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Como funciona a eletricidade Como funciona a eletricidade
Como funciona a eletricidade? Neste artigo, vamos aprender o conceito básico de como funciona a eletricidade de acordo com a teoria clássica. Vamos falar de átomos, electrões, protões, neutrões e, em seguida, passar para a diferença entre condutores e isoladores, fios e cabos, circuitos, volts e tensão, correntes e amperes, resistências, resistência e ohms, indução e indutores, transformadores, condensadoresEstas são as noções básicas para compreender o funcionamento da eletricidade antes de avançar para áreas mais avançadas da engenharia eléctrica e eletrónica. Desloque-se até ao fim para ver o tutorial em vídeo sobre este assunto
O átomo
Átomo, neutrões, protão e núcleo Tudo é feito de átomos, incluindo tu! Diferentes materiais têm diferentes tipos de átomos. No centro de um átomo está o núcleo, que aloja duas partículas conhecidas como neutrão e protão. O neutrão não tem carga eléctrica, mas o protão tem uma carga eléctrica positiva.
À volta do núcleo existem diferentes camadas de conchas orbitais que funcionam como rotas de voo para outro tipo de partícula conhecida como eletrão. Os electrões viajam ao longo destas rotas tal como os satélites orbitam à volta do nosso planeta, exceto que os electrões viajam quase à velocidade da luz.
A carga negativa dos neutrões é atraída pela carga positiva do protão, o que mantém os electrões em órbita. Cada concha orbital pode conter um determinado número de electrões. O número de protões, neutrões e electrões que um átomo tem diz-nos de que material se trata e a combinação é única para cada material.
átomo de electrões livres Os átomos mantêm os seus electrões fortemente ligados, mas alguns materiais mantêm os seus electrões mais fortemente do que outros. A camada orbital mais exterior é conhecida como camada de valência e, nesta camada, alguns materiais têm electrões pouco ligados que podem flutuar para outros átomos.
Condutores e isoladores
condutores e isoladores Os materiais que podem passar electrões são conhecidos como "condutores", o que significa que podem conduzir eletricidade. A maioria dos metais são condutores. Os átomos que não têm electrões livres são conhecidos como isoladores, materiais como o vidro e a borracha são bons exemplos disto.
Podemos combinar condutores e isoladores para utilizar a eletricidade de forma segura, rodeando o condutor com um isolador, o que permite o fluxo de electrões, mas restringe o seu percurso. É assim que funcionam os cabos e os fios.
Fios e cabos
electrões livres sem corrente aplicada Se olharmos para o interior de uma fatia de cabo de cobre, veremos que os electrões livres dos átomos se movem de um átomo para outro, mas isto ocorre aleatoriamente em qualquer direção.
fluxo de corrente eléctrica num circuito Se a fatia de cabo for ligada num circuito fechado a uma fonte de energia, como uma bateria, a tensão forçará os electrões livres a moverem-se, o que fará com que todos eles fluam na mesma direção, para tentarem regressar ao outro terminal da bateria.
Circuitos
circuito elétrico aberto e fechado O termo circuitos refere-se a um percurso que os electrões podem percorrer para chegar entre os dois terminais da fonte de alimentação (Positivo e Negativo).
Quando um circuito está fechado, os electrões podem fluir de um terminal para o outro. Quando um circuito está aberto, existe uma lacuna no circuito, pelo que os electrões não podem fluir.
Podemos colocar componentes eléctricos no caminho dos electrões livres que fluem num circuito, forçando-os a fluir através do componente, o que pode ser utilizado para realizar trabalho, como por exemplo gerar luz.
Volts e tensão
o que é a tensão A tensão é uma força que empurra os electrões num circuito, tal como a pressão num cano de água. Quanto maior for a pressão, mais água pode fluir. Quanto maior for a tensão, mais electrões podem fluir.
o que é um volt joule coulomb Um Volt é um Joule por Coulomb. Um Joule é uma medida de energia ou trabalho. Um Coulomb é um grupo de electrões em fluxo.
Uma pilha de 9V pode fornecer 9 Joules de energia, sob a forma de trabalho ou calor, por cada grupo de electrões que flui de um terminal da pilha para o outro. Neste caso, os electrões de um terminal da pilha, através da lâmpada L.E.D. e depois para o outro terminal da pilha. Portanto, 9 Joules de luz e calor são produzidos pela lâmpada.
Corrente, Amperes e Amperes
o que é uma corrente eléctrica, ampère, ampere A corrente é o fluxo de electrões. Quando um circuito está fechado, pode fluir uma corrente de electrões e quando um circuito está aberto, não pode fluir qualquer corrente. Podemos medir o fluxo de electrões tal como podemos medir o fluxo de água através de um tubo.
Para medir o fluxo de electrões, utilizamos a unidade Amperes ou Amperes para abreviar. 1 Amp significa 1 Coulomb por segundo e um coulomb equivale a 6.242.000.000.000.000.000.000 de electrões por segundo. Este é um número extremamente grande, razão pela qual são agrupados e chamados Amperes.
