Origem microscópica

A possibilidade de transmissão de corrente elétrica nos materiais depende da estrutura e interação dos átomos que os compõem. Os átomos são compostos de partículas carregadas positivamente (prótons), partículas carregadas negativamente (elétrons) e partículas neutras (nêutrons). A condução elétrica em condutores, semicondutores e isolantes é devida aos elétrons na órbita externa ou aos portadores de carga, uma vez que tanto os nêutrons internos quanto os prótons dos núcleos atômicos não podem se mover facilmente. Os materiais condutores por excelência são metais que normalmente possuem um único elétron na última camada eletrônica, como o cobre. Esses elétrons podem passar facilmente para átomos adjacentes, constituindo os elétrons livres responsáveis ​​pelo fluxo da corrente elétrica.[68]​.

Em todos os materiais sujeitos a campos elétricos, as distribuições espaciais relativas de cargas negativas e positivas são modificadas em maior ou menor grau. Esse fenômeno é chamado de polarização elétrica e é mais perceptível em isoladores elétricos porque graças a esse fenômeno as cargas são impedidas de serem liberadas e, portanto, não conduzem, principal característica desses materiais.[69]​.

Condutividade e resistividade

A condutividade elétrica é a propriedade dos materiais que quantifica a facilidade com que as cargas podem se mover quando um material é submetido a um campo elétrico.[70]​ A resistividade é uma magnitude inversa à condutividade, aludindo ao grau de dificuldade que os elétrons encontram em seus movimentos, dando uma ideia de quão bom ou ruim é um condutor.[68]​ Um valor de resistividade alto indica que o material é um mau condutor, enquanto um valor baixo indicará que é um bom condutor. Geralmente a resistividade dos metais aumenta com a temperatura, enquanto a dos semicondutores diminui com o aumento da temperatura.[68]​.

Os materiais são classificados de acordo com sua condutividade elétrica ou resistividade em condutores, dielétricos, semicondutores e supercondutores.

Geração e transmissão

Até a invenção da célula voltaica no século (Alessandro Volta, 1800) não existia nenhuma fonte viável de eletricidade. A célula voltaica (e seus descendentes modernos, a célula elétrica e a bateria elétrica), armazenava energia quimicamente e a fornecia sob demanda na forma de energia elétrica.[73] A bateria é uma fonte comum muito versátil utilizada para muitas aplicações, mas seu armazenamento de energia é limitado e, uma vez descarregada, deve ser recarregada (ou, no caso da bateria, substituída). Para uma demanda elétrica muito maior, a energia deve ser gerada e transmitida continuamente através de linhas de transmissão condutoras.[74]​.

A energia elétrica é normalmente gerada por geradores eletromecânicos, que são dispositivos que utilizam movimento para manter uma diferença de potencial elétrico entre dois pontos. Ou seja, transformam energia mecânica em energia elétrica. Essa transformação é conseguida pela ação de um campo magnético sobre os condutores elétricos. Se um movimento relativo entre os condutores e o campo for produzido mecanicamente, uma força eletromotriz (EMF) será gerada. Este sistema é baseado na lei de Faraday. Para conseguir o movimento, são utilizados ar (vento), água (hidráulico), vapor ou outros gases (térmicos). A moderna turbina a vapor inventada por Charles Algernon Parsons em 1884 gera cerca de 80% da energia elétrica mundial usando uma ampla variedade de fontes de energia.

Outro dispositivo que gera eletricidade é a célula fotovoltaica, e o faz diretamente a partir da radiação solar por meio de um dispositivo semicondutor.

Os condutores elétricos sempre oferecem resistência à passagem de eletricidade, por menor que seja, de modo que a carga elétrica se perde durante o transporte; Quanto maior a distância, maior a perda. Um aumento de tensão significa uma diminuição da intensidade que circula pela linha, para transportar a mesma potência, e portanto, perdas por aquecimento dos condutores e efeitos eletromagnéticos e, consequentemente, menores perdas de energia. Consequentemente, seções menores dos condutores que a transportam podem ser utilizadas, portanto, para transportar energia elétrica por longas distâncias, deve ser feito na chamada Alta Tensão. Pelo contrário, no uso de corrente deve ser utilizada uma tensão mais baixa (normalmente entre 110 V e 240 V) e isso implica alterações de tensão (transformações). A invenção do transformador no final do século permitiu transmitir energia elétrica de forma mais eficiente. A transmissão elétrica eficiente tornou possível gerar eletricidade em usinas geradoras e depois transportá-la por longas distâncias, onde quer que fosse necessária.[75]​.

