuso. A representao por linhas emerge naturalmente desse ltimo ao observar-se que os vetores dispem-se no diagrama vetorial no caso de problemas fsicos notoriamente de forma a sugestionar um padro de linhas contnuas. Verificou-se que esse padro de linhas sugerido poderia ser utilizado para representar um campo vetorial to bem como o padro por vetores, com a vantagem de ser de representao mais ntida e fcil. Nesse padro, as linhas so usualmente, no caso eltrico ou gravitacional, denominadas "linhas de fora". A nomenclatura no contudo a mais adequada ao caso da representao por linhas do campo magntico. Na representao por linhas verifica-se que duas linhas nunca se cruzam; que o vetor campo em um dado ponto tangente linha que passa pelo respectivo ponto; que as linhas so orientadas de forma condizente com os vetores; que o mdulo de um vetor proporcional densidade espacial de linhas em sua vizinhana imediata. Quando propostos, os campos no apresentavam existncia real, esse permeando todos os pontos do espao mesmo os pontos entre linhas em qualquer representao por linhas. Os campos eltricos que emanam das cargas eltricas estacionrias tm as seguintes propriedades: as linhas de campo iniciam-se em cargas positivas e terminam em cargas negativas; as linhas de campo eletrosttico deve encontrar as superfcies de quaisquer bons condutores eltricos em ngulo reto; e obviamente, elas nunca devem se cruzar.30Um condutor oco carrega todas as suas cargas em sua superfcie. O campo por elas determinado zero em todos os pontos internos ao corpo.31 Esse o princpio de funcionamento da gaiola de Faraday; uma blindagem condutora isola todos o seu interior de efeitos eletrostticos externos.

Os princpios da eletrosttica mostram-se importantes em projetos de equipamentos para trabalho sobre alta tenso eltrica. H um valor finito de campo eltrico admissvel para cada meio diferente. Alm desse limite, ocorre uma rutura dieltrica acompanhada de arco eltrico entre as partes carregadas envolvidas. A exemplo, para o ar confinado entre pequenas frestas campos eltricos superiores a 30 quilovolts por centmetro levam rutura dieltrica. Para grandes espaamentos a tenso de rutura um pouco menor, da ordem de 1kV por centmetro.32 A forma mais natural de se visualizar tal situao observar os raios, usualmente provocados por tenses eltricas to grandes quanto 100 megavolts, implicando dissipaes de energias usualmente da ordem de 250 kWh.33A intensidade do campo eltrico consideravelmente afetada nas proximidades de objetos condutores, sendo particularmente intenso nas proximidades de extremidades pontiagudas. Esse princpio explorado nos para-raios, onde as pontas em sua extremidade elevada atuam de forma a encorajar os raios a atingi-los em detrimento das estruturas abaixo.34Potencial eltrico

Ver artigo principal: potencial eltrico

Um par de pilhas de AA. O sinal + indica a polaridade da diferena de potencial entre os terminais da bateria.

O conceito de potencial eltrico encontra-se intimamente relacionado com o conceito de campo eltrico. Uma pequena carga, quando imersa em um campo eltrico criado por objetos carregados ao seu redor, fica solicitada por uma fora eltrica, e mov-la de um ponto a outro no interior implica trabalho. O potencial de um ponto definido como a energia necessria por unidade de carga eltrica para mov-la lentamente e velocidade constante de um ponto infinitamente distante - onde o campo efetivamente nulo - at o ponto em questo. O potencial usualmente medido em volts, e 1 volt corresponde ao potencial de um ponto para o qual necessita-se de um trabalho de um joule para nele posicionar-se uma carga de 1 coulomb oriunda do infinito. Essa definio de potencial, embora formal, apresenta muito poucas aplicaes prticas, e um conceito muito mais til o conceito de diferena de potencial eltrico, que especifica a energia necessria para mover-se a unidade de carga entre dois pontos em especfico. O campo eletrosttico exibe todas as propriedades de um campo conservativo, o que implica em essncia dizer que a trajetria a ser seguida pela carga no seu movimento irrelevante: os diversos trajetos que levam a carga de um ponto a outro especificados implicam ao fim o mesmo trabalho eltrico, e um nico valor para a diferena de potencial entre os dois pontos pode ser especificado. O volt encontra-se to correlacionado medida e descrio da diferena de potencial entre dois pontos que o termo deu origem expresso "voltagem", uma expresso que, embora muito desencorajada, encontra amplo uso no dia-a-dia como sinnimo para diferena de potencial.

