Historia da Eletricidade

Hist�ria da Eletricidade - Prof� Augusta Schimidt

Para ensino fundamental (4� s�rie)

Foi descoberta por um filosofo grego chamado Tales de Mileto que, ao esfregar um �mbar a um peda�o de pele de carneiro, observou que peda�os de palhas e fragmentos de madeira come�aram a ser atra�das pelo pr�prio �mbar.
Do �mbar (gr. elektron) surgiu o nome eletricidade. No s�culo XVII foram iniciados estudos sistem�ticos sobre a eletrifica��o por atrito, gra�as a Otto von Guericke. Em 1672, Otto inventa uma maquina geradora de cargas el�tricas onde uma esfera de enxofre gira constantemente atritando-se em terra seca. Meio s�culo depois, Stephen Gray faz a primeira distin��o entre condutores e isolantes el�tricos
�mbar � um mineral transl�cido, quase amarelo. Pr�ximo do ano 600 AC., os gregos descobriram uma peculiar propriedade deste material: quando esfregado com um peda�o de pelo de animal, o �mbar desenvolve a habilidade para atrair pequenos peda�os de plumas. Por s�culos essa estranha e inexplic�vel propriedade foi associada unicamente ao �mbar.
Dois mil anos depois, no s�culo XVI, William Gilbert provou que muitas outras subst�ncias s�o "el�tricas" (palavra origin�ria do termo em grego para �mbar, elektron) e que elas podem apresentar dois efeitos el�tricos. Quando friccionado com peles o �mbar adquire uma "eletricidade de resina", entretanto o vidro quando friccionado com a seda adquire o que eles chamaram de "eletricidade v�trea", o que eles descobriram foram as cargas positivas e negativas. Eletricidade repele o mesmo tipo e atrai o tipo oposto. Cientistas pensavam que a fric��o realmente criava a eletricidade, por�m eles n�o notavam que uma igual quantidade de eletricidade oposta ficava na pele ou na seda.
Em 1747, Benjamin Franklin na Am�rica e William Watson (1715-1787) na Inglaterra independentemente chegaram a mesma conclus�o: todos os materiais possuem um tipo �nico de "fluido el�trico" que pode penetrar no material livremente, mas que n�o pode ser criado e nem destru�do. A a��o da fric��o simplesmente transfere o fluido de um corpo para o outro, eletrificando ambos. Franklin e Watson introduziram o princ�pio da conserva��o de carga : a quantidade total de eletricidade em um sistema isolado � constante.
Franklin definiu o fluido, que correspondia a eletricidade v�trea, como positiva e a falta de fluido como negativo. Portanto, de acordo com Franklin, a dire��o do fluxo (corrente) era do positivo para o negativo, por�m atualmente sabe-se que o oposto � vem a ser verdade. Uma segunda teoria com base no fluido foi desenvolvida, subseq�entemente, na qual amostras do mesmo tipo se atraem, enquanto aquelas de tipos opostos se repelem

For�a el�trica

J� era conhecido em 1600 que a for�a repulsiva ou atrativa diminu�a quando as cargas eram separadas. Essa rela��o foi primeiro abordada de uma forma numericamente exata, ou quantitativa, por Joseph Priestley, um amigo de Benjamin Franklin. Em 1767, Priestley indiretamente deduziu que quando a dist�ncia entre dois pequenos corpos carregados � aumentada por um fator, as for�as entre os corpos s�o reduzidas pelo quadrado do fator. Por exemplo, se a dist�ncia cargas � triplicada, a for�a resultante diminui para um nono do valor anterior. Ainda que rigorosa, a prova de Priestley foi t�o simples que ele mesmo n�o ficou plenamente convencido. O assunto n�o foi considerado encerrado at� 18 anos depois, quando John Robinson da Esc�cia fez mais medidas diretas das for�a el�trica envolvida.

Potencial el�trico

Por causa de um acidente, no s�culo XVIII o cientista italiano Luigi Galvani come�ou uma cadeia de eventos que culminaram no desenvolvimento do conceito de voltagem e a inven��o da bateria. Em 1780, um dos assistentes de Galvani noticiou que uma perna de r� dissecada se contraria, quando ele tocava seu nervo com um escalpelo. Outro assistente achou que tinha visto uma fa�sca saindo de um gerador el�trico carregado ao mesmo tempo. Galvani concluiu que a eletricidade era a causa da contra��o muscular da r�. Ele, erroneamente pensou, entretanto, que o efeito era devido � transfer�ncia de um fluido, ou "eletricidade animal", em vez da eletricidade convencional.