Dado que a energia eléctrica não pode ser facilmente armazenada para satisfazer a procura à escala nacional, na maioria das vezes é produzida a mesma quantidade que é procurada. Isto requer uma troca de electricidade que faça previsões da procura de electricidade e mantenha uma coordenação constante com as centrais geradoras. Uma certa reserva de capacidade de geração é mantida para resistir a qualquer anomalia na rede.[76]​.

Aplicações de eletricidade

A eletricidade tem inúmeras aplicações para uso doméstico, industrial, medicinal e de transporte. Só para citar, podemos citar iluminação e iluminação, eletrodomésticos, produção de calor, eletrônica, robótica, telecomunicações, sinalização luminosa, ar condicionado, máquinas de refrigeração, eletrossoldagem, eletroímãs, eletroquímica, válvulas solenóides. A indução eletromagnética também é aplicada na construção de motores movidos a energia elétrica, que permitem o funcionamento de inúmeros dispositivos.[77]​.

mundo inorgânico

O fenômeno elétrico mais comum no mundo inorgânico são as descargas elétricas atmosféricas chamadas relâmpagos. Devido ao atrito das partículas de água ou gelo com o ar, ocorre a separação crescente das cargas elétricas positivas e negativas nas nuvens, separação que gera campos elétricos. Quando o campo elétrico resultante excede a rigidez dielétrica do meio, ocorre uma descarga entre duas partes de uma nuvem, entre duas nuvens diferentes ou entre a parte inferior de uma nuvem e o solo. Esta descarga ioniza o ar por aquecimento e excita transições eletrônicas moleculares. A expansão repentina do ar gera trovões, enquanto o decaimento dos elétrons até seus níveis de equilíbrio gera radiação eletromagnética, ou seja, luz.[78]​.

Embora não possa ser verificado experimentalmente, a existência do campo magnético da Terra é quase certamente devida à circulação de cargas no núcleo externo líquido da Terra. A hipótese da sua origem em materiais com magnetização permanente, como o ferro, parece ser refutada pela confirmação das inversões periódicas da sua direcção ao longo das eras geológicas, onde o pólo magnético norte é substituído pelo sul e vice-versa. Medidos na época humana, no entanto, os pólos magnéticos são estáveis, permitindo a sua utilização, através da antiga invenção chinesa da bússola, para orientação no mar e em terra.[79]​.

O campo magnético da Terra desvia partículas carregadas do Sol (vento solar). Quando essas partículas colidem com os átomos e moléculas de oxigênio e nitrogênio da magnetosfera, é produzido um efeito fotoelétrico através do qual parte da energia da colisão excita os átomos a níveis de energia tais que, quando não estão mais excitados, eles devolvem essa energia na forma de luz visível. Este fenômeno pode ser observado a olho nu próximo aos pólos, nas auroras polares.[80]​.

mundo orgânico

O bioeletromagnetismo estuda o fenômeno que consiste na produção de campos eletromagnéticos produzidos pela matéria viva (células, tecidos "Tecido (biologia)") ou organismos). Exemplos deste fenômeno incluem o potencial elétrico das membranas celulares e as correntes elétricas que fluem nos nervos e músculos como consequência do seu potencial de ação.[81]​.

Alguns organismos, como os tubarões, têm a capacidade de detectar e responder a mudanças nos campos elétricos, uma capacidade conhecida como eletrorrecepção.[82] Enquanto outros, chamados eletrogênicos), são capazes de produzir grandes descargas elétricas para fins defensivos ou ofensivos. Alguns peixes, como enguias e raias elétricas, podem gerar tensões de até dois mil volts e correntes superiores a 1 A.[83] O potencial de ação também é responsável pela coordenação de atividades em determinadas plantas.[84]​.

