Quando a natureza atua
Capítulo V – Quando a natureza atua
Existem muitos fenômenos naturais que atuam no planeta o tempo todo, são eles:
eletricidade e magnetismo.
Não podem ser vistos, mas podemos sentir a atuação deles por meio de uma
lâmpada que acende, um ferro que se aquece, um ventilador que refresca, uma
campainha que toca.
“APAGÕES”
Acontecem quando o consumo de energia elétrica é maior do que a capacidade de produzi-la.
HISTÓRIA DA ELETRICIDADE
Tem início na antigüidade com o filósofo grego Tales,
da cidade de Mileto, por volta do ano 600 a.C.
Ao esfregar âmbar(resina de árvores pré-históricas)
com pele de carneiro, observou que este atraia fiapos
de palha ou fios de cabelo.
A palavra eletricidade veio do grego eléktron (âmbar).
Atualmente- eletricidade está ligada a uma partícula chamada elétron,
que faz parte do átomo. O átomo é formado por um núcleo central carregado
positivamente com as partículas menores:prótons e nêutrons.
Circundando o núcleo encontramos os elétrons, com cargas elétricas
negativas, que são atraídos pelas cargas elétricas positivas dos prótons.
Um átomo é neutro quando o número de prótons é igual o número de elétrons.
ELETRICIDADE ESTÁTICA
Os átomos podem perder ou ganhar elétrons.
Eletrização negativa - quando o número de elétrons for maior que o
número de prótons.
Eletrização positiva – quando o número de prótons for maior que o
número de elétrons.
Eletrização por atrito
Esquema de
atração e repulsão
A carga elétrica tem
uma característica
interessante: cargas de
mesmo sinal repelem-se
e cargas de sinais
contrários atraem-se.
APLICAÇÃO TECNOLÓGICA DA
ELETRICIDADE ESTÁTICA
Máquina Fotocopiadora
Figura 2: Funcionamento de uma máquina fotocopiadora.
CURIOSIDADE SOBRE A ELETRICIDADE ESTÁTICA
Por que em dias secos os cabelos ficam eriçados depois de penteados?
Quando se passa o pente de plástico no cabelo,
estes estão se atritando um com o outro. O atrito
produz cargas de eletricidade estática que fazem
com que o pente ceda seus elétrons ao cabelo, e
este ficando eletrizado tende a repelir-se.
Esta repulsão é devida às cargas de mesmo sinal.
Em dias secos esse fenômeno é mais visível, pois
com baixa umidade relativa no ar as gotinhas de
água demoram para neutralizar o efeito no cabelo.
ELETRICIDADE EM MOVIMENTO
A eletricidade em movimento é chamada de corrente elétrica e consiste em um
movimento ordenado de elétrons.
A eletricidade pode fluir através de um metal porque este contém elétrons que se
movem livremente de um átomo para outro.
A corrente elétrica é medida em Ampére(A) com um aparelho chamado Amperímetro.
Colar representando uma
Corrente elétrica
Empurrando umas das
bolinhas ocorrerá um
movimento de todas.
TENSÃO ELÉTRICA ou VOLTAGEM
Nos aparelhos que usam eletricidade este “empurrão” na corrente elétrica é chamado
de tensão elétrica ou voltagem (ou diferença de potencial elétrico) e pode ser obtido
através de pilhas, baterias, usinas elétricas, energia solar.
A tensão elétrica se cria quando cargas negativas são separadas das cargas positivas
e ela é medida em volts (V).
O aparelho usado para medir voltagem é o voltímetro.
A unidade Volt foi escolhida em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta, que
inventou a primeira pilha.
Pilhas
Uma pilha é composta de 3 partes:
 um terminal positivo (eletrodo positivo);
 um terminal negativo (eletrodo negativo);
 entre os dois terminais, um produto químico chamado eletrólito, que conduz
eletricidade por meio de íons (átomos que ganham ou perdem elétrons).
