Eletrostática

  Quando ligamos um aparelho de televisão, radio ou máquina de calcular,  estamos utilizando eletricidade e, como vimos na postagem passada, a eletricidade é uma forma de energia que está presente em tudo o que existe na natureza.

  Para compreender o que são os fenômenos elétricos e suas aplicações, nesta postagem estudaremos o que é eletricidade estática; o que é tensão, suas unidades de medida e as fontes geradoras de tensão.

  Tipos de eletricidade

  A eletricidade é uma forma de energia que faz parte da constituição da matéria. Existe, portanto em todos os corpos.

  O estudo da eletricidade é organizado em dois campos: a eletrostática e a eletrodinâmica.

  Eletrostática

A eletrostática é a parte da eletricidade que estuda a eletricidade estática, ou seja, a eletricidade produzida por cargas elétricas em repouso em um corpo.

  Na eletricidade estática, estudamos as propriedades e a ação mutua das cargas elétricas em repouso nos corpos eletrizados.

  Um corpo se eletriza negativamente (-) quando ganha elétrons e positivamente (+) quando perde elétrons.

 Entre corpos eletrizados, ocorre o efeito de atração quando as cargas elétricas têm sinais contrários. O efeito da  repulsão acontece quando as cargas elétricas dos corpos eletrizados têm sinais iguais.

  No estado natural, qualquer porção de matéria é eletricamente neutra. Isso significa que, se nenhum agente externo atuar sobre uma determinada porção da matéria, o numero total de prótons e eletróns dos seus átomos será igual.

  Essa condição de equilíbrio elétrico natural da matéria pode ser desfeita, de forma que um corpo deixe de ser neutro e fique carregado eletricamente.

 O processo pelo qual se faz com que um corpo eletricamente neutro fique carregado é chamado eletrização.

 A maneira mais comum de se provocar eletrização é por meio de atrito. Quando se usa um pente, por exemplo, o atrito provoca uma eletrização negativa do pente, isto é, o pente ganha elétrons.

 Ao aproximarmos o pente eletrizado positivamente de pequenos pedaços papel, estes são atraídos momentaneamente pelo pente, comprovando a existência da eletrização.

  

 A eletrização pode ser ainda obtida por outros processos como, por exemplo, por contato ou por indução. E qualquer processo, contudo, obtêm-se corpos carregados eletricamente. 

Átomos e Moléculas

   Molécula nada mais é do que um arranjo de átomos ou um grupo. É a menor partícula em que se pode dividir uma substância de modo que ela mantenha as mesmas características da substância que a originou. Tomemos como exemplo uma gota de água: se ela for dividida continuamente, ela se tornará cada vez menor, até chegarmos à menor partícula que conserva as características da água, ou seja, a molécula de água.

Veja na ilustração a seguir, a representação de uma molécula de água.

  As moléculas se formam porque, na natureza, todos os elementos que compõe a matéria tendem a procurar um equilíbrio elétrico.

Átomo

  Os animais, as plantas, as rochas, as águas dos rios, lagos e oceanos e tudo o que nos cerca é composto de átomos.

   O átomo é a menor partícula em que se pode dividir um elemento que, ainda assim, conserva s propriedades físicas e químicas desse elemento.

  Os átomos são tão pequenos que, se forem colocados 100 milhões deles um ao lado do outro, ou seja, em fila, formarão uma reta de apenas 10 milímetros de comprimento.

   O átomo é formado de numerosas partículas. Todavia vamos estudar somente aquelas que mais interessam para a teoria eletrônica, que são os elétrons.

   Existem átomos de materiais como o cobre, o alumínio, o neônio, o xenônio, por exemplo, que já apresentam o equilíbrio elétrico, não precisando se juntar a outros átomos. Esses átomos são considerados moléculas também. O átomo em equilíbrio elétrico tem seu numero de prótons igual ao número de elétrons.

Constituição do átomo

  O átomo é formado por uma parte central chamada núcleo e uma parte periférica formada pelos elétrons e denominada eletrosfera.

  O núcleo é constituído por dois tipos de partículas: os prótons, com carga positiva, e os nêutrons que são eletricamente neutros.

Veja nesta ilustração a representação esquemática de um átomo.

Os prótons, juntamente com os nêutrons, são os responsáveis pela parte mais pesada do átomo.

