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Como funciona a energia elétrica?

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A energia elétrica é um conceito importante na ciência, ainda que frequentemente seja mal compreendido. O que exatamente é energia elétrica e quais são algumas das regras aplicadas ao usá-la em cálculos?

O que é energia elétrica?

A energia elétrica é uma forma de energia resultante do fluxo de carga elétrica. Energia é a capacidade de trabalhar ou aplicar força para mover um objeto. No caso da energia elétrica, a força é a atração ou repulsão elétrica entre as partículas carregadas. A energia elétrica pode ser energia potencial ou energia cinética, mas geralmente é encontrada como energia potencial, que é a energia armazenada devido às posições relativas de partículas carregadas ou campos elétricos. O movimento de partículas carregadas através de um fio ou outro meio é chamado de corrente ou eletricidade. Há também eletricidade estática, que resulta de um desequilíbrio ou separação das cargas positivas e negativas em um objeto. A eletricidade estática é uma forma de energia potencial elétrica. Se houver carga suficiente, a energia elétrica pode ser descarregada para formar uma faísca (ou até um raio), que possui energia cinética elétrica.

Por convenção, a direção de um campo elétrico é sempre mostrada apontando na direção em que uma partícula positiva se moveria se fosse colocada no campo. É importante lembrar ao trabalhar com energia elétrica, porque o portador de corrente mais comum é um elétron, que se move na direção oposta em comparação com um próton.

Como funciona a energia elétrica

O cientista britânico Michael Faraday descobriu um meio de gerar eletricidade já na década de 1820. Ele moveu um laço ou disco de metal condutor entre os pólos de um ímã. O princípio básico é que os elétrons no fio de cobre são livres para se mover. Cada elétron carrega uma carga elétrica negativa. Seu movimento é governado por forças atraentes entre o elétron e cargas positivas (como prótons e íons com carga positiva) e forças repulsivas entre o elétron e cargas semelhantes (como outros elétrons e íons com carga negativa). Em outras palavras, o campo elétrico ao redor de uma partícula carregada (um elétron, neste caso) exerce uma força sobre outras partículas carregadas, fazendo com que ele se mova e, assim, funcione. É necessário aplicar força para afastar duas partículas carregadas atraídas.

Quaisquer partículas carregadas podem estar envolvidas na produção de energia elétrica, incluindo elétrons, prótons, núcleos atômicos, cátions (íons com carga positiva), ânions (íons com carga negativa), pósitrons (antimatéria equivalente a elétrons) e assim por diante.

Exemplos

A energia elétrica usada para energia elétrica, como a corrente da parede usada para alimentar uma lâmpada ou um computador, é a energia que é convertida a partir da energia potencial elétrica. Essa energia potencial é convertida em outro tipo de energia (calor, luz, energia mecânica, etc.). Para uma empresa de energia, o movimento de elétrons em um fio produz o potencial atual e elétrico.

Uma bateria é outra fonte de energia elétrica, exceto que as cargas elétricas podem ser íons em uma solução, e não elétrons em um metal.

Os sistemas biológicos também usam energia elétrica. Por exemplo, íons hidrogênio, elétrons ou íons metálicos podem estar mais concentrados em um lado de uma membrana do que no outro, configurando um potencial elétrico que pode ser usado para transmitir impulsos nervosos, mover músculos e transportar materiais.

Exemplos específicos de energia elétrica incluem:

  • Corrente alternada (CA)
  • Corrente contínua (DC)
  • Relâmpago
  • Baterias
  • Capacitores
  • Energia gerada por enguias elétricas

Unidades de Eletricidade

A unidade SI de diferença de potencial ou tensão é a volt (V). Essa é a diferença de potencial entre dois pontos em um condutor que transporta 1 ampere de corrente com a potência de 1 watt. No entanto, várias unidades são encontradas em eletricidade, incluindo:

UnidadeSímboloQuantidade
VoltVDiferença de potencial, tensão (V), força eletromotriz (E)
Ampère (amp)UMACorrente elétrica (I)
OhmΩResistência (R)
WattWEnergia elétrica (P)
FaradFCapacitância (C)
HenryHIndutância (L)
CoulombCCarga elétrica (Q)
JouleJEnergia (E)
Quilowatt-horakWhEnergia (E)
HertzHzFrequência f)

Relação entre eletricidade e magnetismo

Lembre-se sempre de que uma partícula carregada em movimento, seja um próton, elétron ou íon, gera um campo magnético. Da mesma forma, alterar um campo magnético induz uma corrente elétrica em um condutor (por exemplo, um fio). Assim, os cientistas que estudam eletricidade normalmente se referem a ela como eletromagnetismo, porque eletricidade e magnetismo estão conectados um ao outro.

Pontos chave

  • Eletricidade é definida como o tipo de energia produzida por uma carga elétrica em movimento.
  • A eletricidade está sempre associada ao magnetismo.
  • A direção da corrente é a direção em que uma carga positiva se moveria se colocada no campo elétrico. Isso é oposto ao fluxo de elétrons, o portador de corrente mais comum.


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