Ciências da Natureza - Física - Aula I

:: Prof. Idelfrânio Moreira

LIÇÃO 1 – ENERGIA ELÉTRICA: GERAÇÃO, DISTRIBUIÇÃO, CONSUMO E ECONOMIA

A figura ilustra uma “shakeflashlight” (dos termos, em inglês, ‘shake’ = agitar e ‘flashlight’ = lanterna), que é um tipo de lanterna que não precisa de pilhas para funcionar. Seu circuito possui um ímã (“magnet”) que passa por dentro de uma bobina (“coil”) – quando a lanterna é agitada – e um capacitor – que fica entre a bobina e um LED (acrônimo de “Light EmittingDiode”, ou seja, diodo emissor de luz), que nada mais é do que a lâmpada da lanterna. Entre a bobina e o capacitor há ainda um elemento retificador (“rectifier”), cuja função é converter corrente alternada em corrente contínua.

Para usar a lanterna, é preciso agitá‐la alguns segundos, até que o capacitor esteja completamente carregado. Depois de ligada pode ser utilizada como uma lanterna comum, até que a iluminação diminua.

Então, basta agitá‐la novamente para mais um tempo de utilização. E fazer isso sempre que o capacitor descarregar. Segundo informações de fabricantes, algumas lanternas deste tipo podem fornecer iluminação por até uma hora após agitadas por trinta segundos apenas!

(Informações obtidas em www.shakeflashlights.com)

Esse tipo de lanterna, como qualquer outro aparelho elétrico, precisa ser percorrida – internamente – por uma corrente elétrica (uma ‘amperagem’1) para funcionar. Para que haja esta corrente, é necessária uma d.d.p. (diferença de potencial, uma tensão elétrica; enfim, uma ‘voltagem’2). Resumindo, ela também precisa receber energia (elétrica) para funcionar – apesar de não exigir pilhas convencionais para consegui‐la!

Lembre‐se: a energia não pode ser criada, ela precisa ser transformada! Sendo assim, mesmo que você não precise pagar por uma pilha que faça a lanterna funcionar, mas precisa pagar pelo alimento a partir do qual se obtém energia para agitar a mão (que agita a lanterna)! De um jeito ou de outro, uma fonte de energia é necessária. Algum tipo de energia que venha a ser transformada em energia elétrica no circuito da lanterna e, consequentemente, em energia luminosa, no final. Se não (for) a energia química de uma pilha convencional, mas (será) a energia mecânica da agitação da mão.

Há aparelhos, entretanto, (como os eletrodomésticos da sua casa) para os quais o simples agitar da mão ou mesmo uma pilha convencional não são suficientes. A d.d.p. e a corrente geradas não são suficientes. Por isso conectamos os plugues dos aparelhos às tomadas elétricas nas paredes. Entre aqueles buraquinhos existe uma d.d.p. constantemente. Essa tensão elétrica é mantida graças à rede de transmissão de energia elétrica, a qual é gerada na usina elétrica. No caso específico do nosso Brasil, quase sempre uma usina do tipo HIDROelétrica (hidrelétrica). Segundo a Eletrobras³, “O Brasil é o 3º maior produtor de energia hidrelétrica do mundo, ficando atrás apenas da China e do Canadá. Estão em atividade atualmente no país cerca de 201 usinas hidrelétricas. Itaipu, a maior geradora do planeta, é uma usina binacional em parceria com o Paraguai. Xingó e Paulo Afonso, no rio São Francisco. Furnas, em Minas Gerais. Tucuruí, no Pará, uma das primeiras a explorar o potencial dos rios da Amazônia.”

Numa usina desse tipo, a energia potencial gravitacional do grande volume de água represada é convertida em energia cinética durante a queda, o que põe em movimento grandes turbinas. A partir daí, uma ‘voltagem’ e uma ‘amperagem’ são induzidas eletromagneticamente. O Ceará (Fortaleza), por exemplo, recebe energia elétrica do complexo de Paulo Afonso, que fica na Bahia. Agora imagine toda essa distância percorrida pelos cabos das linhas de transmissão, todos os transformadores de tensão e toda a manutenção que isso exige...

O Dicionário Houaiss da Língua Portuguesa define ‘eletrodoméstico’ como um ‘utensílio ligado à eletricidade e usado para proporcionar comodidade, lazer ou auxiliar nas tarefas domésticas’. Podemos pensar, então, nos ventiladores (comodidade), nos aparelhos de televisão (lazer) e nos liquidificadores (auxílio nas tarefas domésticas), por exemplo. Perceba, entretanto, que a manutenção dessa comodidade e lazer exige o consumo de energia elétrica, pela qual pagamos mensalmente. Quanto maior o consumo de sua residência, maior o valor a pagar, logicamente. O que nos leva a questionar: quais os fatores decisivos para o consumo da energia elétrica?

Basta observar a fatura da conta de energia elétrica (que muitos chamam ‘conta de luz’). Nela você encontrará a ‘leitura atual’, a ‘leitura anterior’ e o ‘consumo’, que é a diferença entre as duas leituras (na figura: 1599 – 1557 = 42). Note que o ‘consumo’ está medido em kWh (que se lê ‘quilowatt‐hora’ e não ‘quilowatt POR hora’, como alguns dizem).

