A Viagem na Eletricidade - COMPLETO EM PORTUGUÊS - Animação sobre princípios de eletrônica.

viagem na [Música] eletricidade as fontes da corrente a eletricidade a eletricidade sempre existiu mas no início nem sempre era divertida as pessoas acreditavam que lá em cima no céu havia minas de eletricidade com um canália que lançava relâmpagos sobre eles então 20 30 séculos depois tudo muda tudo se ilumina é o milagre da energia elétrica para as pessoas já não é mais Júpiter com seus relâmpagos é a boa fada eletricidade que põe corrente nos fios hoje é claro sabemos que fadas não existem nem minas de eletricidade nem Milagres a energia elétrica é fabricada é fabricada dentro das usinas de eletricidade as centrais elétricas aliás será realmente energia por um lado Sim claro já que produz luz calor e faz funcionar os motores por outro lado não realmente já que para fabricá-la é preciso consumir outras energias a eletricidade não é o que chamamos de uma energia primária então falemos um pouco do consumo de energia economistas senhores bem conceituados calcularam quanto o país consumia em energia primária por ano não sei o resultado de cabeça aliás todo ano aumenta mas o que se deve saber é que 3 qu4 dessa energia primária são consumidas diretamente pelos automóveis pelos caminhões pelos fogões as fábricas que constroem caminhões e fogões E por aí aa o quarto restante serve para fazer funcionar as centrais e chega em sua casa so forma de eletricidade Quando a senhora dona de casa liga durante uma hora seu ferro de passar que tem uma potência de 1 kW ela sabe que consumiu 1 kW de energia elétrica mas o que isso significa exatamente em energia primária se esta eletricidade vem de uma central térmica clássica esse kWh H consome 200 g de petróleo ou 350 g de carvão com efeito as centrais elétricas utilizam de preferência energias mais baratas como urânio ou é claro energia [Música] hidráulica e como todas as centrais são interconectadas os kWh H da senhora dona de casa se compõem de todas essas energias ao mesmo tempo o urânio o carvão um pouco de petróleo e um bom terço de [Música] água mas não é motivo para deixar o ferro [Música] ligado acender a luz ligar o ferro à TV são gestos tão naturais que nem mais pensamos neles Claro não existem Milagres mas no fundo Será que sabemos realmente o que é [Música] eletricidade entre o carvão que queima na central e o aparelho de TV o que acontece na verdade e ainda por que é preciso dois fios e porque algumas vezes há mesmo três e a corrente alternada trifásica O que é [Música] e os amperes os homens os Wats O que são estão vendo não se sabe [Música] direito entre menos e mais senhores conceituados em uma certa época descobriram a [Música] eletricidade eles tinham rodelas de metal e de pano molhadas em um ácido que eles empilhavam umas sobre as outras isto fazia uma pilha de rodelas uma pilha elétrica então eles disseram a eletricidade deve ser alguma coisa que sai por um fio e entra por outro então eles escreveram mas um lado e menos do outro e decidiram que a eletricidade ia do mais para o menos mas tudo isso ao acaso para saber ao certo seria preciso ver de perto os átomos dos fios hoje graças a nossas câmeras especiais estamos habilitados para apresentar-lhes aqui alguns átomos que nos deram a honra de virem nossos estúdios para nos explicar [Música] é antes de tudo um núcleo com cargas elétricas mais entorno vem girar cargas elétricas menos são os elétrons quando existe a mesma quantidade de menos que de mais as cargas elétricas se anulam o átomo é eletricamente neutro mas os elétrons adoram passear então assim que falta um elétron há uma carga mais que não é mais o átomo não é mais neutro ele se torna positivo e quanto mais lhe falta elétrons mais o átomo é positivo ele só terá uma vontade o átomo claro que é a de recuperar [Música] elétrons esses elétrons andarilhos nós os chamamos de elétrons livres só que esses elétrons que andam ao acaso não são os que produzem eletricidade útil mas suponhamos que temos dois fios de cobre e entre os dois uma espécie de aspirador de elétrons de um lado teremos muitos elétrons livres é o lado menos e do outro lado faltará