Para fins prticos mostra-se til definir um ponto de referncia comum a partir do qual as diferenas de potencial so expressas e comparadas. Embora o ponto de referncia possa ser escolhido no infinito, uma referncia muito mais til fornecida pelo planeta propriamente dito, que dadas as propriedades fsico-qumicas e anatmicas, possui para todos os efeitos o mesmo potencial ao longo de toda a sua superfcie. Pontos de referncia diretamente conectados terra no apresentam diferena de potencial entre si e recebem naturalmente o nome de "terra" ou "massa". O "terra" eltrico utopicamente assumido ser uma fonte inesgotvel de cargas positivas ou negativas, podendo fornec-las ou absorv-las conforme o requisitado pelo experimento sem contudo tornar-se eletricamente carregado. Um ponto de terra ideal encontra-se pois sempre eletricamente neutro. O planeta terra constitui contudo excelente aproximao definio utpica. Em redes alternadas encontra-se uma nomenclatura similar, o fio "neutro", que embora geralmente aterrado, constitui-se em princpio como um fio distinto do fio de terra.

O potencial eltrico uma grandeza escalar, ou seja, uma grandeza que fica completamente especificada ao estabelecer-se a sua magnitude com a devida unidade, no requerendo para tal a especificao de direo ou sentido. Uma analogia geralmente feita altura: assim como um objeto move-se entre pontos com diferentes alturas devido ao campo gravitacional, uma carga eltrica move-se entre pontos com diferentes potenciais devido ao campo eltrico. Assim como os mapas de relevo exibem linhas de contorno marcando os pontos mesma altura, um conjunto de linhas (conhecidas como equipotenciais) marcando os pontos com os mesmos potenciais podem ser desenhadas ao redor de um objeto eletricamente carregado. As linhas equipotenciais cruzam com as linhas de campo eltrico sempre de maneira a determinarem ngulos retos. As linhas equipotenciais devem sempre mostrar-se paralelas s superfcies condutoras. Se assim no o fizessem, haveria movimento de cargas no condutor at um equilbrio de potenciais (o equilbrio eletrosttico) ser atingido ao longo de toda a superfcie condutora.

O campo eltrico foi definido inicialmente como a fora eltrica exercida sobre cada unidade de carga, mas o conceito de potencial permite uma definio equivalente contudo muito mais prtica: o campo eltrico corresponde ao negativo do gradiente do potencial eltrico. Nesse caso, de forma equivalente, usualmente expresso em volts por metro, a direo do vetor campo eltrico em um ponto corresponde direo que leva ao mais rpido aumento no potencial eltrico, em sentido que leva contudo s regies onde as linhas de campo, e as equipotenciais, encontram-se menos densas. As linhas de campo orientam-se de pontos de maior potencial para pontos de menor potencial. Em termos matemticos:

onde representa o campo de potenciais eltricos(campo escalar) e o campo eltrico (um campo vetorial). O smbolo , denominado nabla, representa o operador gradiente.Potncia eltrica

Ver artigo principal: Potncia eltricaA potncia eltrica uma grandeza fsica que busca mensurar a quantidade de energia que est sendo convertida para a forma eltrica ou da eltrica em outras formas a cada unidade de tempo considerada. No se deve confundir potncia eltrica com potencial ou mesmo diferena de potencial eltricos, sendo essas grandezas grandezas completamente distintas por definio. Ao passo que o potencial e a diferena de potencial eltricos so medidos em volts (V), a potncia eltrica medida em watts (W). Uma potncia de 1 watt corresponde converso de 1 joule de energia a cada segundo.

Em componentes lineares a potncia instantnea P(t) pode ser calculada como o produto da diferena de potencial eltrico ou tenso eltrica V(t) encontrado entre seus terminais e a corrente eltrica I(t) que atravessa o mesmo no instante considerado.

