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> A descobertA dA eletricidAdePor volta de 600 AC descobriu-se que esfregando um pedao de mbar criava-se um excesso de carga que atraa pequenos pedaes de palha. J nos anos 1600 DC, a palavra eltrico foi introduzida para descrever este efeito. Ela derivava da palavra grega para mbar: elektron. Benjamin Franklin demonstrou a origem eltrica do raio em 1745 com seus experimentos com pipas durante tempestades. Ele props a existncia de dois tipos diferentes de carga: positiva e negativa. Em 1800, Alessandro Volta produziu uma corrente eltrica constante colocando placas de cobre e zinco numa soluo salina (com sal). Essa pilha voltaica foi a primeira bateria. A prxima descoberta foi feita em 1820, quando Andre-Marie Ampre estabeleceu a relao entre a corrente eltrica e o magnetismo. O passo final e crucial foi a descoberta da induo eletromagntica por Michael Faraday em 1831. Ele descobriu que magnetismo poderia criar eletricidade movendo-se um magneto atravs de uma bobina. Isso criou o caminho para o desenvolvimento dos geradores de eletricidade e, em 1881, o primeiro suprimento pblico de energia foi feito em Godalming (Reino Unido) para iluminao pblica.

A eletricidAde A formA de energiA mais comumente usada para diversas tarefas, indo do mais simples aquecimento e iluminao at a energizao de computadores que realizam as mais complexas aplicaes. no mundo moderno, a energia eltrica tida como uma concesso. Sua produo, distribuio, uso e confiabilidade so to comuns que s damos conta da sua importncia quando a energia cortada ou o disjuntor desarma.

> como A eletricidAde flui?Em metais e alguns outros materiais, partculas negativamente carregadas, chamadas eltrons, so livres para se mover dentro do material. Estes materiais so chamados de condutores. Quando uma bateria conectada a um condutor, uma diferena de potencial criada entre os pontos de contato e os eltrons fluem contra o gradiente de potencial. Como os eltrons so partculas com carga negativa, contra o gradiente de potencial significa que eles vo da ponta negativa para a ponta positiva do condutor. Esse fluxo conhecimento como corrente eltrica. Ela pode ser corrente

contnua (CC ou DC, da sigla em ingls) se flui continuamente na mesma direo, ou corrente alternada (AC) se a direo de fluxo alterna-se para um lado e outro.

> A relAo entre corrente e diferenA de potenciAl eltrico

Georg Simon Ohm descobriu que a quantidade de corrente que flui atravs de um determinado material proporcional diferena de potencial aplicada a ele. Sua famosa lei estabelece que V = RI. Se uma certa diferena de potencial V aplicada a um condutor, o valor da corrente que flui inversamente proporcional resistncia R do condutor.

> o AmpreA unidade de base SI para quantidades eltricas o ampre. Sua definio, adotada em 1948 : O ampre a intensidade de uma corrente eltrica constante que, mantida em

dois condutores paralelos, retilneos, de comprimento infinito, de seo circular desprezvel, e situados distncia de 1 metro entre si, no vcuo, produz entre estes condutores uma fora igual a 2 x 10-7 newton por metro de comprimento.

> medindo correntes eltricAs

A medio de uma corrente eltrica contnua pode ser realizada usando um galvanmetro. Este instrumento funciona com o princpio de que uma agulha magntica colocada prxima a um condutor no qual flui uma corrente contnua, defletida na direo perpendicular dele. O quanto ela deflete proporcional ao valor da corrente. Em 1823, Johann Schweiger amplificou este efeito usando uma bobina para produzir o primeiro galvanmetro funcional.

> reAlizAo modernA do Ampre e do volt

> reAlizAo futurA do AmprePadres futuros de corrente podero ser baseados na contagem de eltrons fluindo em sofisticados circuitos semicondutores. Num dispositivo ainda em pesquisa, eltrons isolados podem ser levados por uma onda acstica de superfcie (fnons) que percorre o dispositivo. A corrente pode ser facilmente comparvel teoria, j que ela simplesmente a carga de um eltron vezes frequncia do nmero de eltrons carregados pela onda.