Sendo 'watt' (W) a unidade de medida da potência (elétrica, nesse caso) dos aparelhos e 'hora' (h) a unidade de medida do tempo de uso (durante o mês, claro), temos que a ‘energia elétrica consumida’ equivale ao produto da potência pelo tempo.

Sendo assim, quanto maiores as potências dos aparelhos e quanto mais tempo ficarem ligados, maior será o consumo de energia elétrica. Por isso mesmo, o consumo consciente exige a troca, por exemplo, de lâmpadas incandescentes por fluorescentes, que iluminam igualmente com uma potência – e um consumo de energia – menor. Além disso, o cuidado para não deixar luzes acesas em ambientes em que não há ninguém, não dormir com a televisão ligada, retirar aparelhos da tomada para não deixar as luzinhas de ‘stand‐by’ acesas desnecessariamente, são exemplos de redução no tempo de utilização dos aparelhos. Atitude que também reduz a demanda por energia elétrica.

O próximo questionamento pertinente é sobre a potência elétrica de cada aparelho. Quais grandezas a determinam? Ora, o funcionamento de qualquer aparelho depende – como dito anteriormente – de uma corrente elétrica que circula em seu interior. E esta corrente surge quando há uma diferença de potencial nos terminais do plugue do aparelho (conectado a uma tomada elétrica). Assim, temos a tensão elétrica e a corrente elétrica como as grandezas determinantes da potência elétrica de um aparelho.

Agora uma pergunta instigante: se todos os aparelhos são ligados a tomadas com a mesma d.d.p., por que cada aparelho tem uma corrente elétrica diferente?! Isso pode ser explicado pela 1a lei de Ohm, da eletrodinâmica, que define a grandeza física 'resistência elétrica'de cada elemento de um circuito elétrico. A resistência elétrica é, exatamente, segundo a definição de Ohm, a relação entre o valor da d.d.p. e a intensidade da corrente elétrica.

Assim, cada aparelho equivale a uma resistência elétrica que define a intensidade da corrente elétrica circulante, mesmo que aparelhos diferentes sejam ligados a tensões elétricas iguais. Pode‐se igualmente afirmar que tensões elétricas (d.d.p.) diferentes geram correntes elétricas de diferentes intensidades num mesmo aparelho. E isso é uma coisa que merece atenção!

Acontece que, se um aparelho for ligado a uma tensão menor do que a necessária para seu funcionamento, ele pode não funcionar adequadamente ou, até mesmo, nem funcionar, visto que a corrente elétrica gerada em seu interior será também menor do que a necessária para seu funcionamento normal. Entretanto, se o aparelho é ligado a uma tensão maior do que aquela para a qual ele foi construído, a corrente elétrica circulante em seu interior será mais intensa do que ele pode suportar. É importante saber que parte da energia de uma corrente elétrica é – sempre! – transformada em calor no circuito. É o chamado efeito Joule. De tal modo que uma corrente elétrica mais intensa do que aquela para a qual o circuito foi projetado pode significar super aquecimento e a possível 'queima' do aparelho.

Representando matematicamente todas as grandezas físicas citadas e as relações de proporção entre elas, temos:

E Energia, em KWh	=	P Potência, em KW	.	← T Tempo, em h
P Potência em W	=	U d.d.p. ou tensão, em V	.	i Corrente, em A
R Resistência, em ∅	=	U d.d.p ou tensão em V	/	i Corrente em A

Ao longo do texto foram utilizados alguns termos que merecem melhor esclarecimento:

¹ amperagem: a intensidade da corrente elétrica, pelo Sistema Internacional de Unidades, tem como unidade de medida o 'ampère' (de símbolo A). Daí, a intensidade de corrente elétrica ser, popularmente, conhecida por 'amperagem'.

² voltagem: da mesma forma que a 'amperagem', o termo popular ‘voltagem’ vem da unidade de medida do SI para a tensão elétrica (ou d.d.p.), que é o 'volt' (de símbolo V).

³ A Eletrobras é uma empresa de capital aberto, controlada pelo governo brasileiro, que atua nas áreas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica.

⁴ Na tabela acima, a unidade de medida da resistência elétrica (R), cujo símbolo é a letra grega ômega (ω), representa a unidade de medida (do SI) denominada 'ohm'.

Geralmente feitos de estanho ou chumbo, eles derretem quando a corrente elétrica fica acima de certo valor. Ao se romperem, cortam o circuito elétrico. Fusíveis, como vimos, são importantes para aparelhos elétricos, que queimam quando percorridos por corrente elétrica maior que seu limite. Assim, em caso de risco, o fusível queima primeiro. Em nossas casas, usamos disjuntores, que fazer o mesmo papel, mas não são descartáveis. Depois de restabelecida a corrente elétrica normal, basta ligá‐la novamente.

O prof. Idelfranio disponibilizou as resoluções de todas as questões no canal de vídeos da Física Marginal.

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