No mundo de hoje, todos têm sido confrontados com a electricidade desde a infância. As primeiras menções a este fenómeno natural remontam aos filósofos Aristóteles e Tales, que ficaram intrigados com as espantosas e misteriosas propriedades da corrente eléctrica. Mas só no século XVII é que grandes mentes científicas começaram uma sucessão de descobertas relativas à energia eléctrica que continuam até aos dias de hoje.
A descoberta da corrente eléctrica e a criação por Michael Faraday do primeiro gerador do mundo em 1831 mudou radicalmente a vida humana. Estamos habituados a aparelhos que utilizam energia eléctrica para facilitar as nossas vidas, mas até agora a maioria das pessoas não tem qualquer compreensão deste importante fenómeno. Para começar, para compreender os princípios básicos da electricidade, temos de estudar duas definições básicas: corrente eléctrica e tensão.
Conteúdos
O que é corrente e tensão alternada
Corrente eléctrica - é o movimento ordeiro das partículas carregadas (portadores de carga eléctrica). Os portadores de corrente eléctrica são electrões (em metais e gases), catiões e ânions (em electrólitos), buracos na condução de furos de electrões. Este fenómeno manifesta-se pela criação de um campo magnético, uma alteração na composição química ou o aquecimento dos condutores. As principais características da corrente são:
- A amperagem, determinada pela lei de Ohm e medida em Amperes (А), nas fórmulas é indicado pela letra I;
- potência, de acordo com a lei Joule-Lenz, medida em watts (W), é denunciada por P;
- frequência, medida em hertz (Hz).
A corrente eléctrica é utilizada como transportador de energia para produzir energia mecânica com motores eléctricos, para produzir energia térmica em aparelhos de aquecimento, soldadura eléctrica e aquecedores, para gerar ondas electromagnéticas de diferentes frequências, para criar campos magnéticos em electroímanes e para produzir energia luminosa em aparelhos de iluminação e lâmpadas de todo o tipo.
Voltagem - é o trabalho realizado por um campo eléctrico para mover uma carga de 1 coulomb (Coulomb) de um ponto de um condutor para outro. No entanto, a partir desta definição, é difícil compreender o que é tensão.
A fim de mover uma partícula carregada de um pólo para o outro, deve ser criada uma diferença potencial entre estes pólos (isto é o que se chama uma voltagem). A unidade de medida de tensão é o volt (В).
Para uma compreensão definitiva da definição de corrente eléctrica e tensão, pode-se fazer uma analogia interessante: imagine que a carga eléctrica é a água, depois a pressão da água na coluna é a tensão, e a taxa de fluxo de água no tubo é a força da corrente eléctrica. Quanto maior for a voltagem, maior será a força da corrente eléctrica.
O que é corrente alternada
Se alterar a polaridade dos potenciais, a direcção do fluxo de corrente eléctrica muda. Este é o tipo de corrente que se chama corrente alternada. A quantidade de mudança de direcção num determinado intervalo de tempo é chamada frequência e é medida, como mencionado acima, em Hertz (Hz). Por exemplo, numa rede eléctrica padrão no nosso país, a frequência é de 50 Hz, o que significa que a direcção da corrente muda 50 vezes por segundo.
O que é corrente contínua
Quando o movimento ordenado de partículas carregadas tem sempre apenas uma direcção, esta corrente é chamada corrente contínua. A corrente contínua ocorre numa rede de tensão directa quando a polaridade das cargas de um lado e do outro lado é constante ao longo do tempo. É muito frequentemente utilizado em vários dispositivos electrónicos e técnicas em que a transmissão de energia a longas distâncias não é necessária.
Fontes de corrente eléctrica
Uma fonte de corrente eléctrica Geralmente refere-se a um aparelho ou dispositivo com o qual uma corrente eléctrica pode ser criada num circuito. Tais dispositivos podem produzir corrente alternada, bem como corrente contínua. Estão divididos em geradores mecânicos, leves, térmicos e químicos de corrente, de acordo com a forma como criam electricidade.