A pilha apresenta uma diferença de potencial ou tensão em seus terminais, porque
separa as cargas positivas das negativas em seu interior, através de uma reação
química.
Pilha: é a unidade básica de produção de eletricidade.
Bateria: tem 2 ou mais pilhas em seu interior.
Ambas são fontes de tensão elétrica.
Tipos de pilhas
 Pilha seca: em seu interior há uma pasta de cloreto de amônio.
 Pilha de mercúrio: o eletrólito é óxido de mercúrio.
 Pilha de níquel cádmio: usam esses metais na reação química.
 Pilha alcalina: usam hidróxido de potássio.
Todos os materiais utilizados nas pilhas citadas são produtos químicos
extremamente tóxicos, que fazem mal ao ser humano e poluem o meio ambiente.
Por isso as pilhas não deve ser
jogadas no lixo comum.
As baterias dos carros são
constituídas de seis pilhas de
chumbo e solução de ácido sulfúrico.
Impacto negativo para o ambiente
Descarte inadequado de pilhas e materiais no meio ambiente por usuários e
revendedores desses materiais.
Baterias solares
São importantes porque não geram resíduos poluentes.
As baterias solares podem transformar a luz solar diretamente em energia elétrica.
Para isso são usados painéis solares que possuem células fotovoltaicas ou células
solares. Ao absorver a luz, a célula solar produz uma energia elétrica que pode ser
aproveitada através de painéis solares. A eletricidades produzida é chamada de
energia limpa.
Um tipo de painel solar
Circuitos elétricos
Um circuito elétrico fornece um caminho para a corrente elétrica.
É composto de um material condutor, isto é, fios que permitem que a corrente elétrica
“ande” por eles, e uma fonte de tensão para dar o “empurrão”.
Usam-se chaves ou interruptores para permitir ou não a passagem da corrente
elétrica.
Circuito simples para acender a lâmpada
Lâmpada
A lâmpada tem uma resistência elétrica ou filamento que oferece certa dificuldade
para a corrente fluir pelo circuito.
A esta característica chamamos de resistência elétrica.
Ao passar a corrente, a resistência da lâmpada se aquece e emite luz. Costuma-se
dizer que a corrente elétrica transfere energia elétrica para os átomos que formam
o filamento. Esta energia é transformada em luz e calor.
Eletricidade na natureza
Os relâmpagos são violentas descargas elétricas de nuvens carregadas com
eletricidade estática.
Algumas nuvens possuem os
ingredientes necessários para produzirem
os relâmpagos: ventos intensos, grande
extensão vertical, partículas de gelo e
água de diversos tamanhos.
A teoria mais aceita para eletrização das
nuvens diz que a colisão entre água e
granizo no interior das nuvens produz
cargas elétricas, que ao se concentrarem
ao ponto que o ar não consiga mais isolálas provocam a descarga elétrica, como
uma faísca dentro da nuvem.
Distribuição de cargas em uma nuvem de
tempestade
Relâmpagos
Raio
É uma faísca pulando entre o céu e solo.
Além de produzirem luz intensa, o raio e o relâmpago são muito quentes, 5 vezes
mais quentes que a superfície do Sol. Por isso o ar ao seu redor se aquece e se
expande tão rapidamente (aumenta de volume) que explode produzindo um som
intenso, o trovão.
Edifícios altos, árvores e pessoas ao ar livre
são alvos de raio.
Podem ser divididos em
descendentes (nuvem-solo) e
ascendentes (solo-nuvem).
Cuidados!
As pessoas devem ser instruídas a nunca se protegerem da chuva embaixo de
árvores, nem ficarem próximas a elas, a se afastarem de varais e cercas de
arame e a não empinarem pipas em dias de temporais.
Em campo aberto, a melhor posição é de cócoras.
O carro é um abrigo seguro contra raios. Quando um
raio atinge um carro, as cargas elétricas se espalham
pela parte externa metálica e se descarregam no
solo, sem ferir as pessoas que estão dentro.Já se a
pessoa estiver em uma moto, ela corre os mesmos
riscos que uma pessoa em pé em campo aberto.
