ELETRICIDADE

A eletricidade está presente em praticamente todos os momentos do nosso dia a dia, quando acendemos uma lâmpada, guardamos um alimento na geladeira, ao assistirmos à TV, etc. Portanto, precisamos dela para viver com qualidade e conforto.

O nome eletricidade provém do vocábulo grego êlektron (âmbar), devido ao conhecimento que havia desde a antiguidade, observado, entre outros, por Tales de Mileto, do fenômeno da atração eletrostática de corpos ligeiros provocados por uma vareta de âmbar previamente friccionada (eletrificação por fricção).

A eletricidade é definida como a parte da ciência que estuda fenômenos que ocorrem graças à existência de cargas elétricas nos átomos que compõem a matéria.Segundo a lei da conservação da energia, é uma das formas que pode adotar a energia e que dá lugar a múltiplos fenômenos, tais como caloríficos, mecânicos, luminosos etc.Lembrando que os átomos são formados por prótons (portadores de carga positiva), nêutrons, que ficam no núcleo atômico, e por elétrons (portadores de cargas negativas) localizados ao redor do núcleo, em uma região denominada eletrosfera.

§  Descargas Elétricas da Natureza

Mais conhecido como raio, ele é uma descarga elétrica de grande intensidade que ocorre na atmosfera, entre regiões eletricamente carregadas. Um raio dura em média meio segundo. Nesse intervalo de tempo vários fenômenos ocorrem entre eles os fenômenos físicos e climáticos, como por exemplo, o relâmpago que vem de uma intensa emissão de radiação eletromagnética, e pelo trovão, além de outros fenômenos associados.

Para que um raio possa ocorrer é necessário que existam cargas de sinais opostos entre nuvens ou entre nuvens e o solo, quando isso ocorre, a atração entre as cargas é tão grande que provoca a descarga elétrica. Tais cargas foram nomeadas de cargas positivas e cargas negativas por Benjamin Franklin, por volta de 1750, século XVIII, quando esse realizou grandes descobertas sobre a eletricidade. Além de identificar o sinal das cargas, positivas e negativas, Franklin demonstrou de modo experimental que os raios são um fenômeno de natureza elétrica.

§  Tipos de Raios

o   Raios entre nuvens e solo: Esses raios é o mais preocupante de todos.Pesquisas indicam que cerca de 100 milhões de raios nuvem-solo acontecem no Brasil todo ano e a maior parte deles ocorre na Amazônia, provavelmente pelo fator climático da região. Os raios entre nuvens e solo podem ser do tipo nuvem-solo ou solo-nuvem. A formação de raios entre nuvens e solo é bem conhecida. Os nuvem-solo corresponde a quase 99% dessas descargas, enquanto que os solo-nuvem é raro, acontecendo geralmente no topo das montanhas ou em estruturas altas, como por exemplo, torres e edifícios.

o   Raios entre nuvens:Esses raios são os menos preocupantes. Os relâmpagos que esses raios geram podem ser vistos por nós e fazem cerca de 70% do total que atingem nosso planeta.Suas descargas podem ocorrer de três maneiras: no interior das nuvens, chamados de descargas intra-nuvem; entre duas ou mais nuvens, as descargas nuvem-nuvem; e para fora da nuvem, sem atingir o solo que são conhecidas como descargas para o ar.

ELETROQUÍMICA

§  O que é?

A eletroquímica é basicamente a transformação de energia química para energia elétrica, e vice-versa.

§  Como é gerada?

Essas transformações ocorrem através da redução e da oxidação de elétrons, mais conhecida como reação de oxirredução.

A transformação que perde elétrons passa por uma oxirredução e fica com o nox (número de oxidação) maior.

Já a transformação que ganha elétrons passa por uma redução e com isso o seu nox fica menor.

§  Aonde encontramos?

o   Na Medicina: Está presente no marca-passo usado por pacientes com problemas cardíacos.

o   Nas Indústrias: Estão presentes, na galvanoplastia que é um processo usado para cromar peças de automóveis como, por exemplo, os para-choques e na fabricação de semijoias.

o   Em Casas: Podem ser encontradas em brinquedos infantis, lanternas, controles de TVs e etc.

§  Pilhas e Baterias

Dentro das pilhas são colocadas certas substâncias químicas que reagem simplesmente transferindo elétrons por meio da reação de oxirredução. As pilhas possuem dois eletrodos, que são:

o   Ânodos: polo negativo que ocorre a oxirredução

o   Cátodo: polo positivo que ocorre a redução

As baterias se constituem de placas positivas e negativas, mergulhadas numa solução aquosa chamada eletrólito ou mergulhadas em um gel pastoso.