  Os elétrons possuem carga negativa. Como os planetas do sistema solar, eles giram em altíssimas velocidades (cerca de 300 000 km\s) formando uma nuvem na eletrosfera ao redor do núcleo, descrevendo trajetórias que se chamam órbitas.

  Na eletrosfera os elétrons estão distribuídos em camadas ou em níveis energéticos. De acordo com o numero de elétrons, ela pode apresentar de 1 a 7 níveis energéticos, denominados K, L, M, N, O, P e Q.

  Os átomos podem ter uma ou várias órbitas, dependendo do seu número de elétrons. Cada órbita contem um número específico de elétrons.

 A distribuição dos elétrons nas diversas camadas obedece a regras definidas. A regra mais importante para a área eletroeletrônica refere-se ao nível energético mais distante do núcleo, ou seja, a camada externa: o número máximo de elétrons nessa camada é de oito elétrons.

 Os elétrons da órbita externa são chamados de elétrons livres, pois tem certa facilidade de se desprenderem de seus átomos. Todas as reações químicas e elétricas acontecem nessa camada externa, chamada de nível ou camada de valência.

  A teoria eletroeletrônica estuda o átomo só no aspecto da sua eletrosfera, ou seja, sua região periférica ou orbital.

Íons

 No seu estado natural, o átomo possui o número de prótons igual ao numero de elétrons. Nessa condição, dizemos que o átomo está em equilíbrio ou eletricamente neutro.

  O átomo está em desequilíbrio quando tem o número de elétrons maior ou menor que o número de prótons. Esse desequilíbrio é causado sempre por forças externas que podem ser magnéticas, térmicas ou químicas.

 O átomo em desequilíbrio é chamado de íon. O íon pode ser negativo ou positivo. Os íons negativos são os ânions e os íons positivos são os cátions.

 Íons negativos, ou seja, ânions são átomos que receberam elétrons.

Íons positivos, ou seja, cátions são átomos que perderam elétrons.

  A transformação de um átomo em íon ocorre devido a forças externas ao próprio átomo. Uma vez cessada a causa externa que originou o íon, a tendência natural do átomo é atingir o equilíbrio elétrico. Para atingir esse equilíbrio, ele cede elétrons que estão em excesso ou recupera os elétrons em falta.

Conservação de energia

    A energia não pode ser criada, nem destruída. Ela nunca desaparece apenas se transformam, ou seja, passa de uma forma de energia para outra.

 Há vários tipos de transformação de energia e vamos citar os mais comuns: transformação de energia química em energia elétrica por meio da utilização de baterias ou acumuladores que, por meio de uma reação química geram ou armazena energia elétrica.

 Transformação de energia mecânica em energia elétrica, quando a água de uma represa flui através das comportas e aciona as turbinas dos geradores da hidroelétrica.

 Transformação de energia elétrica em mecânica que acontece nos motores elétricos que, ao receberem a energia elétrica em seu enrolamento, transformam-na em energia mecânica pela rotação de seu eixo.

 Unidades de medida de energia

    Para melhor conhecermos as grandezas físicas, é necessário medi-las. Há grandezas cuja medição é muito simples. Por exemplo, para se medir o comprimento, basta apenas uma régua ou uma trena. Outras grandezas, porém exigem aparelhos complexos para sua medição.

 As unidades de medida das grandezas físicas são agrupadas em sistemas de unidades onde as medidas foram reunidas e padronizadas no Sistema Internacional de Unidades. abreviado para a sigla SI.

 A unidade de medida de energia é chamada joule, representada pela letra J, e corresponde ao trabalho realizado por uma força constante de um newton (unidade de medida de força) que desloca seu ponto de aplicação de um metro na sua direção. Isto é, J=1N.m.

 As grandezas formadas com prefixos SI têm múltiplos e submúltiplos. Os principais são apresentados na tabela a seguir.

Prefixo Si	Símbolo	Fator multiplicador
giga	G	109 = 1.000.000.000
mega	M	106 = 1.000.000
quilo	K	103 = 1.000
mili	m	10-3 = 0,001
micro	m	10-6 = 0,000 001
nano	n	10-9 = 0,000 000 001
pico	p	10-12 = 0,000 000 000 001

(G) Giga - Um bilhão

(M) Mega - Um milhão

(q) Quilo - Um mil

(m) Mili - o número 1 dividido em mil partes (o mili representa uma dessas partes)

(m) Micro - Uma letra grega chamada de mi. O  número 1 dividido  em um milhão de partes (o micro representa uma dessas partes)

(n) Nano - O número 1 dividido em  um bilhão de partes ( o nano representa uma dessas partes)

(p) Pico – O número 1 dividido em um trilhão de partes ( o pico representa uma dessas partes)

   O estudo da matéria e sua composição são fundamentais para a compreensão da teoria eletrônica. Por isso, nesta postagem estudaremos o arranjo físico das partículas que compõem o átomo e a maneira como essas partículas se comportam. Isso facilitará muito o estudo dos fenômenos que produzem a eletricidade.

