Energia elétrica: provém das usinas hidrelétricas. A força da água é responsável pela geração de energia, e o processo consiste em grandes volumes de águas represadas que caem pelas tubulações fazendo girar turbinas acopladas a um gerador, produzindo assim energia elétrica.
Energia nuclear: energia térmica que é transformada em energia elétrica é produzida nas usinas nucleares por meio de processos físico-químicos.
Energia eólica: já foi utilizada para produzir energia mecânica nos moinhos, é produzida pelo ar em movimento. É atraente por não causar danos ambientais e ter custo de produção baixo em relação a outras fontes alternativas de energia. Energia solar: Os painéis solares possuem células fotoelétricas que transformam a energia proveniente dos raios solares em energia elétrica. Tem a vantagem de não produzir danos ao meio ambiente. Energia térmica: a energia elétrica é transformada em energia térmica através do ferro de passar. Energia sonora e energia luminosa: Energia mecânica:
Formas de obtenção de energiaEnergia das marés – A obtenção desse tipo de energia é possível graças ao movimento de subida e descida das marés. A energia é captada através de um reservatório marítimo e de uma espécie de barragem, composta por um gerador e por uma turbina: na maré alta a água enche o reservatório e movimenta as turbinas produzindo a energia elétrica, já no período de maré baixa é a saída de água da barragem que movimenta das turbinas e produz energia. Energia hidráulica – É a energia provinda da força da água em movimento. Energia eólica – Essa energia é obtida através da energia mecânica, provocada pelo vento em contato com gigantes moinhos específicos para essa função.Energia nuclear – A energia nuclear é a energia elétrica produzida por meio de processos físico-químicos. obter energia nuclear por meio da fusão e fissão. Na primeira o núcleo de dois ou mais elementos se fundem e liberam energia, na segunda o núcleo é bombardeado com nêutrons.Energia solar – Essa é a energia obtida através da captação dos raios solares. Painéis com células fotoelétricas são expostos ao sol e conseguem transformar a energia vinda da irradiação da luz do sol em energia elétrica.Formas de energiaO conceito de energia está relacionado à capacidade de produzir trabalho. A energia causa modificações na matéria e, em muitos casos, de forma irreversível.A energia elétrica: Como o próprio nome (hidrelétrica) já indica, a força da água é responsável pela geração de energia. As redes de transmissão são responsáveis pela distribuição da energia elétrica para as diferentes regiões do país.Energia solar: o Sol. Os painéis solares possuem células fotoelétricas que transformam a energia proveniente dos raios solares em energia elétrica. Tem a vantagem de não produzir danos ao meio ambiente.Energia nuclear: energia térmica transformada em energia elétrica, é produzida nas usinas nucleares por meio de processos físico-químicos.Energia eólica (ar em movimento): ela já foi utilizada para produzir energia mecânica nos moinhos. Atualmente é usada com o auxílio de turbinas, para produzir energia elétrica. É atraente por não causar danos ambientais e ter custo de produção baixo em relação a outras fontes alternativas de energia.Energia térmica: quando vamos passar roupas, a energia elétrica é transformada em energia térmica através do ferro de passar.Energia sonora e energia luminosa: recebemos iluminação em casa pela transformação da energia elétrica que, ao passar por uma lâmpada, torna-se incandescente, e o televisor nos permite receber a energia sonora.Energia mecânica: usada nas indústrias automobilísticas para trabalhos pesados.
Obtenção de eletricidade
O Doing Business registra todos os procedimentos necessários para uma empresa obter uma ligação e fornecimento permanente de energia elétrica para um depósito padrão. Esses procedimentos incluem solicitações e contratos com a empresa distribuidora de energia elétrica, todas as inspeções e autorizações necessárias por parte da mesma e de outros órgãos e as obras de ligação externa entre o depósito e a rede elétrica. O questionário divide o processo de obtenção de uma ligação elétrica em procedimentos distintos e calcula o tempo e o custo para realizar cada procedimento.
O tópico da obtenção de eletricidade inclui também o índice da qualidade do fornecimento de energia e transparência das tarifas (que compõe o cálculo da pontuação e da classificação das economias quanto à facilidade de se fazer negócios) e o preço da energia elétrica (não incluído na pontuação e classificação das economias). O índice da qualidade do fornecimento de energia e transparência das tarifas é composto por dados quantitativos relativos à duração e frequência das interrupções no fornecimento de energia elétrica e de dados qualitativos sobre: os mecanismos empregados pela empresa distribuidora de energia elétrica no monitoramento das interrupções e no restabelecimento do serviço, a supervisão do fornecimento por uma entidade reguladora do setor elétrico, o grau de transparência das tarifas de energia e a existência de mecanismos compensatórios (por exemplo, se as empresas distribuidoras de energia são multadas ou obrigadas a compensar financeiramente os seus clientes caso as interrupções ultrapassem um dado limite).
