No mundo moderno, todas as pessoas foram expostas à eletricidade desde a infância. A primeira menção desse fenômeno natural remonta ao tempo dos filósofos Aristóteles e Tales, que ficaram intrigados com as propriedades surpreendentes e misteriosas da corrente elétrica. Mas foi apenas no século XVII que grandes mentes científicas iniciaram uma série de descobertas sobre energia elétrica que perduram até hoje.
A descoberta da corrente elétrica e a criação por Michael Faraday em 1831 do primeiro gerador do mundo mudou radicalmente a vida humana. Estamos acostumados ao fato de que nossas vidas são facilitadas por dispositivos que usam energia elétrica, mas até agora a maioria das pessoas não tem uma compreensão desse importante fenômeno. Para começar, para entender os princípios básicos da eletricidade, é necessário estudar duas definições básicas: corrente elétrica e tensão.
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O que é corrente e tensão elétrica
Eletricidade é o movimento ordenado de partículas carregadas (portadores de carga elétrica). Os portadores de corrente elétrica são os elétrons (em metais e gases), cátions e ânions (em eletrólitos), buracos na condutividade elétron-buraco. Este fenômeno se manifesta pela criação de um campo magnético, uma mudança na composição química ou aquecimento dos condutores. As principais características da corrente são:
- intensidade da corrente, determinada pela lei de Ohm e medida em Amperes (MAS), nas fórmulas é indicado pela letra I;
- potência, de acordo com a lei de Joule-Lenz, medida em watts (ter), denotado pela letra P;
- frequência, medida em hertz (Hz).
A corrente elétrica, como portadora de energia, é usada para obter energia mecânica usando motores elétricos, para obter energia térmica em aparelhos de aquecimento, soldas elétricas e aquecedores, para excitar ondas eletromagnéticas de várias frequências, para criar um campo magnético em eletroímãs e para obter luz energia em luminárias e diversos tipos de lâmpadas.
Tensão é o trabalho realizado pelo campo elétrico para mover uma carga de 1 pendente (Cl) de um ponto do condutor a outro. Com base nessa definição, ainda é difícil entender o que é estresse.
Para que partículas carregadas se movam de um polo para outro, é necessário criar uma diferença de potencial entre esses polos (Isso é o que se chama tensão.). A unidade de tensão é o volt (NO).
Para finalmente entender a definição de corrente e tensão elétrica, uma analogia interessante pode ser feita: imagine que a carga elétrica seja a água, então a pressão da água na coluna é a tensão, e a velocidade do fluxo de água na tubulação é a intensidade da corrente elétrica. Quanto maior a tensão, maior a corrente elétrica.
O que é corrente alternada
Se você mudar a polaridade dos potenciais, a direção do fluxo da corrente elétrica muda. É essa corrente que é chamada de variável. O número de mudanças de direção ao longo de um determinado período de tempo é chamado de frequência e é medido, como mencionado acima, em hertz (Hz). Por exemplo, em uma rede elétrica padrão em nosso país, a frequência é de 50 Hz, ou seja, a direção do movimento da corrente muda 50 vezes por segundo.
O que é corrente contínua
Quando o movimento ordenado de partículas carregadas sempre tem apenas uma direção, essa corrente é chamada de constante. A corrente contínua ocorre em uma rede de tensão constante quando a polaridade das cargas de um lado e do outro é constante ao longo do tempo. É muito usado em vários dispositivos eletrônicos e tecnologia, quando a transmissão de energia a longa distância não é necessária.
Fontes de corrente elétrica
Fonte de corrente elétrica geralmente chamado de dispositivo ou dispositivo com o qual uma corrente elétrica pode ser criada em um circuito. Tais dispositivos podem criar corrente alternada e corrente contínua. De acordo com o método de criação de uma corrente elétrica, eles são divididos em mecânicos, leves, térmicos e químicos.
Mecânico As fontes de corrente elétrica convertem energia mecânica em energia elétrica.Estes equipamentos são de vários tipos. geradores, que, devido à rotação do eletroímã em torno da bobina dos motores assíncronos, produzem uma corrente elétrica alternada.
leve fontes convertem energia de fótons (Energia luminosa) em eletricidade. Eles usam a propriedade dos semicondutores para produzir tensão quando expostos a um fluxo de luz. Os painéis solares são um desses dispositivos.
Térmico - converter energia térmica em eletricidade devido à diferença de temperatura entre dois pares de semicondutores em contato - termopares. A magnitude da corrente em tais dispositivos está diretamente relacionada à diferença de temperatura: quanto maior a diferença, maior a força da corrente. Tais fontes são usadas, por exemplo, em usinas geotérmicas.
Químico uma fonte de corrente produz eletricidade como resultado de reações químicas. Por exemplo, tais dispositivos incluem vários tipos de baterias e acumuladores galvânicos. As fontes de corrente baseadas em células galvânicas são geralmente usadas em dispositivos autônomos, carros, tecnologia e são fontes de corrente contínua.
Conversão de CA para CC
Dispositivos elétricos no mundo usam corrente contínua e alternada. Portanto, há a necessidade de converter uma corrente em outra ou vice-versa.
Da corrente alternada, a corrente contínua pode ser obtida usando uma ponte de diodos ou, como também é chamada, um “retificador”. O núcleo de um retificador é um diodo semicondutor que conduz eletricidade apenas em uma direção. Após este diodo, a corrente não muda de direção, mas aparecem ondulações, que são eliminadas com a ajuda de capacitores e outros filtros. Os retificadores estão disponíveis nas versões mecânica, eletrovácuo ou semicondutora.