Para circuitos onde h tenses e correntes constantes a potncia mdia iguala-se potencia instantnea em qualquer tempo, e tem-se simplesmente que:

Em circuitos de corrente alternada, contudo, embora as mdias da tenso e corrente eltricas sejam sempre nulas, a potncia mdia ao longo de um ciclo pode ou no s-lo, dependendo essa da natureza dos componentes presentes no circuito. Em capacitores e indutores ideais, a potncia mdia nula, contudo em componentes como os resistores, a potncia mdia no o , mesmo o sendo a tenso e corrente mdias sobre o mesmo. Um clculo integral deve ser feito em cada situao a fim de determinar-se o que denomina-se por tenso eltrica eficaz e corrente eficaz (e no mdias) em cada caso bem como suas respectivas fases, para que, posteriormente, determine-se a potncia efetiva dissipada pelo dispositivo sob as respectivas tenso e corrente alternadas. Embora fuja ao escopo desse artigo tratar os pormenores da anlise desses circuitos, de forma geral, para circuitos de corrente alternada:

A exemplo, a tenso eltrica eficaz tpica de redes eltricas no Brasil, conforme disponibilizada nas casas dos usurios, de 127 volts na maioria dos estados. Alguns estados e o Distrito Federal usam 220 volts. Uma lmpada incandescente de mercado tpica opera sob uma corrente calculvel de aproximadamente 0,47 ampres quando submetida a essa tenso, de forma que a potncia da lmpada , em acordo com a relao acima:

Na lmpada vm usualmente grafados no os valores da tenso e corrente, e sim os valores da diferena de potencial (tenso) e da potncia, no caso, respectivamente 127V versus 60W (na lmpada encontra-se a notao 127V x 60W); indicando que, quando submetida a uma tenso de 127 volts especificada, a lmpada opera de forma a converter 60 joules de energia eltrica a cada segundo em outras formas de energia, ou seja, com uma potncia de 60 watts. Nessas condies a lmpada opera sob a corrente citada - facilmente calculvel via relao apresentada - de 0,47A.

Vale ressaltar que a potncia eltrica especifica quanta energia eltrica estar sendo convertida para outras formas a cada perodo de tempo, e no quanta energia eltrica est sendo convertida para a forma til desejada a cada perodo. Nas lmpadas incandescentes citada, por exemplo, dos 60 joules de energia eltrica convertidos a cada segundo, apenas uma pequena parcela dessa energia acaba efetivamente na forma de interesse, na forma de energia luminosa na faixa do visvel no caso. Em lmpadas fluorescentes o desperdcio consideravelmente menor, sendo bem maior a parcela da energia eltrica convertida que acaba na forma luminosa desejvel. O rendimento bem maior das lmpadas fluorescentes se comparadas s incandescentes mais que suficiente para justificar o seu uso preferencial em detrimento dessas ltimas: uma lmpada fluorescente substituta tpica, cuja potncia de meros 13 watts, plenamente capaz de prover uma iluminao plenamente equivalente da lmpada incandescente de 60 watts citada, a exemplo.

Circuito eltrico

Ver artigo principal: Circuito eltrico

Um circuito eltrico bsico. O gerador de tenso V na direo esquerda de um Circuito eltrico I em torno do circuito, na entrega de energia eltrica dentro do resistor R. Para o resistor,a corrente volta para o gerador,completando o circuito.

Um circuito eltrico uma interconexo de componentes eltricos de tal forma que a carga eltrica feita fluir ao longo de um caminho fechado (um circuito), geralmente com o objetivo de transferir-se energia e executar alguma tarefa til.

H componentes eltricos os mais variados, encontrando-se em um circuito eltrico no raro peas como resistores, capacitores, indutores, transformadores e interruptores. Os circuitos eletrnicos usualmente contm componentes ativos, geralmente semicondutores, os quais caracterizam-se pelo funcionamento no-linear e demandam anlise mais avanada. Os componentes eltricos mais simples so chamados passivos ou lineares: embora possam armazenar temporariamente energia, eles no constituem fontes da mesma, e apresentam respostas lineares aos estmulos eltricos aos quais so aplicados.35O resistor o componente mais simples entre os passivos: como o nome sugere, o resistor limita a corrente que pode fluir atravs do circuito. Transforma toda a energia eltrica que recebe em energia trmica, essa transferida ao ambiente que o cerca via calor. Ao passo que o nome resistor designa geralmente o componente em si, a resistncia eltrica uma propriedade dos resistores que busca mensurar o efeito resistivo. Mostra-se diretamente relacionada oposio e forma como os portadores de carga eltrica se movem no interior de um condutor ou semicondutor: nos metais, por exemplo, a resistncia principalmente atribuda s colises entre os eltrons e os ons. Impurezas e imperfeies na estrutura contribuem em muito para o aumento da resistncia a ponto de justificar o processo de purificao pelo qual os metais so submetidos antes da confeco de estruturas condutoras como os fios ou barramentos eltricos.