 Composição da matéria

 Às vezes nos perguntamos... De que é feita a matéria... O Ferro, Plástico, Gasolina etc.

Matéria é tudo aquilo que nos cerca e que ocupa um lugar no espaço. Ela se a em porções limitadas que recebem o nome de corpos. Estes podem ser simples ou compostos.

 Observação

 Existem coisas com as quais temos contato na vida diária que não ocupam lugar no espaço, não sendo, portanto, matéria. Exemplos desses fenômenos são o som, o calor e a eletricidade.

 Corpos simples são aqueles formados por um único átomo. São também chamados de elementos. O Ouro, o cobre, o hidrogênio são exemplos de elementos.

 Corpos compostos são aqueles formados por uma combinação de dois ou mais elementos. São exemplos de corpos compostos o cloreto de sódio (ou sal de cozinha) que é formado pela combinação de cloro e sódio, e a água, formada pela combinação de oxigênio e hidrogênio.

 A matéria e, consequentemente, os corpos compõem-se de moléculas e átomos.

Conceitos de energia

  A energia é potencial quando se encontra em repouso, ou seja, armazenada em um determinado corpo. Como exemplo de energia potencial, pode-se citar um veículo no topo de uma ladeira e a água de uma represa

 A energia cinética é a consequência do movimento de um corpo. Como exemplos de energia cinética pode-se citar um esqueitista em velocidade que aproveita a energia cinética para subir uma rampa ou a abertura das comportas de uma represa que faz girarem as turbinas dos geradores das hidroelétricas.

 A energia mecânica é a soma da energia potencial com a energia cinética presentes em um determinado corpo. Ela se manifesta pela produção de um trabalho mecânico ou seja, o deslocamento de um corpo. Como exemplo de energia mecânica podemos citar um operário empurrando um carrinho ou um torno em movimento.

 A energia térmica se manifesta através da variação da temperatura nos corpos. A máquina a vapor, que usa o calor para aquecer a água transformando-a em vapor que acionará os pistões, pode ser citada como exemplo de energia térmica.

   A energia química manifesta-se quando certos corpos são postos em contato, proporcionando reações químicas. O exemplo mais comum de energia química é a a pilha elétrica.

 A energia elétrica manifesta-se por seus efeitos magnéticos, térmicos. luminosos, químicos e e fisiológicos. Como exemplo desses efeitos, podemos citar:

 A rotação de um motor (efeito magnético);

 Aquecimento de uma resistência para esquentar a água do chuveiro (efeito térmico);

 A luz de uma lâmpada (efeito luminoso);

  A contração muscular de um organismo vivo ao levar um choque elétrico (efeito fisiológico).

Energia

   Frequentemente usamos a palavra energia. Às vezes, ouvimos dizer que determinado alimento é rico em energia, que recebemos energia do sol ou então, que o custo da energia elétrica aumentou. Fala-se também em energia térmica, química, nuclear. A energia está presente em quase todas as atividades do homem moderno. Por isso, para o profissional da área eletroeletrônica, é primordial conhecer os segredos da energia elétrica. Nesta primeira postagem, estudaremos algumas formas de energia que se conhece, sua conservação e unidades de medida.

 Energia e trabalho

 A energia está sempre associada a um trabalho Por isso, dizemos que energia é a capacidade que um corpo possui de realizar um trabalho. Como exemplo de energia, pode-se citar uma mola comprimida ou estendida, e a água, represada ou corrente.

 Assim como há vários modos de realizar um trabalho, também há várias formas de energia.

 Neste blog, falaremos mais sobre a energia elétrica e seus efeitos, porém devemos ter conhecimentos sobre outras formas de energia.

 Dentre as muitas formas de energia que existem, podemos citar:

 Energia potencial;

 Energia cinética;

 Energia mecânica;

 Energia térmica;

 Energia química;

 Energia elétrica.