Dependendo da qualidade de fabricação de tal dispositivo, a ondulação de corrente na saída terá um valor diferente, como regra, quanto mais caro e melhor for o dispositivo, menos ondulação e mais limpa será a corrente. Um exemplo desses dispositivos são Suprimentos de energia diversos aparelhos e carregadores, retificadores de usinas elétricas em diversos modais de transporte, máquinas de solda DC e outros.
Os inversores são usados para converter corrente contínua em corrente alternada. Tais dispositivos geram uma tensão alternada com uma senóide. Existem vários tipos de tais dispositivos: inversores com motores elétricos, relé e eletrônicos. Todos eles diferem entre si na qualidade da corrente alternada de saída, custo e tamanho. Um exemplo de tal dispositivo são fontes de alimentação ininterruptas, inversores em carros ou, por exemplo, em usinas de energia solar.
Onde é usado e quais são as vantagens da corrente alternada e contínua
Várias tarefas podem exigir o uso de AC e DC. Cada tipo de corrente tem suas próprias vantagens e desvantagens.
Corrente alternada mais frequentemente usado quando há necessidade de transmitir corrente por longas distâncias. É mais conveniente transmitir essa corrente do ponto de vista de possíveis perdas e do custo do equipamento. É por isso que a maioria dos aparelhos e mecanismos elétricos usam apenas esse tipo de corrente.
Casas residenciais e empreendimentos, infraestrutura e meios de transporte estão localizados a uma distância das usinas, de modo que todas as redes elétricas são AC. Essas redes alimentam todos os eletrodomésticos, equipamentos industriais, locomotivas de trem. Há um número incrível de dispositivos operando em corrente alternada e é muito mais fácil descrever aqueles dispositivos que usam corrente contínua.
DC usado em sistemas autônomos, como sistemas de bordo de carros, aeronaves, navios ou trens elétricos. É amplamente utilizado na alimentação de microcircuitos de diversos eletrônicos, em comunicações e outros equipamentos, onde é necessário minimizar a quantidade de interferências e ondulação ou eliminá-las completamente. Em alguns casos, essa corrente é usada na soldagem elétrica com a ajuda de inversores. Existem até locomotivas ferroviárias que funcionam em sistemas DC. Na medicina, essa corrente é usada para introduzir drogas no corpo usando eletroforese e, para fins científicos, separar várias substâncias (eletroforese de proteínas, etc.).
Designações em aparelhos elétricos e diagramas
Muitas vezes, é necessário determinar em que corrente o dispositivo opera. Afinal, conectar um dispositivo operando em corrente contínua a uma rede elétrica de corrente alternada levará inevitavelmente a consequências desagradáveis: danos ao dispositivo, incêndio, choque elétrico. Para isso, são geralmente aceitos convenções para tais sistemas e até mesmo codificação de cores dos fios.
Convencionalmente, em aparelhos elétricos que operam em corrente contínua, são indicadas uma linha, duas linhas sólidas ou uma linha contínua juntamente com uma linha pontilhada, localizadas uma abaixo da outra. Além disso, essa corrente é marcada com uma designação em letras latinas DC. O isolamento elétrico dos fios em sistemas DC para o fio positivo é de cor vermelha, o fio negativo azul ou preto.
Em aparelhos e máquinas elétricas, a corrente alternada é indicada pela abreviatura em inglês CA ou linha ondulada. Nos diagramas e na descrição dos dispositivos, também é indicado por duas linhas: sólida e ondulada, localizadas uma abaixo da outra. Os condutores na maioria dos casos são designados da seguinte forma: fase é marrom ou preta, zero é azul e terra é verde-amarelo.
Por que a corrente alternada é usada com mais frequência
Acima, já falamos sobre por que a corrente alternada é atualmente usada com mais frequência do que a corrente contínua. E, no entanto, vamos olhar para esta questão com mais detalhes.
O debate sobre qual corrente usar é melhor vem acontecendo desde as descobertas no campo da eletricidade. Existe até uma "guerra de correntes" - o confronto entre Thomas Edison e Nikola Tesla pelo uso de um dos tipos de corrente. A luta entre os seguidores desses grandes cientistas durou até 2007, quando a cidade de Nova York foi mudada para corrente alternada de corrente contínua.
A maior razão pela qual o AC é usado com mais frequência é porque a capacidade de transmiti-lo por longas distâncias com perdas mínimas. Quanto maior a distância entre a fonte de corrente e o consumidor final, maior a resistência fios e perdas de calor para o seu aquecimento.
Para obter a potência máxima, é necessário aumentar a espessura dos fios (e assim reduzir a resistência), ou aumente a tensão.
Em sistemas AC, você pode aumentar a tensão com uma espessura mínima de fios, reduzindo assim o custo das linhas elétricas. Para sistemas com corrente contínua, não há maneiras acessíveis e eficazes de aumentar a tensão e, portanto, para essas redes, é necessário aumentar a espessura dos condutores ou construir um grande número de pequenas usinas. Ambos os métodos são caros e aumentam significativamente o custo da eletricidade em comparação com as redes AC.
Com a ajuda de transformadores elétricos, a tensão de corrente alternada é efetiva (com eficiência de até 99%) pode ser alterado em qualquer direção dos valores mínimos para os máximos, o que também é uma das vantagens importantes das redes CA. O uso de um sistema CA trifásico aumenta ainda mais a eficiência, e máquinas como motores que funcionam com energia CA são muito menores, mais baratas e mais fáceis de manter do que os motores CC.
Com base no exposto, podemos concluir que o uso de corrente alternada é benéfico em grandes redes e ao transmitir energia elétrica a longas distâncias, e para operação precisa e eficiente de dispositivos eletrônicos e para dispositivos autônomos, é aconselhável usar corrente contínua.
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