onde os átomos são positivos é o lado mais existe entre os dois fios aquilo que chamamos de diferença de potencial de volts Por que volts Ah sim o senhor que tinha inventado a pilha elétrica se chamava senhor volta e quanto mais elétrons faltar de um lado Maior se torna a diferença de potencial mais volts a ao longo dos fios os átomos certamente só terão uma vontade recuperar os elétrons que estão no outro fio vamos deixar os elétrons passarem vamos fazer-lhes uma passagem mais estreit o filamento de uma lâmpada por exemplo Então os elétrons se precipitam se pressionam se empurram os átomos do filamento ficam atrapalhados e esfrega esquenta produz [Aplausos] luz temos uma corrente de elétrons que vai do menos para o mais pois é os nossos senhores se enganaram de direção É verdade que eles não sabiam ainda O que eram os elétrons de um lado então uma bomba a elétrons um gerador do outro um receptor Isto é um aparelho onde os elétrons passam produzindo energia lâmpada radiador motor elétrico etc etc mas se recuperamos energia de um lado é preciso fornecer do outro lado ao gerador nas pilhas é energia química um ácid ataca um metal quando ácido está usado não h mais volts podemos também utilizar a energia solar podemos também fazer girar um diante de uma bobina aí é preciso eneria mecânica é um Pou desse modo porém mais complicado que é Fabric eletricidade que chega na casa de vocês mas não tentem saber onde está o mais e onde está o menos é uma corrente que muda de sentido o tempo todo a corrente alternada mas Voltaremos a falar disso os Três [Música] Mosqueteiros agora sabemos o que é a eletricidade entre dois fios liga-se um gerador dentro de um dos fios temos elétrons demais dentro do outro falta o lado dos fios os elétrons passam através de um receptor desprendendo energia isso faz uma corrente de elétrons é muito simples infelizmente na prática não vemos os elétrons e se vocês quiserem se situar nos circuitos elétricos precisam de um pouco mais de informação é claro esses senhores vão nos ajudar o gerador cria entre os dois fios uma diferença de potencial ou tensão isso é medido em volts Obrigado Senor volta o gerador pode ser uma pilha uma bateria de carro ou simplesmente uma tomada o receptor pode ser uma lâmpada um ferro de passar um radiador elétrico Enfim uma quantidade de aparelhos mais ou menos potentes a potência se mede em Wats em kW Obrigado Sr V assim que o receptor é ligado ao gerador uma corrente passa e não se precisa ser diplomado em eletricidade para compreender que se ligarmos uma lâmpada duas vezes mais potente vai passar uma corrente duas vezes mais intensa isso supondo que a quantidade de volts não tenha mudado a intensidade da corrente se mede em amperes poderíamos medi-la é claro mas não é necessário conhecemos a voltagem está escrito nas pilhas ou nos contadores conhecemos a potência está escrita nos aparelhos Basta fazer uma pequena divisão intensidade em amperes igual a potência em Wats dividido pela tensão em [Música] volts por exemplo quanto passa de amperes dentro de um radiador de 1500 w ligado em uma voltagem de 220 V Pois é passará 10000 di por 220 que é igual a 6,8 a se não tivermos errado é claro mas acho que os senhores nos prepararam um pequeno exercício em uma mesma tomada eles vão ligar três lâmpadas de 100 w um radiador de 1500 w uma torradeira de 760 w e um forno elétrico de 3. 000 w problema calculem a intensidade da corrente que vai passar na tomada bem é muito simples 100 + 100 + 100 + 760 + 1500 mais 3000 potência total 5560 w dividido pela tensão 220 igual igual senhores igual a 25 [Música] Amp Pois é não passou absolutamente nada ou antes passou tantos amperes que os fios esquentaram o isolante queimou a corrente contentíssimo Claro passou diretamente e houve um corto circuito os nossos senhores não conhecem disjuntor o nosso radiador esquenta por [Música] quê Porque no interior a corrente passa em um fio que tem uma certa resistência para a resistência dos receptores precisamos de um quarto Mosqueteiro o om que se escreve Ômega Obrigado senr H poderíamos medir esta resistência mas também não precisamos Pois é calculada facilmente resistência