A Lei de Ohm uma lei bsica da teoria do circuito. Estabelece que a corrente que se far presente em um resistor diretamente proporcional diferena de potencial entre os terminais do mesmo. A resistncia de muitas estruturas materiais relativamente constante em uma faixa de temperaturas e correntes; sendo em tais condies denominados 'hmicos'. A unidade de resistncia eltrica, o ohm, assim nomeada em honra a Georg Ohm, simbolizada pela letra grega . 1 a resistncia de um resistor que desenvolve entre seus terminais uma diferena de potencial de um volt quando submetido a uma corrente de um ampre (ou vice-versa).35O capacitor um dispositivo capaz de armazenar carga eltrica bem como energia eltrica no campo eltrico resultante. Conceitualmente, ele composto por duas placas condutoras paralelas separadas por uma fina camada isolante. Na prtica, so compostos por duas lminas finas de metal separadas por uma lmina de material isolante, todas enroladas juntas de forma a aumentar a rea de superfcie por unidade de volume e, portanto, a capacitncia. A unidade de capacitncia , em homenagem a Michael Faraday, o farad, e unidade dada o smbolo "F": um farad a capacitncia de um capacitor que desenvolve em seus terminais uma diferena de potencial de um volt quando nele encontra-se armazenada uma carga eltrica de um coulomb (ou vice-versa). A capacitncia de um capacitor determinada atravs da razo entre a carga que esse armazena e a tenso eltrica em seus terminais, do que decorre a igualdade: 1F = 1C/1V. Um capacitor ligado a uma fonte de tenso constante permite inicialmente a presena de uma corrente intensa durante o processo inicial de acmulo de carga; essa corrente entretanto decai gradualmente medida que o capacitor acumula carga e a tenso eltrica em seus terminais aumenta, e eventualmente anula-se aps o tempo necessrio carga completa do capacitor, situao onde a tenso em seus terminais iguala-se da fonte. Um capacitor, portanto, no permite em tais situaes a existncia de correntes estacionrias (correntes contantes); ao contrrio, as probe.35O indutor um condutor, geralmente uma bobina ou enrolamento de fio encapado, que armazena energia no campo magntica que surge em resposta corrente que faz-se fluir atravs dele. Quando a corrente altera-se o campo magntico tambm altera-se, e h nesse momento, em consequncia da lei da induo de Faraday, a induo de uma tenso eltrica entre os terminais do indutor. Verifica-se que a tenso induzida proporcional taxa de variao da corrente, sendo tanto maior quanto mais rpido se der a mudana na corrente. A constante de proporcionalidade a chamada indutncia do indutor. A unidade de indutncia henry, assim nomeada em homenagem a Joseph Henry, um contemporneo de Faraday. Um henry a indutncia de um indutor que desenvolve uma diferena de potencial de um volt entre seus terminais quando a corrente entre os mesmos varia taxa de um ampre por segundo.35 O comportamento eltrico do indutor em vrios aspectos inverso ao do capacitor: ao passo que os capacitores opem-se s mudanas repentinas na tenso entre seus terminais mas em nada limitam as correntes neles, os indutores opem-se s mudanas repentinas na corrente, mas em nada limitam as tenses entre seus terminais.

Dadas as caractersticas complementares, a unio de um capacitor e de um indutor produz um circuito eltrico ressonante, o conhecido circuito LC, no qual observa-se a troca constante de energia entre o indutor e o capacitor e vice-versa. A tenso e a corrente no circuito alteram-se continuamente em um padro senoidal cujo perodo depende dos valores da capacitncia e da indutncia dos componentes envolvidos. O acrscimo de uma parcela resistiva leva ao tambm bem estudado circuito RLC, no qual oscilaes amortecidas so observadas.

Condutores e isolantes eltricos

Ver artigo principal: Corrente eltricaConforme antes definido, chama-se corrente eltrica o fluxo ordenado de eltrons em uma determinada seo. A corrente contnua tem um fluxo constante, enquanto a corrente alternada tem um fluxo de mdia zero, ainda que no tenha valor nulo todo o tempo. Esta definio de corrente alternada implica que o fluxo de eltrons muda de direo continuamente.