PÁRA RAIOS
Os para-raios protegem inteiramente os
edifícios contra os raios. são barras de
metal, de mais ou menos um metro de
altura, que são colocadas nas partes mais
altas dos edifícios, e ligadas à terra.
Quando uma nuvem eletrizada passa
perto do para-raio, por indução aparece
nele uma carga elétrica de sinal oposto ao
da nuvem. Então a carga da nuvem é
atraída, dá-se o raio entre a nuvem e o
para-raio, e assim a carga da nuvem é
escoada para a Terra
GAIOLA DE FARADAY
Prova que uma superfície
condutora eletrizada possui
campo elétrico nulo em seu
interior dado que as cargas se
distribuem de forma homogênea
na parte mais externa da
superfície condutora. No
experimento de Faraday foi
utilizada uma gaiola metálica,
que era eletrificada e um corpo
dentro da gaiola poderia
permanecer lá, isolado e sem
levar nenhuma descarga
elétrica.
Raios ajudam a fertilizar o solo
O nitrogênio que é o gás que ocorre em maior quantidade na atmosfera, precisa
estar no solo para ser aproveitado pela planta. Quando há um relâmpago, o
nitrogênio do ar pode ser oxidado e arrastado para o solo através da chuva.
Animais que dão choque
A enguia elétrica é um peixe que produz
eletricidade. Este peixe, comum na América
do Sul, produz eletricidade em seus músculos
e a utiliza para dar choque em outros peixes,
que com isso ficam paralisados. Assim, elas
conseguem se alimentar mais facilmente e se
proteger.
Choque elétrico
Causa danos ao organismo, podendo até matar. Afeta principalmente o sistema
nervoso, porque este utiliza impulsos elétricos para comandar movimentos. Ele
ocorre quando a corrente elétrica atravessa o corpo.
Danos que o choque pode causar:
 inibição dos centros nervosos provocando parada respiratória;
 alteração do ritmo cardíaco, produzindo fibrilação do coração;
 queimaduras profundas com necrose do tecido humano;
 perturbação do sistema nervoso;
 perda de memória, fala e visão.
Fibrilação ventricular: quando o choque não é tão intenso e, apenas, altera o
batimento cardíaco.
Para fazer o coração bater no ritmo certo, os médicos utilizam o desfibrilador que
paralisa o coração por um instante, por meio de um choque elétrico controlado.
Choque elétrico: Não leve um!
1-Não tocar em aparelhos elétricos com as mãos molhadas e pés descalços.
2-Não soltar pipas, papagaios ou pandorgas, próximo à fiação elétrica.
3-Se algum aparelho elétrico estiver em chamas, nunca jogar água nele.
4-Quando estiver chovendo, não ficar próximo ou dentro da água, nem se abrigar
sob árvores.
5-Não tocar em acidentados por choques elétricos. Procurar desligar a força.
Tentar afastar a pessoa da fonte de choque com algum material isolante.
Cérebro elétrico
O cérebro produz correntes elétricas de baixíssimas intensidades, que fazem
com que as pessoas desempenhem todas as tarefas do dia-a-dia.
Essas correntes podem ser detectadas pelo eletroencefalógrafo e traçadas em
um papel pelo eletroencefalograma.
Magnetismo e ímãs
Cargas elétricas em movimento produzem magnetismo.
Ímãs em movimentos produzem corrente elétrica.
A agulha da bússola é um ímã que pode
girar livremente e aponta sempre para a
direção norte do globo terrestre.
Encontrando o norte é possível
estabelecer as direções leste, oeste, norte
e sul, ou seja, os pontos cardeais.
A Terra se comporta como um enorme
ímã, que produz ao redor de si um campo
magnético, e por isso a agulha imantada
da bússola.
Os chineses descobriram isso e usavam
pedaços de magnetita pendurados por um
fio para se orientarem em viagens.
