O que é eletricidade? – Noções básicas de circuito

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Introdução

Atualmente, quase todos os sistemas da sociedade moderna usam eletricidade. É usado em qualquer lugar, desde o transporte até a alimentação de nossas casas. Nossa dependência da eletricidade transformou nosso uso em algo que consideramos um dado adquirido. É importante perceber que a eletricidade não foi inventada, mas descobrimos como fazer uso dela. Em sua forma mais pura da natureza, o exemplo mais comum de eletricidade é o de um raio, no entanto, se olharmos mais profundamente, ela existe ao nosso redor. Mesmo dentro do nosso sistema nervoso!

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O que é eletricidade? Na definição mais simples, eletricidade é o fluxo de carga viajando de um potencial maior para um menor. Mas, como veremos mais adiante, não há uma maneira “simples” de definir ou saber o que realmente é a eletricidade.

Origens

Em 1752, Benjamin Franklin conduziu sua pipa infame e experimento chave que provou que raios e faíscas elétricas eram as mesmas coisas. Ele é amplamente considerado a primeira pessoa nos últimos tempos a descobrir eletricidade. No entanto, não foi até 1831, quando Michael Faraday inventou o gerador de dínamo (Faraday Disk) que a eletricidade poderia ser usada comercialmente. A invenção de Faraday permitiu que os humanos criassem uma fonte contínua de eletricidade que contribuísse para seu apelido, O Pai da Eletricidade.

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(O disco Faraday)

Mais tarde, figuras importantes como Nikola Tesla e Thomas Edison desenvolveram aplicativos úteis para a eletricidade. Edison desenvolveu a primeira lâmpada de filamento e o sistema de alimentação de corrente contínua. Tesla é mais conhecida pela criação do sistema de transmissão / distribuição polifásica da atualidade.

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Cargas e força eletrostática

Como afirmado anteriormente, a definição mais simples de eletricidade é o fluxo de carga. Mas o que é cobrar? A carga é simbolizada por q e é considerada propriedade física da unidade de matéria que expressa a diferença entre o número de prótons e elétrons em uma partícula, experimentando uma força quando colocada em um campo eletromagnético. As cargas podem ser positivas ou negativas, dependendo do equilíbrio entre prótons (+ e) e elétrons (-e).

A carga é medida em Coulombs (C) e um elétron possui 1,602 × 10-19 C de carga, o que significa que um coulomb de carga contém 6,24 x 1018 elétrons. O Coulomb recebeu o nome do físico francês Charles-Augustin de Coulomb, que descobriu o que hoje é conhecido como Lei de Coulomb, que descreve a força eletrostática da atração e repulsão.

O que é eletricidade - como cargas repelem, cargas opostas atraem

As cargas opostas atraem (por exemplo, -q1 e + q2) enquanto as cobranças iguais são repelidas (por exemplo, + q1 e + q2 ou -q1 e -q2) Isso é conhecido como eletrostático força (as forças atrativas / repulsivas entre dois objetos carregados). A força entre essas partículas pode ser calculada com:

Resultado de imagem para lei coulombs

Onde q1 eq2 são as respectivas cargas, F é a força entre as cargas, r é a distância entre os carregadores ek (constante da lei de Coulomb) = 9,0 x 109 N • m2 / C2.

Elétrons

Sabemos que a eletricidade é o fluxo de carga e que os elétrons contêm uma carga negativa de 1,602 × 10-19 C. Mas o que é um elétron?

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Um elétron é uma partícula subatômica com carga negativa que pode ser encontrada orbitando o núcleo de um átomo. O núcleo é tipicamente composto de nêutrons e prótons. Os nêutrons mantêm uma carga neutra, enquanto os prótons mantêm uma carga positiva.

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Neste diagrama de um átomo, as partículas pretas representam elétrons, as partículas azuis representam nêutrons e as partículas vermelhas representam prótons. É importante notar que este diagrama não está em escala e é simplesmente usado para entender, em vez de pintar uma imagem da realidade. Comparado a um nêutron ou próton (RAM = 1), a massa atômica relativa de um elétron é 1/1840.

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Um átomo estável normalmente terá o mesmo número de elétrons que os prótons, pois a carga total seria neutra. No entanto, o que esses elétrons em órbita têm a ver com eletricidade?

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Acima está o modelo atômico de Bohr do elemento Alumínio. Isso é indicado pelos 13 prótons no núcleo, pois o número de prótons em um átomo indica o elemento correspondente (de acordo com a tabela periódica). No entanto, o que este diagrama realmente ilustra é a disposição dos elétrons nas conchas que circundam o núcleo. Os elétrons na camada mais externa são conhecidos como “elétrons de valência”, que podem deixar o átomo com energia suficiente para se tornarem livres. São esses elétrons livres que se movem e criam eletricidade.

Campos

Um campo elétrico é criado por / envolve uma partícula carregada enquanto exerce uma força de outras partículas carregadas. É definida como a força elétrica por unidade de carga. Os campos elétricos são importantes, pois são responsáveis ​​pelo fluxo de cargas, ou seja, pela eletricidade.

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Uma carga negativa possui um campo elétrico interno, enquanto uma carga positiva possui um campo elétrico externo. Essa direção é considerada a direção da força que essas cargas exercem com uma carga positiva. Uma carga negativa atrairia uma carga positiva, enquanto uma carga positiva repeliria uma carga semelhante. Como resultado, esses campos são responsáveis ​​pela força que impulsiona as cargas a se moverem, que é a eletricidade.

A campo eletromagnetico é um campo produzido por taxas móveis. Esses campos são geralmente vistos como a combinação de campos elétricos e magnéticos. Onde os campos elétricos são criados por cargas estacionárias, enquanto os campos magnéticos são criados pela movimentação de cargas / corrente. O que é tão importante sobre esses campos EM? O campo EM existe à nossa volta e diferentes configurações desse campo nos fornecem o espectro EM. Isso inclui tudo, desde ondas de rádio a raios gama (incluindo luz visível!).

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Energia potencial elétrica

Energia potencial elétrica é definida como a energia necessária para montar um sistema de cargas. Em outras palavras, o potencial elétrico de uma carga descreve quanta energia ela armazenou. Isso é semelhante à energia potencial gravitacional e energia cinética. Um objeto estacionário em altura tem muito GPE, mas, se acionado pelo campo gravitacional, o objeto cai, o que converte o GPE em energia cinética. Da mesma forma, com uma carga, uma vez que entra em um campo eletrostático, sua energia potencial elétrica é convertida em energia cinética, permitindo que a partícula trabalhe.

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