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Introdução ao conceito de Energia Eléctrica e descrição das suas diferentes formas.
A aprendizagem neste tópico envolve os seguintes objectivos:
Os seguintes conhecimentos são essenciais para a compreensão deste tópico:
Energia Eléctrica
Energia associada à posição relativa das cargas eléctricas e ao seu movimento relativo.
Uma partícula exibe um potencial de interacção relacionado com o facto de ter carga eléctrica. Esse potencial manifesta-se como energia eléctrica.
O caso mais simples é o de cargas imóveis. Uma partícula com determinada carga eléctrica, parada, e sem nenhuma partícula com carga na vizinhança, não possui energia potencial electrostática. No entanto, podemos recorrer ao conceito de potencial eléctrico, e dizer que a partícula possui um determinado potencial, que varia com a distância a que estamos em relação a ela. O potencial electrostático é a energia potencial electrostática correspondente à presença de outra partícula com carga de 1 C (coulomb) a determinada distância, e tem unidades de volts (V).
Campo eléctrico
Taxa de variação do potencial com a distância à partícula (unidades de Volts por metro - V/m).
Duas ou mais partículas carregadas, a certa posição relativa uma das outras, vão interagir entre si, constituindo um sistema com determinada energia potencial electrostática.
Cargas em movimento produzem e sentem outro tipo de interacção, a interacção magnética. Para ter em conta essa interacção, recorre-se ao conceito de campo magnético. No entanto, para uma carga a determinada velocidade, podemos escolher um referencial que se mova com a carga, e onde, portanto, a carga está parada, e só existe um campo eléctrico associado. É possível mostrar, no âmbito da Relatividade Restrita, que o campo magnético é um resultado de campos eléctricos em movimento.
Por outro lado, as cargas em movimento na presença de campos eléctrico e magnético, sentem a acção de uma força, a Força Electromagnética ou Força de Lorentz
F = q(E + v × B)
em que q é a carga da partícula, viajando à velocidade v, na presença dos campos eléctrico E, e magnético, B.
Usando o que sabemos sobre trabalho mecânico , obtemos que, a energia transferida para uma partícula com carga q a viajar à velocidade v, na presença dos campos eléctrico E, e magnético, B, constantes é
W = F • r = q(E • r + [v × B] • r)
em que r é o seu deslocamento. Para outros casos, ainda não temos ferramentas de cálculo suficientes para os resolver.
Ao fluxo de cargas em movimento chamamos corrente eléctrica, I. Imaginemos um fio condutor com um determinado comprimento e secção de área. Se mantivermos uma diferença de potencial eléctrico ao longo do condutor, essa variação do potencial vai corresponder a um campo eléctrico que, acelerará as cargas eléctricas, produzindo uma corrente I proporcional à diferença de potencial, ΔV. A potência eléctrica associada a essa corrente é equivalente à taxa a que a energia eléctrica é convertida noutra forma de energia, por exemplo, calor, energia mecânica, ou energia armazenada em campos eléctricos e magnéticos, como a luz. Para um circuito de corrente contínua, com uma determinada diferença de potencial fixa, a potência é dada por: P = ΔVI [W].
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