em ohmes igual a tensão em volts dividido pela intensidade em amperes o seu radiador que deixa passar uma corrente de 6,8 Amp terá uma resistência de 32 ohms mas é realmente interessante saber disso sim pois os fios que vão para o radiador também tem uma certa resistência se eles são finos demais longos demais e estão em péssimo estado terão a mesma resistência que o radiador e vão desprender o mesmo calor que este o que será suficiente para fundir o isolante moral da história fiquem atentos para não deixar passar amperes demais em seus fios Então retenham os nomes dos seus quatro Mosqueteiros wat Ampere Ohm volt e se Além do mais vocês retiver sua fórmula estarão quase diplomados em [Música] eletricidade a alternada no princípio para eletricidade certos senhores tinham inventado a pilha [Música] elétrica dentro de uma pilha sob efeito da energia química temos de um lado elétrons menos do outro não é o lado mais os elétrons se recombinam com os mais passando no filamento de uma lâmpada por exemplo a corrente é contínua porque os elétrons menos estão sempre do mesmo lado outros senhores tinham aperfeiçoado um outro método com fios bem isolados eles faziam uma bobina e na frente divertiam-se em girar um ímã o princípio é mais ou menos este quando o Polo Norte do í chega os elétrons são arrancados de sua órbita e vão para o lado do ã ficando mais do outro lado temos Então como dentro de uma pilha um mais e um menos evidentemente assim que não giramos mais nada mais acontece é lógico num sentido não podemos fabricar energia mesmo a elétrica a partir de nada então continuando a girar é o Polo Sul do ã que chega à frente da bobina E aí acontece exatamente o contrário de antes o mais se torna menos e vice-versa ainda temos corrente sim mas na outra direção de modo que a corrente vai alternativamente numa direção depois na outra é o que chamamos de corrente alternada [Música] mas os outros diziam eletricidade que muda de direção assim sem parar não é a verdadeira eletricidade evidentemente a lâmpada piscava o à Não girava muito rápido então aproveitemos para tentar ver o que está acontecendo graças à nossa câmera especial e para fazer um pouco de teoria esta flecha representa a direção e a intensidade da corrente primeiro a corrente é máxima em uma direção depois decresce torna-se nula cresce na outra direção decresce de novo volta a mudar de [Música] direção e por aí vai se a corrente volta a ser máxima em uma direção uma vez por segundo como aqui dizemos que a frequência da corrente é 1 hz duas vezes por segundo 2 hz etc [Música] etc há um outro modo mais divertido de ver as coisas pegue a flecha que representa a intensidade máxima faça a girar em um círculo Imaginário que você desenha ao lado do Fio pois bem em qualquer momento a intensidade real que passa dentro do Fio é igual a isto quer dizer a projeção ou a sombra da Flecha giratória sobre o [Música] fio Podemos até fazer-la traçar uma curva é uma senoide mas voltemos aos nossos senhores eles aperfeiçoam o alternador o IM põe-se a girar mais rápido a frequência da corrente aumenta 4 hz para 10 12 hz já quase não pisca 50 hz aí já não percebemos mais nada 50 hz é a frequência da corrente alternada que chega hoje na casa de vocês a iluminação o aquecimento funcionam bem os motores elétricos também e hoje um único alternador de central pode de eletricidade mais ou menos 1 milhão de Lares a ideia desses senhores então não era pois você precisaria dizer também que a corrente alternada se transporta muito mais facilmente mas por é preciso de uma tão alta tensão porque ela viaja em três fios e tem um nome de corrente alternada trifásica falaremos disso depois [Música] [Aplausos] [Música] a arte de cortar os fios em quatro voltemos hoje a ver os senhores que inventaram a corrente alternada o imã gira de fronte a uma bobina isso produz corrente ela muda de direção é a corrente alternada Primeiro ela é máxima em uma direção decresce muda de direção e assim por diante Você já [Música] conhece mas então se diziam os senhores por colocar apenas uma bobina porque não duas porque não trê e de fato como uma única máquina elas TR correntes ép da corrente