Ímãs
Temos:
 ímãs naturais – encontrados na natureza: magnetita ou pedra guia.
 ímãs artificiais: barras de ferro podem ser imantadas artificialmente pelo homem.
Os ímãs apresentam-se em várias
formas e todos apresentam duas
regiões chamadas pólos que possuem
comportamentos magnéticos opostos:
pólo norte e pólo sul.
Os pólos de um ímã não podem ter existência isolada.
Ao ser cortado, surgirão 2 novas regiões polares, norte e sul. Cada pedaço se torna
um ímã completo, pois cada ímã é constituído de vários ímãs elementares.
Quando um objeto não apresenta caráter magnético seus “ímãs elementares” estão
dispostos de forma desordenada. Em um pedaço de ferro imantado, seu conjunto de
“ímãs minúsculos” ficam orientados na mesma direção.
Ímãs não imantados e imantados respectivamente
Orientação
Para se orientar - sem bússola:
Estenda o braço direito para o leste –
onde o sol nasce, e a partir daí, fica
fácil identificar os outros pontos
cardeais.
Olhando para a frente está o norte, o
oeste na direção do braço esquerdo e
atrás o sul.
Geomagnetismo
O campo magnético terrestre tem
origem no núcleo do planeta e os
pólos geográfico e magnético não
coincidem.
Onde é o pólo norte geográfico é o sul
magnético.
Biomagnetismo
É a influência do campo magnético da Terra na movimentação de seres vivos, tais
como: aves migratórias, pombos, peixes, tartarugas e bactérias.
Produção de Energia Elétrica através de usinas
No Brasil, como há muitos rios, a energia que vem da água é a mais usada hidroelétricas.Usa-se também energia vinda da queima de combustíveis fósseis –
termoelétricas e de reações nucleares – usinas nucleares.
Nas usinas a energia elétrica, ao ser gerada, é conduzida por cabos através de
torres de transmissão. Assim, a eletricidade usada nas cidades vem principalmente
das usinas geradoras de energia.
O nome usina é usado para especificar o local onde é gerada a eletricidade
em grande quantidade, por exemplo, para fornecer eletricidade para uma região do
país.
Princípio de funcionamentos das usinas:
 fonte de energia é transformada em energia mecânica de rotação de uma
turbina;
 a energia mecânica é transformada em elétrica por máquinas chamadas
geradores ou dínamos.
Roda d’água – é um tipo de turbina, e no final do século XIX começou a a ser
usada para produção de energia elétrica.
Produção de energia elétrica
Existem várias formas de energia que podem ser transformadas em energia elétrica:
vento (energia eólica) e Sol (energia solar).
Energia eólica
Utiliza-se a energia eólica para mover
aerogeradores – grandes turbinas
colocadas em locais de muito vento.
Essas turbinas têm a forma de um catavento ou moinho. Este movimento,
através de um gerador, produz energia
elétrica.
Vantagem da energia eólica :não polui o ambiente.
Desvantagem da energia eólica: só funciona quando tem vento.
ENERGIA SOLAR
O Sol é uma fonte de energia gratuita, inesgotável e limpa, amplamente
distribuída e pode ser utilizada para substituir fontes de combustíveis fósseis,
além de auxiliar na redução do efeito estufa.
O uso da energia solar não se restringe apenas à produção de energia elétrica
através de fotocélulas. Ela pode ser usada diretamente para aquecimento de água
em casas, indústrias ou hospitais através do uso de coletores solares. Há os
coletores solares planos, que possuem uma superfície seletiva, pintada de preto,
para absorver a luz solar. Embaixo ficam os canos, onde a água circula e se
aquece. Em cima, uma superfície de vidro aumenta a eficiência do coletor, em um
processo semelhante ao efeito estufa.
Coletor Solar Plano.
Fonte: MORENO, L.X; 2005
Vantagens e desvantagens da energia solar
Vantagens:
 a energia solar não polui o ambiente;
 solução economicamente viável, principalmente nos países tropicais;
 excelente pra lugares remotos.