Mecânica As fontes de corrente eléctrica convertem energia mecânica em energia eléctrica. Este equipamento inclui vários tipos de geradoresque geram corrente eléctrica alternada através da rotação de um electroíman em torno de uma bobina de motores de indução.
Luz convertem a energia dos fótons (energia luminosa) em energia eléctrica. Fazem uso da propriedade dos semicondutores para produzir uma tensão quando expostos ao fluxo luminoso. Os painéis solares podem ser considerados como tal equipamento.
Termal - Converte a energia térmica em electricidade através da diferença de temperatura entre dois pares de semicondutores de contacto - termopares. A quantidade de corrente nesses dispositivos está directamente relacionada com a diferença de temperatura: quanto maior for a diferença, maior será a intensidade actual. Tais fontes são utilizadas, por exemplo, em centrais geotérmicas.
Químico Gera electricidade através de reacções químicas. Por exemplo, vários tipos de baterias e acumuladores galvânicos podem ser classificados como tais dispositivos. As fontes de corrente galvânica são tipicamente utilizadas em dispositivos autónomos, veículos, aparelhos e são fontes de corrente contínua.
Conversão de corrente alternada em corrente contínua
Os dispositivos eléctricos em todo o mundo utilizam tanto corrente contínua como alternada. Por conseguinte, há necessidade de converter uma corrente em outra ou vice-versa.
Uma corrente alternada pode ser convertida em corrente contínua utilizando uma ponte de díodos ou um "rectificador". A parte principal do rectificador é um díodo semicondutor, que conduz a corrente eléctrica num só sentido. Depois deste diodo, a corrente não muda de direcção, mas há ondulações, que são eliminadas com condensadores e outros filtros. Os rectificadores vêm em versões mecânicas, de vácuo ou semicondutoras.
Dependendo da qualidade de fabrico de tal dispositivo, a corrente de ondulação na saída terá valores diferentes, em regra, quanto mais caro e melhor fabricado for o dispositivo, menor será a ondulação e menos limpa a corrente. Exemplos de tais dispositivos são fontes de alimentação vários aparelhos e carregadores, rectificadores de unidades de energia eléctrica em vários modos de transporte, máquinas de soldadura DC e outros.
Os inversores são utilizados para converter corrente contínua em corrente alternada. Tais dispositivos geram uma tensão alternada com um padrão de onda sinusoidal. Existem vários tipos destes dispositivos: inversores de motor, inversores de relé e inversores electrónicos. Todos eles diferem em termos da qualidade da corrente alternada que produzem, do seu custo e do seu tamanho. Exemplos incluem fontes de alimentação ininterrupta, inversores em automóveis ou em centrais de energia solar, por exemplo.
Onde é utilizada energia CA e CC e quais são as vantagens
Tarefas diferentes podem exigir a utilização tanto de corrente alternada como de corrente contínua. Cada tipo de corrente tem as suas vantagens e desvantagens.
Corrente alternada é utilizado principalmente quando as correntes precisam de ser transmitidas a longas distâncias. Este tipo de corrente faz mais sentido em termos de possíveis perdas e custos de equipamento. É por esta razão que a maioria dos aparelhos e maquinaria utiliza apenas este tipo de corrente.
As casas e as empresas, as infra-estruturas e as instalações de transporte estão a uma certa distância das centrais eléctricas, pelo que todas as redes eléctricas são CA. Estas redes alimentam todos os aparelhos domésticos, equipamento industrial e locomotivas de comboios. Há um número incrível de dispositivos alimentados por corrente alternada e é muito mais fácil descrever aqueles que utilizam corrente contínua.