As pilhas e baterias também possuem um eletrólito, que é uma solução condutora de íons. Assim, forma-se um fluxo de elétrons entre esses polos que resulta na formação de uma corrente elétrica que pode ser utilizada para que diversos aparelhos elétricos funcionem.

As pilhas e baterias podem ser classificadas em primárias ou secundárias, sendo que as primárias são recarregáveis e as secundárias não.

§  Pilhas e Baterias Primárias

Quando o reagente é todo consumido e a reação de oxirredução que ocorre dentro delas para, essas pilhas devem ser descartadas.

o   Pilha seca de Leclanché ou pilha ácida: Também chamada de pilha de zinco/dióxido de manganês, pois o seu ânodo é um invólucro de zinco; enquanto o cátodo formado por um bastão de grafite que fica no centro e está envolvido por uma camada de dióxido de manganês, carvão em pó e uma pasta úmida de cloreto de amônio e cloreto de zinco. Ex:

Ânodo: Zn (s) → Zn2+(aq) + 2 e-

Cátodo: 2 MnO2(aq) + 2 NH4 1+(aq) + 2e- → 1 Mn2O3 (s) + 2NH3(g) + 1 H2O(l)

Reação Global: Zn (s) + 2 MnO2(aq) + 2 NH41+(aq) → Zn2+(aq) + 1 Mn2O3(s) + 2NH3(g)

o   Pilha alcalina: tem o mesmo esquema da pilha de zinco/dióxido de manganês, porém, com a diferença de que o eletrólito é uma base, e não um ácido. No lugar do cloreto de amônio é utilizado o hidróxido de sódio ou de potássio. Ex:

Ânodo: Zn + 2 OH → ZnO + H2O + 2e-

Cátodo: 2 MnO2 + H2O + 2e-→ Mn2O3 + 2 OH

Reação global: Zn +2 MnO2→ ZnO + Mn 2O3

o   Baterias de lítio:O ânodo é o lítio, o cátodo é o dióxido de manganês, e o eletrólito é uma solução salina. Ex:

Semirreação do Ânodo: Li → Li+ + e−

Semirreação do Cátodo: MnO2 + Li+ + e− → MnO2(Li)

Reação global: Li + MnO2 → MnO2(Li)

§  Pilhas e Baterias Secundárias

Podem ser recarregadas por um carregador específico do próprio aparelho, ou seja,as reações envolvidas no funcionamento desses aparelhosacontecem no sentido contrário, corrigindo os reagentes e permitindo que a bateria seja utilizada novamente.

o   Baterias de chumbo usadas em automóveis:O ânodo dessa bateria é formado por placas de chumbo metálico e o cátodo é formado por placas de chumbo coberto de PbO2(s). O chumbo oxida-se, perdendo elétrons, enquanto o dióxido de chumbo reduz-se, ganhando elétrons. Ex:

Ânodo: Pb +HSO41-+ H2O ↔ PbSO4 + H3O1+ + 2e-

Cátodo: PbO2 + HSO41-+ 3H3O1+ + 2e-↔ PbSO4 + 5 H2O

Reação global: Pb + PbO2 + 2 HSO41-+ 2 H3O1+↔ 2 PbSO4 + 4 H2O

o   Bateria de celular:O cátodo dessa bateria é um composto de óxido de lítio e cobalto, e o ânodo é o carbono, sendo que esses dois eletrodos estão separados por um eletrólito não condutor.

O seu funcionamento ocorre pelo movimento dos íons de lítio do ânodo em direção ao cátodo através do eletrólito. Ex:

Ânodo: LiyC6 (s) + y Li+(solv) + y e-→Lix+yCoO2(s)

Cátodo: LixCoO2 (s) + y Li+(s) + y e-→Lix+yCoO2(s)

Reação Global: LiyC6(s) → 6 C (s) + y Li+ (solv) + y e-

o   Pilha ou Bateria de níquel/cádmio:O ânodo dessa bateria é uma liga de ferro e cádmio, e o cátodo é coberto por uma camada de óxido de níquel III. Ex:

Ânodo: 1Cd(s) + 2 OH-(aq) → 1 Cd(OH)2(s) + 2e-

Cátodo: 2 NiOOH + 4 H2O(?) + 2e- → 2 Ni(OH)2 . H2O(s) +2 OH-(aq)

Reação global: 1 Cd(s) + 2 NiO(OH) + 2 H2O(?) → 1 Cd(OH)2(s) + 2 Ni(OH)2(s)

o   Bateria de Hidreto Metálico/Óxido de Níquel:Semelhante a bateria de níquel-cádmio, mas com a modificação de que o ânodo é constituído por uma liga metálica que contém hidrogênio absorvido, formando um hidreto metálico. Ex:

