Fundamentos de Eletricidade

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Fundamentos de Eletricidade:
A CARGA ELÉTRICA • O conceito de carga elétrica é o principal elemento utilizado para explicar todo e qualquer fenômeno elétrico, constituindo a grandeza mais básica em eletricidade • Carga elétrica é a propriedade elétrica das partículas atômicas que compõem a matéria, medida em coulombs (C)
Fontes geradoras de Energia:
A facilidade de transporte da eletricidade e seu baixo índice de perda energética durante conversões incentivam o uso da energia em grande escala no mundo todo, inclusive no Brasil.
Fontes renováveis, como a força das águas, dos ventos ou a energia do sol e recursos fósseis, estão entre os combustíveis usados para a geração da energia elétrica. Por meio de turbinas e geradores podemos transformar outras formas de energia, como a mecânica e a química, em eletricidade.
Química: Isso acontece da seguinte forma: dois metais diferentes como cobre e zinco são colocados dentro de uma solução química composta de sal ou ácido sulfúrico, constituindo-se de uma célula primária. A reação química entre a solução e os metais vai retirando os elétrons do zinco. Estes passam pela solução e vão se depositando no cobre. Dessa forma, obtém-se uma diferença de potencial, ou tensão, entre os bornes ligados de zinco (negativo) e no cobre (positivo). A pilha pode ser citada como exemplo dessa geração de energia
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Hidráulica: A energia hidrelétrica corresponde ao aproveitamento da água dos rios para movimentação das turbinas de eletricidade. No Brasil, essa é a principal fonte de energia elétrica, ao lado das termoelétricas, haja vista o grande potencial que o país possui em termos de disponibilidade de rios propícios para a geração de hidreletricidade.
Nas usinas hidrelétricas, constroem-se barragens no leito do rio para represamento da água que será utilizada no processo de geração de eletricidade.
Térmica: Geotérmica
A energia geotérmica é a energia obtida a partir do calor que existe no interior da Terra. A geotérmica é feita em lugares que tenha grandes volumes de águas geotérmicas vulcânicas, onde é feita uma perfuração para extrair o vapor de água que é utilizado para movimentar as pás das turbinas ligadas a geradores, dessa forma gerando energia elétrica.
A geotérmica produz energia elétrica partir do calor que existe interior da Terra. Energia Heliotérmica
Energia heliotérmica :ou energia solar térmica concentrada é o mais novo processo de se gera energia elétrica, que é conversão da energia térmica do sol em energia elétrica. A geração de energia elétrica na heliotérmica consiste em vários espelhos que são instalados em volta de uma torre para espelha a luz do sol, assim luz é refletida e concentrada nos painéis de captação no topo da torre, gerando calor suficiente para esquentar tanques com água que liberam vapor que gira as turbinas que gera energia elétrica. 
Heliotérmica conversão da energia térmica do sol em energia elétrica.
Eólica :
A energia eólica é a transformação da energia cinética obtida pelo o movimento do vento em energia útil. Para transformar energia eólica em energia elétrica é preciso instalar vários aerogeradores em parque eólico com grande espaço.
Aerogeradores são geradores elétricos ligados ao eixo de um “cata-vento gigante”, que através do movimento causado pela energia eólica do evento no cata-vento converte energia mecânica em energia elétrica. Diferente dos combustíveis fósseis a energia eólica é fonte de energia renovável, limpa, não produz gases de efeito de estufa durante a produção e impacto ambiental é menos que o de algumas fontes de energia.
Eólica é a energia obtida pelo o movimento do vento.
Fotovotaico : A geração de energia solar ou fotovoltaica funciona através do aproveitamento da luz do sol, transformando-a em energia elétrica, através de painéis fotovoltaicos ou de um sistema heliotérmico.
No sistema com painéis fotovoltaicos a irradiação solar é convertida diretamente em energia hidrelétrica – é um sistema que utiliza aqueles painéis solares bem comuns no mercado
Materiais Elétricos
O que são materiais elétricos?