Origem microscópica

A possibilidade de transmissão de corrente elétrica nos materiais depende da estrutura e interação dos átomos que os compõem. Os átomos são compostos de partículas carregadas positivamente (prótons), partículas carregadas negativamente (elétrons) e partículas neutras (nêutrons). A condução elétrica em condutores, semicondutores e isolantes é devida aos elétrons na órbita externa ou aos portadores de carga, uma vez que tanto os nêutrons internos quanto os prótons dos núcleos atômicos não podem se mover facilmente. Os materiais condutores por excelência são metais que normalmente possuem um único elétron na última camada eletrônica, como o cobre. Esses elétrons podem passar facilmente para átomos adjacentes, constituindo os elétrons livres responsáveis ​​pelo fluxo da corrente elétrica.[68]​.

Em todos os materiais sujeitos a campos elétricos, as distribuições espaciais relativas de cargas negativas e positivas são modificadas em maior ou menor grau. Esse fenômeno é chamado de polarização elétrica e é mais perceptível em isoladores elétricos porque graças a esse fenômeno as cargas são impedidas de serem liberadas e, portanto, não conduzem, principal característica desses materiais.[69]​.

Condutividade e resistividade

A condutividade elétrica é a propriedade dos materiais que quantifica a facilidade com que as cargas podem se mover quando um material é submetido a um campo elétrico.[70]​ A resistividade é uma magnitude inversa à condutividade, aludindo ao grau de dificuldade que os elétrons encontram em seus movimentos, dando uma ideia de quão bom ou ruim é um condutor.[68]​ Um valor de resistividade alto indica que o material é um mau condutor, enquanto um valor baixo indicará que é um bom condutor. Geralmente a resistividade dos metais aumenta com a temperatura, enquanto a dos semicondutores diminui com o aumento da temperatura.[68]​.

Os materiais são classificados de acordo com sua condutividade elétrica ou resistividade em condutores, dielétricos, semicondutores e supercondutores.

Geração e transmissão

Até a invenção da célula voltaica no século (Alessandro Volta, 1800) não existia nenhuma fonte viável de eletricidade. A célula voltaica (e seus descendentes modernos, a célula elétrica e a bateria elétrica), armazenava energia quimicamente e a fornecia sob demanda na forma de energia elétrica.[73] A bateria é uma fonte comum muito versátil utilizada para muitas aplicações, mas seu armazenamento de energia é limitado e, uma vez descarregada, deve ser recarregada (ou, no caso da bateria, substituída). Para uma demanda elétrica muito maior, a energia deve ser gerada e transmitida continuamente através de linhas de transmissão condutoras.[74]​.

A energia elétrica é normalmente gerada por geradores eletromecânicos, que são dispositivos que utilizam movimento para manter uma diferença de potencial elétrico entre dois pontos. Ou seja, transformam energia mecânica em energia elétrica. Essa transformação é conseguida pela ação de um campo magnético sobre os condutores elétricos. Se um movimento relativo entre os condutores e o campo for produzido mecanicamente, uma força eletromotriz (EMF) será gerada. Este sistema é baseado na lei de Faraday. Para conseguir o movimento, são utilizados ar (vento), água (hidráulico), vapor ou outros gases (térmicos). A moderna turbina a vapor inventada por Charles Algernon Parsons em 1884 gera cerca de 80% da energia elétrica mundial usando uma ampla variedade de fontes de energia.

Outro dispositivo que gera eletricidade é a célula fotovoltaica, e o faz diretamente a partir da radiação solar por meio de um dispositivo semicondutor.

Os condutores elétricos sempre oferecem resistência à passagem de eletricidade, por menor que seja, de modo que a carga elétrica se perde durante o transporte; Quanto maior a distância, maior a perda. Um aumento de tensão significa uma diminuição da intensidade que circula pela linha, para transportar a mesma potência, e portanto, perdas por aquecimento dos condutores e efeitos eletromagnéticos e, consequentemente, menores perdas de energia. Consequentemente, seções menores dos condutores que a transportam podem ser utilizadas, portanto, para transportar energia elétrica por longas distâncias, deve ser feito na chamada Alta Tensão. Pelo contrário, no uso de corrente deve ser utilizada uma tensão mais baixa (normalmente entre 110 V e 240 V) e isso implica alterações de tensão (transformações). A invenção do transformador no final do século permitiu transmitir energia elétrica de forma mais eficiente. A transmissão elétrica eficiente tornou possível gerar eletricidade em usinas geradoras e depois transportá-la por longas distâncias, onde quer que fosse necessária.[75]​.