> fontes AlternAtivAs de energiAA maioria da energia eltrica usada em todo o mundo produzida por geradores contendo um magneto rotativo. Essas turbinas so em geral giradas por queda dgua ou vapor produzido pela queima de combustvel fssil (leo ou gs, por exemplo). No mundo, fontes renovveis de energia, contudo, tornam-se cada vez mais comuns e aumenta a exigncia pelo seu uso, substituindo as usinas que usam combustvel fssil ou nuclear. No Brasil, 85,4% da energia eltrica gerada por sistemas hidrulicos. Tambm cresce muito no Brasil a pesquisa para uso de biomassa, outra fonte renovvel. Fontes alternativas incluem painis solares, gerados elicos, entre outros. Painis solares convertem luz do sol diretamente em eletricidade, mas so em geral de pouca eficincia. No caso de geradores elicos, o vento usado para movimentar as turbinas.

> veculos eltricosDevido ao avano no desenho de baterias eltricas, veculos abastecidos por eletricidade tornaram-se uma realidade, apesar de sua incidncia entre os consumidores ser baixa. J existem hoje carros eltricos que podem viajar a velocidades da ordem de 120 km/h e necessitam de recarga a cada 100 km. Automveis mistos ou hbridos tambm esto em desenvolvimento e combinam o melhor de motores eltricos com motores a combusto para produzir veculos com baixos ndices de poluio e boa velocidade e alcance.

> supercondutoresSupercondutores so materiais, como os metais e certas ligas, que apresentam resistncia eltrica zero a baixas temperaturas, tipicamente abaixo de -260 oC. Supercondutores so usados para fabricar eletromagnetos poderosos, mas as temperaturas necessrias para que as propriedades supercondutoras apaream so to baixas que dificultam seu uso cotidiano. Novos tipos de materiais, conhecidos por supercondutores a alta temperatura, permanecem como supercondutores temperaturas muito mais altas, prximo de -200 oC. Infelizmente, estes materiais so frgeis e no podem ser trabalhados em fios. Se os supercondutores puderem ser usados como cabos para transmisso de energia, no haveria perda de energia em sua transmisso.

O ampre difcil de ser realizado na prtica com suficiente exatido. Assim, ele pode ser realizado atravs do watt (a unidade SI para potncia). A potncia eltrica gerada em um experimento controlado comparada potncia mecnica e, usando-se uma medio de resistncia de grande exatido, o ampre pode ser calculado (Potncia = Resistncia x Corrente2).

O volt reproduzido no Inmetro usando um equipamento com efeito Josephson de corrente alternada. Devido a este efeito, a diferena de potencial entre os dois supercondutores separados por uma fina barreira isolante e nos quais aplicada uma excitao alternada (micro-ondas) assume valores discretos dependentes da constante de Josephson (KJ = 483597,9 Ghz/V) e da frequncia da excitao. Este procedimento fornece tenses que so estveis e reproduzveis a um nvel de aproximadamente 0,001 parte por milho, atualmente.

ESCALA DE CORRENTE

Corrente tpica em um raio 30.000 A

Chaleira eltrica 10 A

Computador 1 A

Lmpada incandescente domstica

0,25 A

Corrente letal tpica 0,1 - 0,2 A

Corrente de um poraqu 0,07 A

Corrente tpica em impulsos nervosos no crebro

0,000 000 010 A = 10 x 10-9 A

Corrente correspondente a um eltron por segundo passando em um ponto de um circuito

0,000 000 000 000 000 000 16 A = 1,6 x 10-19 A

Supercondutor

Temperatura = 4,2 K

Isolante Corrente de Polarizao

Supercondutor

f

l = Corrente de Polarizao

4fKJ3fKJ2fKJ

fK

Representao esquemtica de uma juno Josephson. Plats discretos de diferena de potencial caractersticos de uma juno Josephson.

Os direitos de traduo e adaptao foram gentilmente cedidos pelo National Physical Laboratory - NPL do Reino Unido. Traduo e adaptao organizada pelo Centro de Capacitao - CICMA do Inmetro.

Todos os direitos reservados de acordo com a legislao em vigor.

Energia liberada na forma de calor

Bateria

Condutor

Negativo

Positivo

Eltrons