trifásica [Música] dois fios cada uma Total se fios apesar de tudo era muito [Música] fio deveria ter um modo disse alguém e Era verdade tinha um [Música] modo tomemos um fio de cada circuito em cada um deles circula uma corrente alternada estamos de acordo diante da primeira bobina depois diante da segunda e finalmente diante da terceira mas não diante das três ao mesmo tempo de modo que as três correntes não variam ao mesmo tempo Elas serão como se diz defasadas vocês estão me seguindo Sim estamos quando a corrente um por exemplo for nula a corrente dois será pela metade máxima numa direção a corrente trê pela metade má na outra Dire Ora sabe-se que duas correntes iguais de sentido contrário se anulam então o total é zer um pouco mais tarde quando a corrente um será máxima em uma direção do será pela metade máxima na outra direção e TR também total ainda zero Vocês estão vendo que o tempo todo a soma das três correntes é nula poderíamos ter previsto isso com nossas Flechas [Música] giratórias Mas se a soma das correntes é nula podemos então colocar em comum os três fios de retorno mas claro e funciona o fio no qual a corrente é nula é chamado de neutro os três outros fios são chamados de fios de fase suponhamos que o senhor que está na fase um apague sua lâmpada não tem mais corrente na fase um a soma das outras correntes não é mais nula as três fases não estão mais equilibradas e passa corrente no neutro nesse caso não podemos suprimi-la mas quatro fios em vez de seis faz apesar de tudo uma boa economia tal é o princípio da corrente trifásica três fios de fase um fio de neutro mais algumas vezes 1/5 mas esse serve para iluminar os lampiões [Música] você está ligado por exemplo entre a fase um e o neutro o seu vizinho entre a fase 2 e o neutro um outro vizinho entre a fase 3 e o neutro etc cada um terá a mesma tensão digamos 220 [Música] V se nos ligarmos entre dois fios e fase aí teremos 380 V é a tensão forte para as instalações maiores de um lado do transformador que alimenta a cidade as três fases não estão equilibradas mas ele se vira para equilibrá-las graças a uma astúcia elétrica que será um pouco longo para explicar a vocês a partir daí não se precisa mais do neutro ficam apenas três fios é assim que viaja a corrente trifásica de transformador em transformador até a usina elétrica [Música] mas com efeito Por que se precisa de transformadores Pois é eles permitem principalmente a redução do diâmetro dos cabos elétricos é um outro modo de economizar fios mas veremos isso em uma outra [Música] vez volts para ir mais longe o último Episódio de nossa viagem na eletricidade levou-nos a esta charmosa cidade eletrolises queira alimentá-la em 220 V trifásica isso fará 100 casas por fase cada casa terá necessidade em média de uma potência de 5 kW nesse caso 500 kW por fio de fase fácil suponhamos ainda que a 10 km haja uma usina elétrica que produz 220 V pois bem Só nos resta colocar fios entre os dois mas de que grossura é preciso saber isso é importante e eis os nossos especialistas em teoria elétrica senhores Wats volta om e Ampere que nos [Música] ajudarão primeiro a corrente que passará será de quantos amperes em cada fio o Ampere nós já conhecemos é a potência em Wats dividida pela tensão em volts então 500 kW Isto é 500. 000 w divididos por 220 V igual a igual a 2300 a não é pouca coisa e se fizéssemos passar todos esses amperes por fios pequenos e mais eles começariam a esquentar provocaria calor que desapareceria no ar e dos 500 kW que saem da usina só restaria talvez 300 para eletrol Mas não seria interessante salvo Talvez para os pássaros certo perdas de linha sempre há mas como somos econômicos não queremos que haja mais de 6% Senor H por favor diga-nos qual deve ser o diâmetro dos fios para fazer passar 2300 a sobre 10 km em 220 V sem que esquente demais diâmetro dos fios diâmetro dos fios igual a 15 cm não não não o senhor homem não se enganou é esse o diâmetro dos fios que seria preciso para transportar os nossos 500 kW sobre uma tensão de 220 V Então tudo está perdido não não retomemos nossa fórmula sem tocar na potência dupliquem os volts os amperes diminuem de metade e com 20.