O fluxo de cargas eltricas pode gerar-se no vcuo ou em meio material adequado, caso no qual o material ento caracterizado como um condutor eltrico, mas no existe ou mostra-se completamente desprezvel nos materiais ditos isolantes. Em um fio, h a presena dos dois tipos de materiais: a capa do fio encerra em seu interior, visto ser os metais por definio bons condutores de eletricidade, tipicamente um metal dctil, a exemplo o cobre ou o alumnio, ao passo que a capa em si, dadas as funes prticas inerentes esperadas, feita de material pertencente classe dos bons isolantes eltricos.

Sobre materiais isolantes h de se ressalvar que na prtica no h isolante eltrico perfeito. Os materiais isolantes so aqueles cujas estruturas qumicas implicam todos os portadores de carga fortemente presos em suas posies, de forma que portadores de carga no podem mover-se livremente atravs das estruturas desses materiais. So tipicamente compostos covalentes, onde os eltrons encontram-se fortemente ligados aos respectivos orbitais de ligao ou aos orbitais mais internos aos tomos da molcula, ou ainda slidos inicos, onde algo similar ocorre, no se encontrando, contudo, orbitais ligantes nesse caso. Embora quando sujeitos a um campo eltrico moderado a localidade dos portadores de carga na estrutura material isolante se preserve, sob intensos campos eltricos as foras associadas podem ser suficientes para superar as foras que mantm os eltrons ligados aos ncleos ou molculas, caso no qual h uma ruptura sbita na capacidade isolante do material. Este ioniza-se e, em um processo quase instantneo, deixa de ser isolante, tornando-se um bom condutor eltrico mesmo que por um curto intervalo de tempo. O campo eltrico limite acima do qual o material isolante torna-se condutor conhecido como rigidez dieltrica do material.

A origem dos raios durante tempestades fundamenta-se basicamente no princpio citado. As nuvens acumulam cargas eltricas at que a rigidez dieltrica do ar mido seja atingida. No momento em que o material se torna condutor, as cargas fluem em um processo de avalanche entre o solo e a nuvem, ou entre nuvens, dando ento origem ao efeito visual e sonoro caractersticos do fenmeno.

A eletricidade e o mundo natural

Efeitos fisiolgicos

Ver artigo principal: Choque eltricoA aplicao de uma tenso eltrica ao corpo humano leva a uma corrente eltrica atravs dos tecidos, e embora a relao entre ambas as grandezas no seja linear, quanto maior a tenso, maior a corrente. Embora o limiar de percepo mostre-se significativamente dependente da frequncia da fonte eltrica e do caminho da corrente atravs do corpo, sob certas condies uma corrente to baixa quanto a de alguns microamperes j mostra-se perceptvel atravs do efeito eletrovibratrio que provoca. Se a corrente for suficientemente alta, ela poder facilmente induzir a contrao muscular, a fibrilao do corao e queimaduras significativas nos tecidos. A ausncia de qualquer sinal visvel de que um condutor encontra-se eletricamente energizado torna a eletricidade particularmente perigosa. A dor causada por um choque eltrico pode ser intensa, levando-a a ser empregada vrias vezes como mtodo de tortura. morte causada por choque eltrico d-se o nome de eletrocusso. Embora venha tornando-se cada vez mais rara em dias recentes, a eletrocusso ainda uma forma de execuo penal empregada em vrias jurisdies ao redor do mundo.

Ver tambm

Carga eltrica Tenso eltrica Corrente eltrica Energia eltrica Potncia eltrica Circuito eltrico Leis de Kirchoff Lei de Ampre Energia potencial eltrica Energia elica Energia nuclear Hidroeltrica Distribuio de energia eltrica Eletrosttica Eletrnica Eletromagnetismo MagnetismoReferncias

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Instalao eltrica

Origem: Wikipdia, a enciclopdia livre.

Um quadro de distribuio de energia eltrica.

Na engenharia eltrica, a instalao eltrica a matria que lida com a transferncia da energia eltrica proveniente de uma fonte geradora de energia (como um gerador ou uma usina hidreltrica), sua transformao e seus pontos de utilizao (como a tomada, um interruptor ou a lmpada fluorescente).1A instalao eltrica envolve as etapas do projeto e da implementao fsica das ligaes eltricas, que garantiro o fornecimento de energia em determinado local.1