Os materiais elétricos são os fios, cabos, eletrodutos, disjuntores, tomadas, interruptores, lâmpadas e entre outras peças que permitem a transmissão da energia elétrica da rua para dentro da sua casa de forma segura.
Em outras palavras, os materiais elétricos são as peças que compõem os circuitos de distribuição de energia elétrica do imóvel.
Sem eles não seria possível ligar a televisão, acender as lâmpadas, usar o ar condicionado, ter banho quente e geladeira para conservar os alimentos.
Quais os tipos de materiais elétricos?
Poste padrão
O poste padrão é o primeiro material elétrico que ser adquirido. O modelo mais comum é feito de concreto e por empresas homologadas pelas concessionárias de energia.
Quadro medidor
O quadro medidor, popularmente chamado de relógio de luz ou relógio de marcação, é o dispositivo eletrônico responsável por mensurar o consumo de energia elétrica. 
Quadro de distribuição
Já o quadro de distribuição é uma caixa feita de metal ou plástico instalada dentro do imóvel.
Nela são colocados os barramentos, disjuntores, dispositivos e fusíveis responsáveis pela distribuição da energia elétrica da rua para os circuitos elétricos dos quartos, salas, cozinhas, banheiros, etc.
Disjuntores
Os disjuntores são dispositivos de proteção contra curto circuito ou sobrecarga. Eles interrompem a passagem da energia elétrica sempre que surge no circuito condições anormais de trabalho.
Ao interromper a energia, os disjuntores evitam que os condutores elétricos (fios e cabos) fiquem superaquecidos, evitando assim incêndios e outros tipos de danos.
Fios e cabos
Os condutores elétricos, mas conhecidos como fios e cabos, são responsáveis por conduzir a energia elétrica dentro da construção.
Eles transportam a eletricidade do poste padrão para o quadro de distribuição. E depois, transportam do quadro de distribuição para os pontos de usos (interruptores e tomadas).
Tomadas
As tomadas são os dispositivos que permitem a ligação dos equipamentos elétricos. Elas são permanentemente energizadas, por isso em casa onde há crianças pequena recomenda-se usar protetores.
 etc...
 Carga Elétrica
É uma propriedade da matéria, assim como a massa. A carga elétrica macroscópica de um corpo surge em razão da diferença entre o número de prótons e elétrons, nesse caso dizemos que o corpo encontra-se carregado ou eletrizado.
Por outro lado, quando a quantidade de elétrons e prótons for a mesma, dizemos que o corpo está neutro. Portanto, mesmo quando neutros, os corpos ainda apresentam cargas elétricas, entretanto, essas estão balanceadas.
Eletrização dos corpos
Processos de eletrização são fenômenos em que elétrons são transferidos de um corpo para outro em virtude de uma diferença na quantidade de cargas elétricas existente entre dois ou mais corpos, ou, ainda, pela aquisição de energia advinda do atrito entre corpos.
Existem três tipos de processos de eletrização, são eles: por atrito, por contato e por indução. A compreensão sobre como ocorrem esses processos, por meio de suas definições bem como pela realização de exercícios, é parte fundamental do estudo da eletrostática.
O que é eletrização?
Eletrização é o processo de tornar um corpo eletricamente neutro em um corpo eletricamente carregado. Corpos neutros são aqueles que apresentam a mesma quantidade de prótons e elétrons, uma vez que essas são as partículas subatômicas dotadas de carga elétrica.
Todos os processos de eletrização consistem em retirar ou fornecer elétrons a um corpo. O mesmo não pode ser dito dos prótons, que, por estarem presos no núcleo atômico, não podem ser conduzidos entre um átomo e outro. Desse modo, quando um corpo neutro recebe elétrons, sua carga torna-se negativa, reciprocamente, ao perder elétrons, sua carga torna-se positiva.
Eletrização por atrito
A eletrização por atrito acontece principalmente quando dois ou mais corpos isolantes são esfregados um contra o outro. O processo deatritar os corpos fornece energia aos elétrons desses materiais. Os elétrons dos materiais isolantes geralmente encontram-se fortemente atraídos pelos núcleos de seus próprios átomos, por isso, precisam de uma energia extra para saltar de um corpo para outro.