Bateria

Em experimentos com o que ele chamava de eletricidade atmosf�rica, Galvani descobriu que uma perna de r� poderia se contrair quando presa por um gancho bronze em uma treli�a de a�o. Outro italiano, Alessandro Volta, um professor da Universidade de Pavia, afirmou que o bronze e o a�o, separados por um tecido �mido de r�, geravam eletricidade, e que a perna de r� era apenas um detector. Em 1800, Volta conseguiu amplificar o efeito pelo empilhamento de placas feitas de cobre, zinco e papel�o �mido respectivamente e fazendo isto ele inventou a bateria.
Uma bateria separa cargas el�tricas atrav�s de rea��es qu�micas. Se a carga � removida de alguma forma, a bateria separa mais cargas, transformando energia qu�mica em energia el�trica. Uma bateria pode produzir cargas, por exemplo, para for��-las atrav�s do filamento de uma l�mpada incandescente. Sua capacidade para realizar trabalho por rea��es el�tricas � medida em Volt, unidade nomeada por Volta. Um volt � igual a 1 joule de trabalho ou energia por cada Coulomb de carga. A capacidade el�trica de uma bateria para realizar trabalho � denominada For�a Eletromotriz, ou fem.

Tens�o

Seja como uma fem ou um potencial el�trico, tens�o � uma medida da capacidade de um sistema para realizar trabalho por meio de uma quantidade de carga el�trica unit�ria. Para exemplificar tens�o tem-se: a voltagem medida em eletrocardiogramas, que fica em torno de 5milivolts, a tens�o dispon�vel nas tomadas das casa de 220V, e al�m disso tem-se o enorme potencial de 10 mil volts existente entre uma nuvem carregada e o ch�o, que � necess�rio para a produ��o de um rel�mpago.
Dispositivos para o desenvolvimento de tens�o inclui baterias, geradores, transformadores e geradores de Van de Graaff.
Algumas vezes altas tens�es s�o necess�rias. Por exemplo, os el�trons emitidos em tubos de televis�o requer mais de 30.000 volts. El�trons se movendo devido a essa tens�o alcan�am velocidades perto de um ter�o da velocidade da luz e tem energia suficiente para produzir um ponto na tela. Essas altas diferen�as de potenciais podem ser produzidas por baixas tens�es alternadas utilizando-se um Transformador.

Choque El�trico

� a passagem de corrente el�trica pelo corpo humano originando efeitos fisiol�gicos graves ou at� mesmo a morte do indiv�duo. A condi��o b�sica para se levar um choque � estar sob uma diferen�a de potencial (D.D.P), capaz de fazer com que circule uma corrente tal que provoque efeitos no organismo.