Resistências e resistência
o que afecta a resistência à corrente num fio de um cabo A resistência é uma restrição ao fluxo de electrões num circuito. Os fios que transportam a corrente terão naturalmente alguma resistência. Quanto mais comprido for o fio, maior será a resistência. Quanto mais grosso for o fio, menor será a resistência. A resistência ao fluxo de electrões é diferente para cada material, a temperatura do material também afectará o nível de resistência.
resistência num circuito de led Os circuitos eléctricos utilizam componentes especialmente concebidos, conhecidos como resistências, para restringir propositadamente o fluxo de electrões, o que é utilizado para proteger outros componentes eléctricos de receberem demasiada corrente e pode também ser utilizado para gerar luz e calor, como numa lâmpada incandescente.
A resistência ocorre quando os electrões colidem com os átomos. O número de colisões varia consoante o material, alguns materiais, como o ferro, têm uma taxa de colisões muito elevada, enquanto outros materiais, como o cobre, têm muito menos colisões.
Quando as colisões ocorrem, os átomos geram calor e, a uma determinada temperatura, o material começa a produzir luz e calor, que é como as lâmpadas incandescentes funcionam.
Indutores e indução
indução eléctrica Quando um fio é enrolado numa bobina, produzirá um campo magnético à medida que a corrente passa por ele. O cabo criaria naturalmente o campo magnético, apenas intensificado pela forma da bobina. Ao enrolar o fio numa bobina, o campo magnético torna-se tão forte que começa a afetar os electrões dentro do fio
Podemos aumentar a intensidade do campo magnético simplesmente enrolando o fio em torno de um núcleo de ferro. Podemos aumentar o número de rotações dentro da bobina e também podemos aumentar a quantidade de corrente que passa através do circuito para produzir campos magnéticos maiores e mais fortes. É assim que os electroímanes funcionam, sendo também a base do funcionamento dos motores de indução. Clique aqui para obter mais informações sobre oprincípio de funcionamento dos motores de indução.
indução magnética Quando um campo magnético passa através de uma bobina de fio, induz uma tensão no fio causada por uma força eletromotriz induzida que empurra os electrões numa determinada direção. Se a bobina estiver ligada a um circuito, isto fará com que flua uma corrente. Esta é a base do funcionamento de um gerador de corrente alternada e a energia disponível nas tomadas de corrente da sua casa foi produzida de forma muito semelhanteforma.
Transformador
como funcionam os transformadores Os transformadores são uma combinação de todos os pontos que abordámos até agora neste artigo. Podemos criar dois circuitos separados e utilizar um transformador para induzir corrente de um circuito para o outro.
Gerando uma corrente alternada num circuito fechado e passando esta corrente através de uma bobina, que está próxima de outra bobina num circuito fechado separado, podemos criar um transformador e induzir uma corrente do primeiro circuito (primário) para o segundo circuito.
Os transformadores podem ser utilizados para aumentar ou diminuir a tensão entre os circuitos primário e secundário, simplesmente alterando o número de bobinas de cada lado.
Condensadores
como funcionam os condensadores Os condensadores forçam a separação de cargas positivas e negativas através de duas placas, quando estão ligados a uma fonte de alimentação. Isto provoca uma acumulação de electrões armazenados num campo elétrico. Quando uma fonte de alimentação é cortada ou interrompida, estas cargas serão então libertadas, onde se encontrarão e fluirão novamente.As cargas separadas voltaram a encontrar-se, o que é ligeiramente semelhante a uma bateria, exceto que não consegue manter uma fonte de alimentação durante tanto tempo.
Os condensadores são muito comuns e podem ser encontrados em praticamente todos os circuitos eléctricos.
Alimentação AC e DC
AC vs DC corrente alternada e corrente contínua Existem dois tipos de energia em utilização: a corrente alternada (CA) e a corrente contínua (CC)
A corrente alternada significa simplesmente que a corrente flui para trás e para a frente num circuito, uma vez que os terminais estão constantemente invertidos. É um pouco como a maré do mar, que entra e sai repetidamente. A corrente alternada é o tipo mais comum de energia eléctrica e é o tipo de energia disponível nas tomadas de corrente da sua casa.
A corrente contínua significa simplesmente que a corrente flui diretamente numa só direção, o que é fornecido pelas baterias e pelos painéis fotovoltaicos, etc. É mais frequentemente utilizada em aparelhos eléctricos portáteis.
Podemos fazer a conversão entre CA e CC utilizando inversores. É assim que a energia CA das nossas tomadas de corrente domésticas pode ser utilizada para carregar os nossos telemóveis que utilizam energia CC. Clique aqui para saber como funcionam os inversores
Obrigado por concluir este artigo sobre as noções básicas do funcionamento da eletricidade. Abaixo encontra-se um vídeo tutorial sobre o assunto com mais informações e animações.