Durante a eletrização por atrito, um dos corpos perde elétrons e os outros ganhos elétrons. Dessa forma, ao final do processo, os dois corpos estarão com cargas de módulo igual, mas de sinais opostos.
Eletrização por contato
A eletrização por contato consiste em fazer com que dois corpos condutores entrem em contato, na condição de que pelo menos um deles esteja previamente carregado. Esse tipo de eletrização acontece com maior frequência entre materiais condutores, uma vez que neles os elétrons encontram-se livres e, portanto, dotados de grande mobilidade. Dessa maneira, não é necessária qualquer energia adicional para fazê-los saltarem de um corpo para outro.
 
Eletrização por indução
A eletrização por indução consiste em aproximar um corpo previamente carregado, chamado de indutor, de um corpo condutor eletricamente neutro, chamado de induzido, de modo que a presença das cargas do indutor faça com que os elétrons do corpo induzido movam-se em seu interior, ocorrendo uma polarização de cargas.
Lei Coulomb
A lei de Coulomb é uma lei da Física usada para determinar a intensidade da força de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas. A lei de Coulomb é uma importante lei da Física que estabelece que a força eletrostática entre duas cargas elétricas é proporcional ao módulo das cargas elétricas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.
Fórmula da lei de Coulomb
De acordo com a sua lei, a força entre duas partículas eletricamente carregadas é diretamente proporcional ao módulo de suas cargas e é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Abaixo, apresentamos a fórmula matemática descrita pela lei de Coulomb:
F — força eletrostática (N)
k0 — constante dielétrica do vácuo (N.m²/C²)
Q — carga elétrica (C)
q — carga elétrica de prova (C)
d — distância entre as cargas (m)
Na fórmula acima, k0 é uma constante de proporcionalidade chamada de constante eletrostática do vácuo, seu módulo é aproximadamente de 9,0.109 N.m²/C². Além disso, sabemos que cargas de sinal igual repelem-se enquanto cargas de sinais opostos atraem-se.
 lei de Coulomb estabelece que a força elétrica entre duas partículas carregadas é inversamente proporcional ao quadrado da distância existente entre elas. Dessa forma, se duas cargas elétricas encontram-se a uma distância d, e passarem a encontrar-se à metade dessa distância (d/2), a força elétrica entre elas deverá ser aumentada em quatro vezes (4F):
Colocando a lei de Coulomb no formato de um gráfico de força em função da distância, teremos a seguinte forma:
Exemplos da lei de Coulomb
1) Duas partículas eletricamente carregadas, com cargas de 1,0 μC e 2,0 mC, são separadas no vácuo a uma distância de 0,5 m. Determine o módulo da força elétrica existente entre as cargas.
Resolução:
Vamos utilizar a lei de Coulomb para calcularmos o módulo da força elétrica que age sobre as cargas:
Campo Elétrico
Campo elétrico é uma grandeza física vetorial que mede o módulo da força elétrica exercida sobre cada unidade de carga elétrica colocada em uma região do espaço sobre a influência de uma carga geradora de campo elétrico. Em outras palavras, o campo elétrico mede a influência que uma certa carga produz em seus arredores. Quanto mais próximas estiverem duas cargas, maior será a força elétrica entre elas por causa do módulo do campo elétrico naquela região.
Como calculamos o campo elétrico?
Para calcularmos o campo elétrico produzido por cargas pontuais (cujas dimensões são desprezíveis), dispostas no vácuo, podemos utilizar a seguinte equação:
Para que a unidade do campo elétrico (E) esteja definida no Sistema Internacional de Unidades, é necessário que as outras grandezas da equação também estejam. As legendas abaixo mostram quais são os termos da equação do campo elétrico e as suas unidades no SI:
Legenda:
E – módulo do campo elétrico [N/C ou V/m]
Q – carga geradora do campo elétrico [C – Coulomb]
k0 – constante eletrostática do vácuo [8,99.109 N.m²/C²]
d – distância do ponto até a carga geradora [m – metro]
Campo elétrico e força elétrica
Toda carga elétrica apresenta seu próprio campo elétrico. No entanto, para que surja a força elétrica, é necessário que o campo elétrico de pelo menos duas cargas interajam. A resultante vetorial dos campos elétricos de cada uma das cargas dita, nesse caso, para qual direção e sentido surgirá a força sobre as cargas. Em posições nas quais o campo elétrico resultante é nulo, por exemplo, não é possível que haja força elétrica.