Efeitos fisiol�gicos da corrente el�trica

TETANIZA��O: � a paralisia muscular provocada pela circula��o de corrente atrav�s dos nervos que controlam os m�sculos. A corrente supera os impulsos el�tricos que s�o enviados pela mente e os anula, podendo bloquear um membro ou o corpo inteiro, e de nada vale nestes caso a consci�ncia do indiv�duo e a sua vontade de interromper o contato.
PARADA RESPIRAT�RIA : quando est�o envolvidos na tetaniza��o os m�sculos dos pulm�es, isto � , os m�sculos peitorais s�o bloqueados e p�ra a fun��o vital da respira��o. Isto trata-se de uma grave emerg�ncia , pois todos n�s sabemos que o humano n�o ag�enta muito mais que 2 minutos sem respirar.
QUEIMADURAS : a corrente el�trica circulando pelo corpo humano � acompanhada pelo desenvolvimento de calor produzido pelo Efeito Joule, podendo produzir queimaduras em todos os graus , dependendo da intensidade de corrente que circular pelo corpo do indiv�duo. Nos pontos de contato direto a situa��o � ainda mais cr�tica, pois as queimaduras produzidas pela corrente s�o profundas e de cura mais dif�cil, podendo causar a morte por insufici�ncia renal.
FIBRILA��O VENTRICULADA : a corrente atingindo o cora��o, poder� perturbar o seu funcionamento, os impulsos peri�dicos que em condi��es normais regulam as contra��es (s�stole) e as expans�es(di�stole) s�o alterados e o cora��o vibra desordenadamente(perde o passo). A fibrila��o � um fen�meno irrevers�vel que se mant�m mesmo depois do descontato do indiv�duo com a corrente, s� podendo ser anulada mediante o emprego de um equipamento conhecido ''desfibrilador''
Eletricidade � uma forma de energia, um fen�meno que � um resultado da exist�ncia de cargas el�tricas. A teoria de eletricidade e seu insepar�vel efeito, Magnetismo, � provavelmente a mais precisa e completa de todas as teorias cient�ficas. O conhecimento da eletricidade foi o impulso para a inven��o de motores, geradores, telefones, radio e televis�o, raios-X, computadores e sistemas de energia nuclear. A eletricidade � uma necessidade para a civiliza��o moderna
Mas uma inven��o importante, de uso pratico foi o p�ra-raios, feito por Benjamin Franklin. Ele disse que a eletriza��o de dois corpos atritados era a falta de um dos dois tipos de eletricidade em um dos corpos. esses dois tipos de eletricidade eram chamadas de eletricidade resinosa e v�trea.
No s�culo XVIII foi feita a famosa experi�ncia de Luigi Aloisio Galvani em que potenciais el�tricos produziam contra��es na perna de uma r� morta. Essa diferen�a foi atribu�da por Alessandro Volta ao fazer contato entre dois metais a perna de uma outra r� morta. Essa experi�ncia foi atribu�da a sua inven��o chamada de pilha voltaica. Ela consistia em um serie de discos de cobre e zinco alterados, separados por peda�os de papel�o embebidos por �gua salgada.
Com essa inven��o, obteve-se pela primeira vez uma fonte de corrente el�trica est�vel. Por isso, as investiga��es sobre a corrente el�trica aumentaram cada vez mais.
Depois de um tempo, s�o feitas as experi�ncias de decomposi��o da �gua. Em 1802, Humphry Davy separa eletronicamente o s�dio e pot�ssio.
Mesmo com a fama das pilhas de Volta, foram criadas pilhas mais eficientes. John Frederic Daniell inventou-as em 1836 na mesma �poca das pilhas de Georges Leclanch� e a bateria recarreg�vel de Raymond-Louis-Gaston Plant�.
O f�sico Hans Christian �rsted observa que um fio de corrente el�trica age sobre a agulha de uma b�ssola. Com isso, percebe-se que h� uma liga��o entre magnetismo e eletricidade.
Em 1831, Michael Faraday descobre que a varia��o na intensidade da corrente el�trica que percorre um circuito fechado induz uma corrente em uma bobina pr�xima. Uma corrente induzida tamb�m � observada ao se introduzir um �m� nessa bobina. Essa indu��o magn�tica teve uma imediata aplica��o na gera��o de correntes el�tricas. Uma bobina pr�xima a um ima que gira � um exemplo de um gerador de corrente el�trica alternada.
Os geradores foram se aperfei�oando at� se tornarem as principais fontes de suprimento de eletricidade empregada principalmente na ilumina��o.
Em 1875 � instalado um gerador em Gare du Nord, Paris, para ligar as l�mpadas de arco da esta��o. Foram feitas maquinas a vapor para movimentar os geradores, e estimulando a inven��o de turbinas a vapor e turbinas para utiliza��o de energia hidrel�trica. A primeira hidrel�trica foi instalada em 1886 junto as cataratas do Ni�gara.
Para ocorrer a distribui��o de energia, foram criados inicialmente condutores de ferro, depois os de cobre e finalmente, em 1850, j� se fabricavam os fios cobertos por uma camada isolante de guta-percha vulcanizada, ou uma camada de pano.
A Publica��o do tratado sobre eletricidade e magnetismo, de James Clerk Maxwell, em 1873, representa um enorme avan�o no estudo do eletromagnetismo. A luz passa a ser estendida como onda eletromagn�tica, uma onde que consiste de campos el�tricos e magn�ticos perpendiculares � dire��o de sua propaga��o.
Heinrich Hertz, em suas experi�ncias realizadas a partir de 1885, estuda as propriedades das onde eletromagn�ticas geradas por uma bobina de indu��o; nessas experi�ncias observa que se refletidas, refratadas e polarizada, do mesmo modo que a luz. Com o trabalho de Hertz fica demostrado que as ondas de radio e as de luz s�o ambas ondas eletromagn�ticas, desse modo confirmando as teorias de Maxwell; as ondas de radio e as ondas luminosas diferem apenas na sua freq��ncia.
Hertz n�o explorou as possibilidades pr�ticas abertas por suas experi�ncias; mais de dez anos se passa, at� Guglielmo Marconi utilizar as ondas de radio no seu telegrafo sem fio. A primeira mensagem de radio � transmitida atrav�s do Atl�ntico em 1901. Todas essas experi�ncias vieram abrir novos caminhos para a progressiva utiliza��o dos fen�menos el�trico sem praticamente todas as atividades do homem."