Desvantagens:
 existe variação nas quantidades de acordo com a situação climatérica, além de
que a noite não existe produção alguma;
 locais em altitudes médias e altas (Finlândia, Islândia, Nova Zelândia e sul da
Argentina e Chile) sofrem quedas bruscas de produção durante os meses de
inverno devido à menor disponibilidade diária de energia solar;
 as formas de armazenamento da energia solar são poucos eficientes, quando
comparadas pro exemplo aos combustíveis fósseis (carvão, petróleo e gás), à
energia hidroelétrica (água) e à biomassa (bagaços de cana e laranja).
DEPENDÊNCIA DO MAGNETISMO
As usinas hidroelétricas, termoelétricas e nucleares dependem do magnetismo para
produzir eletricidade.
Nas Usinas Hidroelétricas, primeiro uma fonte de energia (reservatório de água) é
transformada em energia mecânica através da rotação de uma turbina.Em seguida a
energia mecânica é transformada em elétrica por máquinas chamadas geradores.
O Gerador possui um eixo que é movido por uma Turbina.
A Turbina é movida por um Jato de Água. Depois do uso, a água continua o seu
percurso rio abaixo.
A água fica armazenada em um Reservatório para ser usada nos períodos de
estiagem. Quando o reservatório já está cheio, o excesso de água é jogada fora
através do vertedouro.
USINAS HIDROELÉTRICAS
Vantagens:
A maior vantagem das usinas hidrelétricas é a transformação limpa do
recurso energético natural. Não há resíduos poluentes e há baixo custo
da geração de energia, já que o principal insumo energético, a água do
rio, está inserida à usina.
Além da geração de energia elétrica, o aproveitamento hidrelétrico
proporciona outros usos tais como irrigação, navegação e
amortecimentos de cheias.
O impacto ambiental na geração de
energia elétrica
USINAS HIDROELÉTRICAS
Desvantagens:





A maioria das atividades humanas causa algum tipo de impacto negativo para o
meio ambiente, as atividades do setor elétrico não fogem a esta regra:
necessidade de inundação de grandes áreas, para a construção de uma barragem e
criação de um reservatório de água;
muitas terras férteis são inundadas;
cidades são deslocadas;
sítios arqueológicos são perdidos;
paisagem alterada.
Os custos são altos, mas a vida útil dessas usinas é maior que 100 anos.
Chamam-se Termoelétricas porque são constituídas de 2 partes, uma térmica onde
se produz muito vapor a altíssima pressão e outra elétrica onde se produz a
eletricidade.
A Energia Elétrica é produzida pelo Gerador que é movido pela Turbina.
A Turbina é movida por um Jato de Vapor sob forte pressão.
O Vapor é produzido em um Caldeira aquecida um dos seguintes tipos de
combustível:
• Combustível fóssil - derivado de petróleo, gás natural, carvão mineral.
• Biomassa - carvão vegetal, bagaço de cana, lenha e álcool
• Material radioativo – urânio.
VANTAGENS DAS USINAS TERMOELÉTRICAS
As usinas termoelétricas podem ser construídas próximas ou juntas aos
locais de consumo, o que implica em economia nos custos de implantação
das redes de transmissão.
O gás natural pode ser usado como matéria-prima para gerar calor,
eletricidade e força motriz, nas indústrias siderúrgicas, químicas,
petroquímicas e de fertilizantes, com a vantagem de ser menos poluente e
de fácil transporte e manuseio, vetor de atração de investimentos e
segurança.
O carvão mineral, também utilizado como matéria-prima, está presente em
muitas jazidas.
O bagaço de cana e o álcool são fontes renováveis de energia, assim como
a lenha, se houver uma utilização sustentável.
DESVANTAGENS DAS USINAS TERMOELÉTRICAS
Nas usinas termoelétricas, a queima de combustíveis fósseis, resulta na produção e
emissão, para a atmosfera de grandes quantidades de C02, um dos causadores
do efeito estufa.