Ânodo: MH(s) + OH-(aq) → M(s) + H2O(?) + e-

Cátodo: NiOOH(s) + 2 H2O(?) + e- → Ni(OH)2 . H2O(s) + OH-(aq)

Reação global: 1 Cd(s) + 2 NiO(OH) + 2 H2O(?) → 1 Cd(OH)2(s) + 2 Ni(OH)2(s)

§  Diferença entre as Pilhas e Baterias

As pilhas possuem somente dois eletrodos, enquanto isso, as baterias são formadas por várias pilhas conectadas em série ou em paralelo, ou seja, possuem vários eletrodos, o que aumenta a sua voltagem.

§  Eletrólise

Uma forma inversa que ocorre também nas pilhas e baterias, onde a sua transformação passa de energia elétrica para energia química.A passagem de corrente elétrica vinda de uma pilha ou bateria, por um sistema líquido, produz reações de oxirredução.

ENERGIA EÓLICA

§  O que é?

A energia eólica é produzida a partir da força dos ventos que é captada por hélices ligadas a uma turbina que aciona um gerador elétrico. Ela é abundante, renovável, limpa e disponível em muitos lugares. Essa energia é gerada por meio de aerogeradores, em que a quantidade de energia transferida em função da densidade do ar, da área coberta pela rotação das hélices (pás) e da velocidade do vento.

Essa energia eólica, ela é uma forma de obtenção de energia de fontes totalmente renováveis e puras, não produz qualquer tipo de poluente. Sendo por isso, umas das principais promessas no campo das fontes renováveis de energia.

§  Como é Gerada?

Grandes turbinas (aerogeradores), em formato de cata-vento, são colocadas em locais abertos e com boa quantidade de vento. Através de um gerador, o movimento destas turbinas gera energia elétrica. Ainda em desenvolvimento para a exploração da energia eólica, propõe uma forma inovadora de aproveitar a energia do vento a grandes altitudes. Este sistema adota um par de bolas aereostatici que se movem horizontalmente a uma altitude de 800 metros. Os cabos transmitem movimento giratório para uma base em terra. Esse movimento do cabo vem utilizado para ligar um gerador para produzir eletricidade.

§  Uso no Brasil

De acordo com a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), o Brasil possui 248 megawatts (MW) de capacidade instalada de energia eólica, derivados de dezesseis empreendimentos em operação. O Atlas do Potencial Eólico Brasileiro, elaborado pelo Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (Cepel), mostra um potencial bruto de 143,5 GW, o que torna a energia eólica uma alternativa importante para a diversificação do "mix" de geração de eletricidade no País. O maior potencial foi identificado na região litoral do Nordeste e no Sul e Sudeste. O potencial de energia anual para o Nordeste é de cerca de 144,29TWh/ano; para a região Sudeste, de 54,93 TWh/ano; e, para a região Sul, de de 41,11 TWh/ano.

Os estados que mais geram energia eólica:

1º. Rio Grande do Norte (3.654,2 mil megawatts);

2º. Ceará (2.325,7 mil megawatts);

3º. Bahia (1.978,9 mil megawatts);

4º. Rio Grande do Sul (1.978,9 mil megawatts);

5º. Piauí (951,6 mil megawatts);

6º. Pernambuco (534,5 mil megawatts);

7º. Santa Catarina (236,4 mil megawatts);

8º. Paraíba (69,0 mil megawatts);

9º. Sergipe (34,5 mil megawatts);

10º. Rio de Janeiro (28,1 mil megawatts).

O fato de que energia eólica seja uma fonte de energia higiênica, limpa, renovável e ecológica não significa que seu impacto ambiental seja nulo. Esse tipo de energia, porém, ajuda a reduzir a contaminação causada pela queima dos combustíveis fósseis. Realizando uma análise um pouco mais profunda, podemos constatar algumas vantagens e desvantagens da energia eólica, que devem ser levadas em consideração na hora de escolher a energia que melhor se adapta à determinado ambiente, situação e objetivo.

Vantagens

§  É uma tecnologia inesgotável;

§  Não emite gases poluentes e não gera resíduo;

§  Os parques eólicos podem ser utilizados também para outros meios, como a agricultura e a criação de gado;

§  É uma das fontes mais baratas de energia, podendo competir em termos de rentabilidade com as fontes de energia tradicionais;

§  Não requer uma manutenção frequente, uma vez que sua revisão é semestral;

§  Em menos de seis meses o aerogerador recupera a energia que foi gasta para ser fabricado.