A classificação das economias em termos da facilidade de obtenção de energia elétrica é determinada pela pontuação de cada economia. Esta, por sua vez, é calculada com base na média simples das pontuações de cada componente do tópico (procedimentos, tempo, custo e qualidade do fornecimento de energia e transparência das tarifas), com exceção do preço da energia elétrica.
Os dados sobre a qualidade do fornecimento de energia são obtidos junto às empresas distribuidoras de energia elétrica ou organismos reguladores do setor elétrico, conforme a natureza técnica dos mesmos. Os demais dados, incluindo os dados sobre transparência das tarifas, o preço da energia elétrica e o processo de obtenção de uma nova ligação, são obtidos junto às empresas distribuidoras de energia elétrica, órgãos reguladores do setor e profissionais independentes, tais como engenheiros elétricos, eletricistas e empresas de construção. A empresa distribuidora de energia consultada é aquela que atende à área (ou áreas) onde está situada a maioria dos depósitos, na maior cidade comercial de cada economia. Se mais de uma empresa distribuidora de energia atuar na área em questão, opta-se por aquela que tiver o maior número de clientes. Para tornar os dados sobre o tópico da obtenção de eletricidade comparáveis através de todas as economias, utilizam-se várias premissas sobre o depósito e a ligação elétrica.
Premissas sobre o depósito
O depósito:
• É de propriedade de um empresário local.
• Está localizado na maior cidade comercial da economia. Em 11 economias, também são obtidos dados sobre a segunda maior cidade comercial.
• Situa-se numa área onde se encontram depósitos similares. Nesta área uma nova ligação à rede elétrica não está sujeita a um regime de promoção de investimentos (que prevê, por exemplo, subsídios especiais ou um serviço de ligação mais rápido).
• Situa-se numa área sem restrições físicas. Por exemplo, a propriedade não está localizada perto de uma ferrovia. É uma construção nova (ou seja, não havia uma construção anterior no terreno), que está sendo ligada à rede elétrica pela primeira vez.
• Tem 2 andares, ambos acima do solo, com superfície total de aproximadamente 1.300,6 metros quadrados (14.000 pés quadrados). O terreno onde está construído o depósito tem 929 m2 (10.000 pés quadrados).
• É usado para armazenamento de mercadorias.
Premissas sobre a ligação elétrica
A ligação elétrica:
• É uma ligação permanente.
• É uma ligação trifásica, de quatro condutores Y, e com uma potência contratada de 140 quilovolt-ampère (kVA) a um fator de potência de 1 (1 kVA equivale a 1 kW).
• Tem 150 metros de extensão entre a rede elétrica e a entrada do depósito. Pressupomos que a ligação seja realizada a uma rede de distribuição de baixa ou média tensão e que seja aérea ou subterrânea, dependendo do que for mais comum na área onde está situado o depósito.
• Requer obras que envolvem o cruzamento de uma rua de dez metros (por escavação ou tendido de linhas aéreas), e a totalidade destas obras é executada em terreno público, pois o depósito tem acesso direto à via pública.
• A extensão da ligação na área privada do cliente é considerada como sendo insignificante.
• A fiação interna já está concluída, incluindo-se o painel de serviço/quadro elétrico do cliente e a base do medidor. Entretanto, são consideradas como procedimentos todas as inspeções ou vistorias da instalação interior que forem necessárias para se obter uma nova ligação elétrica.
Premissas sobre o consumo mensal de energia elétrica no mês de janeiro
• Supõe-se que o depósito opera 8 horas por dia (das 9:00 às 17:00) durante 30 dias ao mês, com equipamentos que utilizam em média 80% de sua capacidade, sem cortes no fornecimento de energia elétrica.
• O consumo mensal de energia é de 26.880 quilowatt-hora (kWh) e o consumo horário é de 112 kWh.
• Se mais de uma empresa distribuidora de energia atuar na área, opta-se por aquela que oferecer o melhor preço aos seus clientes.
• As tarifas de energia elétrica válidas no mês de janeiro são consideradas para fins do cálculo do preço da energia elétrica. O consumo de energia durante 30 dias é considerado para fins deste cálculo, por mais que janeiro tenha 31 dias.
Procedimentos
Um procedimento é definido como uma interação entre os funcionários de uma empresa que requer uma nova ligação elétrica ou o seu principal engenheiro elétrico ou eletricista (ou seja, o engenheiro que fez a fiação interna do depósito) e terceiros, tais como a empresa distribuidora de energia elétrica, órgãos públicos e empresas de construção. As interações internas aos funcionários da empresa e as etapas relacionadas à fiação elétrica interna, tais como o desenho e a execução da instalação elétrica interna do depósito, não são consideradas como procedimentos. Contudo, inspeções e certificações da instalação elétrica interior são consideradas como procedimentos se forem necessárias para a obtenção de uma nova ligação elétrica. Os procedimentos que devem ser concluídos junto a departamentos diferentes de uma mesma empresa distribuidora de energia são considerados como procedimentos distintos.