A relação que pode ser estabelecida entre o campo elétrico e a força elétrica é dada pela seguinte equação:
Legenda
E – campo elétrico [N/C ou V/m]
F – força elétrica [N - Newton]
q – carga elétrica de prova [C - Coulomb]
Na equação mostrada acima, F é o módulo da força elétrica e pode ser calculado com base na Lei de Coulomb.
Direção e sentido do vetor campo elétrico
O campo elétrico das cargas positivas sempre deve apontar para “fora” das cargas, na direção do seu raio, enquanto o campo elétrico das cargas negativas deve apontar para “dentro” delas.
Potencial Elétrico
é a quantidade de energia necessária para mover uma carga elétrica unitária entre dois pontos distintos de uma região dotada de um campo elétrico. O potencial elétrico é uma grandeza física escalar medida em volts (V), que equivale a joules porcoulomb (J/C) em unidades SI.
Propriedades do potencial elétrico
O potencial elétrico é a quantidade de energia potencial elétrica, em joules, por unidade de carga, em coulomb. Entenda: afirmar que uma tomada fornece 110 V de potencial elétrico equivale dizer que ela cede 110 J de energia para cada coulomb de carga elétrica que passa através dos seus terminais.
O potencial elétrico no ponto em que a carga q encontra-se é diretamente proporcional ao módulo da carga elétrica q que o produz, e inversamente proporcional à distância d:
A fórmula utilizada para calcular o potencial elétrico é esta:
U – potencial elétrico (V)
Q – carga elétrica (C)
k0 – constante eletrostática do vácuo (9,0.109 N.m²/C²)
d – distância (m)
O potencial elétrico pode admitir sinais algébricos, positivo e negativo, relacionadosdiretamente com o sinal da carga que gera o potencial e com a distância d até essa carga. Isso equivale dizer que, nos arredores de um corpo eletricamente carregado, existem infinitos valores de potencial elétrico, determinados pela distância até essa carga. Dessa maneira, um potencial elétrico de uma carga só será exatamente igual a 0 quando a distância entre o ponto onde se deseja medir um potencial nulo e a carga for infinitamente grande.
Há outra maneira de definir-se o potencial elétrico relacionando-o à energia potencial elétrica, veja como:
EPel – energia potencial elétrica (J)
Definição de potencial elétrico
Considere que uma carga elétrica puntiforme q encontra-se em um ponto A de campo elétrico uniforme E, como é mostrado na figura, e então é deslocada até o ponto B.
Diferença de potencial (ddp)
também chamada de tensão, é definida como o trabalho necessário para que uma carga se desloque de um ponto A para um ponto B, quando imersa em um campo elétrico. Quando existe uma certa diferença de potencial entre dois pontos e ligamos esses pontos através de um fio condutor, no seu interior irá surgir um movimento ordenado de cargas.
Este movimento é chamado de corrente elétrica. Portanto, para que um condutor seja percorrido por uma corrente é necessário que exista uma diferença de potencial entre seus pontos.
Para que um aparelho elétrico funcione, é preciso que exista uma d.d.p. entre seus terminais. Normalmente, nestes equipamentos é indicado o valor da tensão que devem ser ligados.
A unidade de medida da d.d.p. é o Volts, em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) inventor da pilhaelétrica. Os equipamentos que medem a tensão são chamados de voltímetros.
Fórmula da d.d.p. 
A diferença de potencial pode ser calculada a partir da seguinte fórmula: 
Sendo,
U: diferença de potencial (V)
VA: potencial no ponto A (V)
VB: potencial no ponto B (V)
TAB: trabalho da força elétrica para deslocar uma carga de um ponto A para um ponto B (J)
q: carga elétrica (C)