Desvantagens

§  Como é preciso de um fenômeno da natureza para funcionar, às vezes a energia não é gerado em momentos necessários, o que torna difícil a integração da produção dessa tecnologia;

§  Pode ser superada pelas pilhas de combustível (H2) ou pela técnica da bombagem hidroelétrica;

§  Os parques eólicos geram um grande impacto visual devido aos aerogeradores;

§  Causa impacto sonoro, pois o vento bate nas pás produzindo um ruído constante de aproximadamente 43 decibéis, tornando necessário que as habitações mais próximas estejam no mínimo a 200 metros de distância;

§  Pode afetar o comportamento habitual de migração das aves.

ENERGIA ESTÁTICA

§  O que é Energia Estática?

A energia estática pode ser considerada um excesso ou uma falta de elétrons em algum corpo, objeto ou local. Quando utilizamos o termo “estática” para referirmos a eletricidade queremos dizer a uma condição em que um corpo está carregado, ou seja, está com  um  número diferente entre prótons e elétrons pelo simples fato de ter perdido ou ganhado elétrons no contado com o ambiente.

Isso causa uma necessidade de descarga para que o corpo volte a ser eletricamente equilibrado ou neutro. O problema é que, quanto mais este corpo carregado entra em contato com meios não condutores maiores carga ele armazenará.

§  Aonde contém a energia estática?

Assim que tocamos em alguém, ou em um objeto, descarregamos uma certa quantidade de elétrons, e nesse momento sentimos a sensação do choque. Materiais como vidro, plástico ou até mesmo tecido não favorecem a movimentação de elétrons, e, no entanto, se você tocar um desses objetos, não sofrerá a descarga, ao contrário dos metais que são ótimos condutores. As condições climáticas também interferem bastante, já que no verão a umidade contida no ar alivia a carga extra que nosso corpo acumula. Portanto, em dias mais frios as condições aumentam, pois nessa época a umidade é menor que no verão.

Atividades diárias que causam a Descarga Eletrostática (ESD)

ù  Caminhar sobre um carpete - 1.500 a 35.000 volts;

ù  Caminhar sobre um piso de Vinil sem tratamento - 250 a 12.000 volts;

ù  Sentar em uma cadeira com estofamento em Vinil - 700 a 6.000 volts;

ù  Utilizar um envelope em Plástico Comum - 600 a 7.000 volts;

ù  Atritar um plástico comum em uma cadeira com estofamento em vinil 1.200 a 20.000 volts.

§  Efeitos da eletricidade estática

Quando sentimos um choque de energia estática, estamos experimentando uma descarga de no mínimo uns 3.000 volts . Enquanto é possível sentir uma descarga eletrostática de 3.000 volts, cargas menores estarão abaixo da sensibilidade humana. Usualmente pequenas cargas podem danificar dispositivos semicondutores, estes componentes de alta tecnologia utilizados hoje podem ser prejudicados por cargas menores que 100 volts. Alguns destes componentes sofisticados irão ser danificados por cargas baixas como 10 volts. É necessário estar atento aos danos provocados por ESD no trabalho diário. Os efeitos da ESD sobre os componentes eletrônicos serão invariavelmente destrutivos. Após uma descarga eletrostática o componente pode apresentar falha total, degradação de desempenho, redução de expectativa de vida ou operação errada.

Principais Geradores de ESD.

ù  Desenrolar fita isolante;

ù  Embalagem plástica sobre bancada;

ù  Papel (revistas, livros);

ù  Saco bolha branco;

ù  Roupas de nylon e acrílico ou lã;

ù  Caminhar sobre piso isolante;

ù  Utilização de escova inadequada;

ù  O próprio corpo humano;

ù  Isopor

§  Como evitar e eliminar a energia estática?

É necessário evitar ao máximo o contato frequente com outros objetos. Afinal, a maneira mais fácil de ganhar ou perder elétrons é pressionando suas mãos ou pés em objetos como tapetes e blusas de lã. Na questão das roupas, tente usar sempre peças feitas de fibras naturais, como o algodão, já que fibras sintéticas, como por exemplo, o nylon e o poliéster costumam acumular mais energia estática.

Normalmente quem costuma secar os cabelos antes de penteá-los, pode usar um secador com emissor de íons, que ajuda a neutralizar a carga acumulada nas mechas.

Além disso, há também as pulseiras antiestáticas, que podem ser usadas diariamente. Porém, não adianta somente usá-las é necessário também que elas sejam conectadas a um sistema de aterramento para que a energia seja totalmente descarregada.