Corrente contínua é utilizado em sistemas autónomos tais como sistemas a bordo de veículos, aviões, embarcações marítimas e comboios eléctricos. É amplamente utilizado na alimentação de microcircuitos em várias aplicações electrónicas, comunicações e outras aplicações onde a interferência e ondulação devem ser minimizadas ou eliminadas. Em alguns casos, essa corrente é utilizada em trabalhos de soldadura eléctrica por meio de inversores. Há mesmo locomotivas ferroviárias que funcionam com sistemas de corrente contínua. Na medicina, essa corrente é utilizada para introduzir medicamentos no corpo por electroforese e para fins científicos para separar diferentes substâncias (electroforese de proteínas, etc.).
Símbolos em aparelhos e circuitos eléctricos
É muitas vezes necessário determinar em que corrente o aparelho está a funcionar. Afinal de contas, ligar um dispositivo operado por corrente contínua a uma fonte de alimentação CA inevitavelmente levará a consequências desagradáveis: danos no dispositivo, incêndio ou choque eléctrico. Existem símbolos internacionalmente reconhecidos para isto códigos para tais sistemas e mesmo cabos com código de cores.
Por exemplo, aparelhos que funcionam em corrente contínua são marcados com uma linha, dois traços sólidos ou uma linha sólida juntamente com uma linha pontilhada por baixo um do outro. Tais correntes são também marcadas com as seguintes letras latinas DC. O isolamento do fio eléctrico nos sistemas CC é colorido a vermelho para corrente positiva e azul ou preto para corrente negativa.
Em aparelhos eléctricos e máquinas, a corrente alternada é indicada pela abreviatura inglesa AC ou por uma linha ondulada. Em diagramas e descrições de dispositivos, é também indicado por duas linhas: uma linha sólida e uma linha ondulada por baixo uma da outra. Os condutores são na maioria dos casos marcados da seguinte forma: fase em castanho ou preto, neutro em azul e terra em verde-amarelo.
Porque é que a corrente AC é utilizada mais frequentemente
Já falámos acima sobre a razão pela qual a corrente alternada é mais comummente utilizada hoje em dia do que a corrente directa. E ainda assim, vamos analisar mais de perto esta questão.
Tem havido um debate sobre qual a corrente é melhor para usar desde a descoberta da electricidade. Existe mesmo uma "guerra de correntes" - uma rivalidade entre Thomas Edison e Nikola Tesla sobre o uso de um tipo de corrente. A luta entre os seguidores destes grandes cientistas durou até 2007, quando a cidade de Nova Iorque mudou para corrente alternada de corrente directa.
A razão mais importante pela qual a corrente alternada é mais frequentemente utilizada é é a capacidade de o transmitir em longas distâncias com perdas mínimas.. Quanto maior for a distância entre a fonte actual e o consumidor final, maior é a resistência dos fios e a perda de calor dos fios.
A fim de obter a potência máxima é necessário aumentar a espessura dos cabos (e assim reduzir a resistência), ou para aumentar a tensão.
Nos sistemas AC, é possível aumentar a tensão com uma espessura mínima do fio, reduzindo assim o custo das linhas eléctricas. Para sistemas de corrente contínua, não existem formas acessíveis e eficientes de aumentar a tensão e, por conseguinte, tais redes requerem ou o aumento da espessura dos condutores ou a construção de um grande número de pequenas centrais eléctricas. Ambos estes métodos são caros e aumentam significativamente o custo da electricidade em comparação com as redes CA.
Com transformadores eléctricos, a tensão CA é eficiente (com eficiências de até 99%) pode variar em qualquer direcção, desde os valores mínimos aos máximos, o que é também uma das vantagens importantes das redes CA. A utilização de um sistema CA trifásico aumenta ainda mais a eficiência, e máquinas como os motores que funcionam em redes de energia CA são muito mais pequenas, mais baratas e mais fáceis de manter do que os motores CC.
De tudo o que foi dito, podemos concluir que a utilização de corrente alternada é benéfica em grandes redes e na transmissão de energia eléctrica a longas distâncias, enquanto que para o funcionamento preciso e eficiente de dispositivos electrónicos e para dispositivos autónomos é aconselhável a utilização de corrente contínua.
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