Raios

O que s�o raios?

A descarga atmosf�rica, popularmente conhecida como raio, fa�sca ou corisco, � um fen�meno natural que ocorre em todas as regi�es da terra. Na regi�o tropical do planeta, onde est� localizado o Brasil, os raios ocorrem geralmente junto com as chuvas.
O raio � um tipo de eletricidade natural e quando ocorre uma descarga atmosf�rica temos um fen�meno de rara beleza, apesar dos perigos e acidentes que o mesmo pode provocar.
O raio � identificado por duas caracter�sticas principais:
Os raios ocorrem porque as nuvens se carregam eletricamente. � como se tiv�ssemos uma grande bateria com um p�lo ligado na nuvem e outro p�lo ligado na terra.
A "voltagem" desta bateria fica aplicada entre a nuvem e a terra. Se ligarmos um fio entre a nuvem e a terra daremos um curto-circuito na bateria e passar� uma grande corrente el�trica pelo fio. O raio � este fio que liga a nuvem � terra. Em condi��es normais, o ar � um bom isolante de eletricidade. Quando temos uma nuvem carregada, o ar entre a nuvem e a terra come�a a conduzir eletricidade porque a "voltagem" existente entre a nuvem e a terra � muito alta: v�rios milh�es de volts (a "voltagem" das tomadas � de 110 ou 220 volts).
O raio provoca o curto-circuito da nuvem para a terra e pelo caminho formado pelo raio passa uma corrente el�trica de milhares de amp�res. Um raio fraco tem corrente de cerca de 2.000 A, um raio m�dio de 30.000 A e os raios mais fortes tem correntes de mais de 100.000 A (um chuveiro tem corrente de 30 A).
Apesar das correntes dos raios serem muito elevadas, elas circulam durante um tempo muito curto (geralmente o raio dura menos de um segundo).
Os raios podem sair da nuvem para a terra, da terra para a nuvem ou ent�o sair da nuvem e da terra e se encontrar no meio do caminho.
No mundo todo ocorrem cerca de 360.000 raios por hora (100 raios por segundo). O Brasil � um dos pa�ses do mundo onde caem mais raios. No estado de Minas Gerais, onde foram feitas medi��es precisas do n�mero de raios que caem na terra, temos perto de 8 raios por quil�metro quadrado por ano.
Muitos raios ocorrem dentro das nuvens. Geralmente este tipo de raio n�o oferece perigo para quem est� na terra, no entanto ele cria perigo para os avi�es.
Os raios caem nos pontos mais altos porque eles sempre procuram achar o menos caminho entre a nuvem e a terra. �rvores altas, torres, antenas de televis�o, torres de igreja e edif�cios s�o pontos preferidos pelas descargas atmosf�ricas.
Os raios s�o perigosos?
Sim. Os raios trazem uma s�rie de riscos para as pessoas, animais, equipamentos e instala��es.
Mesmo antes de um raio cair j� existe perigo. Antes de cair um raio, as nuvens est�o "carregadas de eletricidade" e, se por baixo da nuvem tivermos, por exemplo, uma cerca muito comprida, os fios da cerca tamb�m ficar�o "carregados com eletricidade". Se uma pessoa ou animal tocar na cerca ir� tomar um choque el�trico, que em alguns casos poder� ser fatal.
O choque el�trico ocorre quando uma corrente el�trica circula pelo corpo de uma pessoa ou animal. Dependendo da intensidade da corrente e do tempo em que a mesma circula pelo corpo, poder�o ocorrer conseq��ncias diversas: formigamento, dor, contra��es violentas, queimaduras e morte. Se um raio cair diretamente sobre uma pessoa ou animal, dificilmente haver� salva��o.
Na maioria dos casos as pessoas n�o s�o atingidas diretamente. Quando um raio atinge uma cerca ou uma edifica��o provoca uma circula��o de corrente pelas partes met�licas da instala��o atingida.