Além disso o petróleo, gás natural e carvão mineral são fontes de energia não
renováveis.
Mesmo quando a biomassa, que é uma fonte renovável de energia, é empregada
como combustível, surgem implicações ambientais e sociais.
Exemplo: monocultura de cana-de-açúcar, para a produção do álcool:
- empobrece o solo pelas queimadas;
- altera a fauna e a flora da região;
- contribui para o êxodo rural com a mecanização da lavoura e a
diminuição das pequenas propriedades ;
- custo adicional do transporte do combustível até a usina.
Chamam-se Nucleares por que utilizam a fissão nuclear, isto é, os núcleos de átomos
radioativos, principalmente urânio são quebrados ao serem bombardeados com
nêutrons.Esse processo é uma reação nuclear que ocorre em uma máquina
chamada reator, emitindo uma grande quantidade de calor que aquece a água e
produz vapor à alta pressão na caldeira.
A partir daqui, o processo de produção de energia elétrica é o mesmo já descrito para
as usinas termoelétricas.
FISSÃO NUCLEAR
VANTAGENS DAS USINAS NUCLEARES
A maior vantagem ambiental da geração elétrica através de usinas
nucleares é a não utilização de combustíveis fósseis ou biomassa, evitando
o lançamento na atmosfera dos gases responsáveis pelo aumento do
aquecimento global e outros produtos tóxicos. Também,a quantidade de
combustível utilizada é pequena.
Usinas nucleares ocupam áreas relativamente pequenas, podem ser
instaladas próximas aos centros consumidores e não dependem de fatores
climáticos (chuva, vento, etc) para o seu funcionamento.
A probabilidade de acidentes com vazamento de material radioativo para a
atmosfera é muito pequena, da ordem de 1 acidente a cada 10 milhões de
anos, segundo dados da Eletronuclear, estatal que controla as usinas de
Angra 1 e 2.
DESVANTAGENS DAS USINAS NUCLEARES
O maior problemas dessas usinas é o
descarte dos rejeitos radioativos
(lixo atômico) com segurança.Além
disso, altíssimas quantidades de
radioatividade, extremamente nociva
para todas as formas de vida;podem
causar leucemia e outras formas de
câncer e demoram cerca de 100.000
anos para diminuírem sua carga
tóxica.
A CNEM- Comissão Nacional de Energia
Nuclear é quem gerencia a deposição
final desses resíduos.
Símbolo que indica a presença de
radioatividade
ACIDENTES NUCLEARES
O acidente nuclear de Chernobil ocorreu dia 26 de abril de 1986, na Usina Nuclear
de Chernobil (originalmente chamada Vladimir Lenin) na Ucrânia (então parte da
União Soviética). É considerado o pior acidente nuclear da história da energia
nuclear, produzindo uma nuvem de radioatividade que atingiu a União Soviética,
Europa Oriental, Escandinávia e Reino Unido.
Grandes áreas da Ucrânia, Bielorrússia e Rússia foram muito contaminadas,
resultando na evacuação e reassentamento de aproximadamente 200 mil pessoas.
Cerca de 60% de radioatividade caiu em território bielorrusso.
O acidente radiológico de Goiânia foi um grave episódio de contaminação por
radioatividade ocorrido no Brasil. A contaminação teve início em 13 de Setembro de
1987, quando um aparelho utilizado em radioterapias foi furtado das instalações de
um hospital abandonado, na zona central de Goiânia.
O instrumento roubado foi, posteriormente, desmontado e repassado para terceiros,
gerando um rastro de contaminação o qual afetou seriamente a saúde de centenas
de pessoas.
SUGESTÕES
Filmes :
•
Síndrome da China
•
Senhores do holocausto ( Day one)
•
Silkwood – retrato de uma coragem
Livros infanto – juvenil :
da Coleção “Ciência para gente nova”, de Rómulo de Carvalho,destacamos:
•
4. História da eletricidade estática
•
9. História da energia nuclear