000 V dá apenas 25 a vocês podem fazer o cálculo ora 25 Amp como nos disse o sen passam facilmente nos fios de 3 mm de diâmetro é bem mais razoável para fios [Música] elétricos a você diz mas também eu não vou ligar a minha TV em ela foi prevista para 220 é quando entra em cena um utensílio que vocês conhecem bem o transformador o princípio do transformador senhores por favor bom Pegue uma peça de Ferro faça passar os 20. 000 V dentro de uma bobina de 20. 000 volas pois bem uma bobina de 220 volas sobre a mesma peça dará 220 vol simplíssimo um transformador permite então a diminuição dos volts ou ao contrário o aumento dos mesmos quando temos grandes potências a transportar mas eletrol e a sua pequena Usina era uma brincadeira na prática uma usina elétrica pode debitar até 1 milhão de kW geralmente com uma tensão de 20.

000 V um primeiro transformador eleva a tensão até 400. 000 V esta rede de altíssima tensão na qual outras centrais podem se juntar permite transportar grandes potências Em centenas e centenas de quilômetros para alimentar uma região um transformador leva essa tensão para 63. 000 V depois passa para 20.

000 V até a nossa cidade onde um último transformador entrega a baixa tensão que todos nós conhecemos é este o princípio da distribuição elétrica mas antes de terminar um obrigado aos nossos que esperamos rever em breve nas nossas [Música] telas energias uma eletricidade hoje o Senor Fulano foi comprar uma lâmpada elétrica com uma potência de 100 w a senhora fulana foi comprar um secador de cabelo para secar seus cabelos potência de 1000 w Isto é 1 kW pois 1000 Qualquer coisa se diz 1 kg qualquer coisa o senhor da estrada de ferro queria uma locomotiva elétrica para puxar seu trem a 130 km hor potência da locomotiva 8 milhões de w 8 milhões de w ou se vocês preferirem 8 MW pois 1 milhão de coisas nós chamamos de mega coisas wat Mew é a potência dos aparelhos é o que eles podem fazer mas por hora eles não fazem nada eles não estão ligados à rede a rede no entanto está pronta nas centrais os alternadores giram o alternador vocês se lembram é o ã que gira diante das bobinas na prática evidentemente esta imagem de alternador seria um pouco mais próxima da realidade mas o princípio é mesmo as bobinas são chamadas de estator o ímã que na realidade é um eletroímã se chama rotor ele gira a 3. 000 voltas por minuto e o estator solta uma corrente alternada trifásica com uma frequência de 50 hz exatamente este alternador tem uma potência máxima de 600 MW mas atualmente o senhor da central nos diz que ele funciona com apenas 50% de sua potência 300 MW quer dizer que ele faz funcionar apenas o equivalente a 300 secadores de cabelo de 1 kW [Música] cada mas vocês imaginam que se há 300 MW que saem do alternador é preciso que haja uma máquina ao menos tão potente para fazê-lo girar não existem milagres mas que [Música] máquina nas centrais é sempre uma turbina mas com que a fazem girar é aí que os senhores das centrais se dividem em duas escolas de um lado os Hidráulicos assim chamados porque fazem girar suas turbinas com a água dos rios e das barragens os outros a fazem girar com o vapor fabricam fazendo esquentar água em uma caldeira Estes são chamados de térmicos eles se dividem aliás em dois o térmico clássico que esquenta sua Caldeira com carvão petróleo gás o outro o térmico nuclear se serve de um reator mas voltemos a nossa Central ela continua debitando seus 300 MW suponhamos que de repente Eis que 40 locomotivas são ligadas além dos 300.