No caso da cerca, os arames conduzir�o parte da corrente do raio e ficar�o eletrificados. No caso de uma casa, os canos met�licos de �gua, os fios da instala��o el�trica e as ferragens das lajes e colunas ir�o conduzir parte da corrente do raio e ficar�o tamb�m "carregados de eletricidade". Uma pessoa ou animal que esteja em contato ou at� mesmo perto destas partes met�licas poder� tomar um choque violento.
Mesmo no caso de um raio cair sobre uma estrutura que n�o tenha matais, como por exemplo uma �rvore, uma pessoa perto desta �rvore poder� tomar um choque. Os valores das voltagens e correntes envolvidas no raio s�o t�o grandes que ele faz a �rvore se comportar como um condutor de eletricidade.
Os equipamentos el�tricos e telef�nicos sofrem muito com os raios. Estes equipamentos s�o projetados para trabalhar com uma "voltagem" especificada. Quando um raio cai perto ou sobre as redes telef�nicas, redes el�tricas e antenas, ele provoca o aparecimento de "voltagens" elevadas nos equipamentos, muito acima do valor para o qual eles foram projetados e geralmente ocorre sua queima.
Os raios podem provocar danos mec�nicos, como por exemplo derrubar �rvores ou at� mesmo arrancar tijolos e telhas de uma casa.
Um dos grandes perigos que os raios criam s�o os inc�ndios. Muitos inc�ndios em florestas s�o provocados por raios. No caso de silos e dep�sitos de material inflam�vel, a queda de uma raio pode provocar conseq��ncias catastr�ficas.
Muitas supersti��es e lendas existem sobre raios. Algumas tem fundamento e outras n�o. Tentaremos analisar as principais supersti��es.
Um raio nunca cai duas vezes no mesmo lugar.
Isto n�o � verdade. As estruturas elevadas, por exemplo, s�o atingidas v�rias vezes por raios.
� perigoso segurar objetos met�licos durante as tempestades.
Sim e n�o. Segurar objetos pequenos, como uma tesoura ou alicate, n�o provoca risco. Entretanto, carregar um objeto met�lico, ou at� mesmo um ancinho ou outra ferramenta met�lica em um local descampado pode oferecer riscos.
Devemos cobrir os espelhos durante as tempestades, pois eles atraem os raios.
N�o, isto n�o � verdade. At� hoje n�o foi demonstrada nenhuma rela��o entre os espelhos e os raios.
Andar com uma "pedra do raio" no bolso evita raios.
Quando um raio atinge o solo, sua corrente aquece o solo e se for muito intensa poder� ocorrer a fus�o de pequenas pedras, formando um pedregulho de aspecto estranho. Dizem que carregar uma destas pedras d� sorte e evita os raios. Evitar raios a pedra n�o evita, mas dar sorte, talvez sim!
Perguntas e respostas sobre os raios
Durante palestras ou mesmo conversas, algumas perguntas s�o sempre feitas. Tentaremos responder �s perguntas mais freq�entes.
� perigoso tomar banho em chuveiros el�tricos durante as tempestades?
Sim. O chuveiro el�trico est� ligado � rede el�trica que alimenta a resid�ncia e se um raio cair pr�ximo ou sobre a mesma poderemos ter o aparecimento de "voltagens" perigosas na fia��o e a pessoa que est� tomando banho pode tomar um choque el�trico.
N�o devemos operar aparelhos el�tricos e telef�nicos durante as tempestades?
N�o, pelo mesmo motivo apresentado no caso de tomar banho. Os aparelhos el�tricos e telef�nicos est�o ligados a fios, que podem ter suas "voltagens" elevadas quando h� queda de um raio sobre ou perto das redes telef�nicas e el�tricas, ou mesmo no caso de um raio que caia sobre a casa.
� poss�vel se proteger contra os raios?