Dado que a energia eléctrica não pode ser facilmente armazenada para satisfazer a procura à escala nacional, na maioria das vezes é produzida a mesma quantidade que é procurada. Isto requer uma troca de electricidade que faça previsões da procura de electricidade e mantenha uma coordenação constante com as centrais geradoras. Uma certa reserva de capacidade de geração é mantida para resistir a qualquer anomalia na rede.[76]​.

Aplicações de eletricidade

A eletricidade tem inúmeras aplicações para uso doméstico, industrial, medicinal e de transporte. Só para citar, podemos citar iluminação e iluminação, eletrodomésticos, produção de calor, eletrônica, robótica, telecomunicações, sinalização luminosa, ar condicionado, máquinas de refrigeração, eletrossoldagem, eletroímãs, eletroquímica, válvulas solenóides. A indução eletromagnética também é aplicada na construção de motores movidos a energia elétrica, que permitem o funcionamento de inúmeros dispositivos.[77]​.

mundo inorgânico

O fenômeno elétrico mais comum no mundo inorgânico são as descargas elétricas atmosféricas chamadas relâmpagos. Devido ao atrito das partículas de água ou gelo com o ar, ocorre a separação crescente das cargas elétricas positivas e negativas nas nuvens, separação que gera campos elétricos. Quando o campo elétrico resultante excede a rigidez dielétrica do meio, ocorre uma descarga entre duas partes de uma nuvem, entre duas nuvens diferentes ou entre a parte inferior de uma nuvem e o solo. Esta descarga ioniza o ar por aquecimento e excita transições eletrônicas moleculares. A expansão repentina do ar gera trovões, enquanto o decaimento dos elétrons até seus níveis de equilíbrio gera radiação eletromagnética, ou seja, luz.[78]​.

Embora não possa ser verificado experimentalmente, a existência do campo magnético da Terra é quase certamente devida à circulação de cargas no núcleo externo líquido da Terra. A hipótese da sua origem em materiais com magnetização permanente, como o ferro, parece ser refutada pela confirmação das inversões periódicas da sua direcção ao longo das eras geológicas, onde o pólo magnético norte é substituído pelo sul e vice-versa. Medidos na época humana, no entanto, os pólos magnéticos são estáveis, permitindo a sua utilização, através da antiga invenção chinesa da bússola, para orientação no mar e em terra.[79]​.

O campo magnético da Terra desvia partículas carregadas do Sol (vento solar). Quando essas partículas colidem com os átomos e moléculas de oxigênio e nitrogênio da magnetosfera, é produzido um efeito fotoelétrico através do qual parte da energia da colisão excita os átomos a níveis de energia tais que, quando não estão mais excitados, eles devolvem essa energia na forma de luz visível. Este fenômeno pode ser observado a olho nu próximo aos pólos, nas auroras polares.[80]​.

mundo orgânico

O bioeletromagnetismo estuda o fenômeno que consiste na produção de campos eletromagnéticos produzidos pela matéria viva (células, tecidos "Tecido (biologia)") ou organismos). Exemplos deste fenômeno incluem o potencial elétrico das membranas celulares e as correntes elétricas que fluem nos nervos e músculos como consequência do seu potencial de ação.[81]​.

Alguns organismos, como os tubarões, têm a capacidade de detectar e responder a mudanças nos campos elétricos, uma capacidade conhecida como eletrorrecepção.[82] Enquanto outros, chamados eletrogênicos), são capazes de produzir grandes descargas elétricas para fins defensivos ou ofensivos. Alguns peixes, como enguias e raias elétricas, podem gerar tensões de até dois mil volts e correntes superiores a 1 A.[83] O potencial de ação também é responsável pela coordenação de atividades em determinadas plantas.[84]​.