Sim. A ado��o de medidas de seguran�a pessoal minimiza bastante os perigos provocados pelos raios. A maior parte dos acidentes ocorre com pessoas que est�o em locais descampados. Raramente temos acidentes com pessoas dentro de edifica��es.

Durante as tempestades com raios:
� Evite ficar em locais descampados e descobertos;
� As casas, edif�cios, galp�es, carros, �nibus e trens s�o locais seguros;
� Dentro de uma edifica��o, procure ficar afastado (no m�nimo um metro) de paredes, janelas, aparelhos el�tricos e telef�nicos;
� Evite tomar banho em chuveiro el�trico e operar aparelhos el�tricos e telef�nicos;
� Ficar em baixo de uma �rvore alta e isolada � muito perigoso, no entanto procura abrigo dentro de uma mata fechada � seguro;
� Se estiver em local descampado, n�o carregue objetos longos, tais como guarda-chuva, vara de pescar, enxada, ancinho, etc;
� N�o entre dentro de rios, lagoas e mar;
� N�o opere trator ou qualquer m�quina agr�cola que n�o tenha cabine met�lica fechada; � Evite ficar perto de cercas e estruturas elevadas (torre, caixa d'�gua suspensa, �rvore alta, etc.);
� poss�vel proteger equipamentos el�tricos e telef�nicos contra raios?
Sim. Existem protetores especiais que devem ser instalados nas tomadas e nos telefones. Em dias de tempestade � aconselh�vel desligar os equipamentos das tomadas.
� poss�vel proteger casas e edifica��es contra raios?
Sim. A norma brasileira NBR 5419 - Prote��o de estruturas contra descargas atmosf�ricas - Jun/93, estabelece os crit�rios e procedimentos para a instala��o de p�ra-raios em casas e edifica��es.
Existem os raio e o corisco?
Raio e corisco s�o nomes popularmente utilizados para designar as descargas atmosf�ricas.
O que � "raio-bola"?
� um tipo de raio muito raro. Ele tem o formato de uma bola de fogo, que fica flutuando no ar e algumas vezes ele explode, podendo provocar queimaduras em animais e pessoas pr�ximas.
Caem mais raios em locais rochosos?
N�o existe evid�ncia cient�fica de que o tipo de terreno influencie no n�mero de raios que caem. O que sabemos � que em locais elevados caem mais raios de que em locais mais baixos.
Redes el�tricas que cortam fazendas aumentam os riscos com raios?
Um raio que cai sobre uma rede el�trica, provavelmente cairia no mesmo local do terreno, mesmo se n�o n�o existisse a rede el�trica. Como a rede el�trica se destaca, ou seja, ela acostuma ser um ponto elevado sobre o terreno, raios que iriam cair no solo ou sobre �rvores acabam caindo sobre a rede.
O perigo que a rede el�trica traz � devido ao fato dela estar ligada � instala��o el�trica de casas e edifica��es. Um raio que cai na rede el�trica ou nas suas proximidades acaba provocando o aparecimento de "voltagens" perigosas na fia��o das edifica��es.
Quando um rebanho inteiro morre devido a um raio pr�ximo a uma cerca, � devido ao pr�prio agrupamento dos animais ou � proximidade do rebanho da cerca? O que atrai mais, o agrupamento de animais ou a cerca?
O que atrai o raio � a altura relativa do objeto ou animal em rela��o ao solo.
O raio sempre cai na estrutura mais alta. Em muitos casos os animais s�o mais altos que a cerca e neste caso eles s�o pontos preferenciais para a queda de raios. Como a altura dos animais e da pr�pria cerca n�o � grande, eles n�o atraem muitos raios. As �rvores isoladas, em geral, atraem mais raios que cercas e animais.
Mesmo no caso de uma cerca devidamente protegida (aterrada e seccionada), se um raio cair sobre ela e se junto dela estiver um rebanho, provavelmente o resultado ser� catastr�fico. O raio que cai diretamente na cerca energiza apenas um trecho dela, ou seja, o seccionamento e aterramento evitam a energiza��o de toda a cerca. Apenas os animais junto ao trecho de cerca energizado correm grandes riscos.

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