Supõe-se que os funcionários da empresa concluem todos os procedimentos por conta própria, salvo se for obrigatório o uso de terceiros (por exemplo, se for exigido que um eletricista registrado junto à empresa distribuidora de energia seja contratado para solicitar uma nova ligação). Se para a realização das obras de ligação externa for possível, porém não obrigatória, a contratação de serviços de outros profissionais (tais como uma empresa privada), as interações que ocorrerem na maioria dos casos serão registradas como procedimentos.
A realização das obras de ligação do depósito à rede elétrica é sempre considerada como um procedimento, independentemente de a mesma ser realizada pela empresa de distribuição de energia ou por uma empresa de construção. Entretanto, a realização destas obras e a instalação do medidor podem ser considerados como um único procedimento nos casos em que são observadas duas condições: (i) as obras de ligação externa e a instalação do medidor são realizados pela mesma empresa/entidade e (ii) não ocorre nenhuma interação com o cliente entre estes dois passos (por exemplo, assinar o contrato de fornecimento de energia ou pagar uma caução).
Se uma inspeção, certificação ou vistoria da instalação elétrica interior do armazém for necessária para se obter uma nova ligação elétrica, este passo é considerado como um procedimento. Contudo, se esta inspeção ocorre conjuntamente com a instalação do medidor e sem que seja necessária uma interação adicional envolvendo o cliente, a inspeção e a instalação do medidor são contados como um único procedimento.
Tempo
O tempo é registrado em dias corridos. O Doing Business mede a duração média que a empresa distribuidora de energia e os peritos locais indicam como necessária na prática para concluir cada etapa para se obter uma ligação elétrica, ao invés de prazos previstos na lei. É considerado o tempo total para um procedimento ser concluído, com um mínimo de acompanhamento e sem pagamentos extra-oficiais. Supõe-se também que o tempo mínimo requerido para cada procedimento seja de 1 dia. Embora os procedimentos possam ocorrer simultaneamente, eles não podem começar no mesmo dia (ou seja, considera-se que procedimentos simultâneos começam em dias consecutivos). Supõe-se que a empresa não perca tempo e se comprometa a concluir sem demora todos os procedimentos necessários para a obtenção de uma nova ligação. Não é considerado o tempo que a empresa gasta para obter informações. Supõe-se que a empresa esteja ciente de todos os requisitos necessários para uma nova ligação elétrica e de sua sequência desde o início do processo.
Custo
O custo é registrado como um percentual do PIB (produto interno bruto) per capita da economia, excluindo-se o imposto sobre valor agregado ou impostos similares. Todas as taxas e custos oficiais associados aos procedimentos necessários para se ligar um depósito à rede elétrica são registrados, inclusive os relacionados com a obtenção de autorizações de órgãos governamentais, solicitação da ligação, recepção de inspeções tanto do terreno como da fiação interna do depósito, compra de materiais, realização das obras de ligação externa e pagamento de uma caução ou depósito de garantia. São utilizados como fontes de informação os dados fornecidos por profissionais locais e a legislação vigente, bem como as tarifas cobradas por serviços da empresa distribuidora de energia. Se vários peritos locais fornecerem estimativas diferentes, será considerado o valor mediano informado. Em todos os casos, o custo não inclui o pagamento de subornos.
Caução / Depósito de garantia
Em certos casos, para concluir uma nova ligação elétrica a empresa distribuidora de energia requer um depósito de garantia, ou caução, contra possíveis inadimplências. Por esta razão, a caução exigida de um novo cliente é normalmente calculada com base numa estimativa do seu consumo mensal.
O Doing Business não registra como custo o montante total da caução. Em seu lugar, é registrado o valor atual das perdas sofridas pelo cliente com relação aos lucros provenientes de juros, porque a empresa distribuidora detém a caução por um longo período, na maioria dos casos até à data do vencimento do contrato (a duração do contrato é considerada como sendo de 5 anos neste estudo de caso). Nos casos em que a caução for usada para pagar a primeira conta de energia elétrica, esta não será registrada. Para fins do cálculo do valor atual da perda de lucros provenientes de juros, são usadas as taxas de empréstimo do fim de 2017 da International Financial Statistics (Estatísticas Financeiras Internacionais) do Fundo Monetário Internacional. Nos casos em que a caução for reembolsada ao cliente com juros, a diferença entre a taxa de empréstimo e os juros pagos pela empresa distribuidora será usada para se calcular o valor atual das perdas sofridas pelo cliente.
Em certas economias, a caução pode ser paga sob a forma de um título ou garantia bancária: o cliente pode obter de um banco ou seguradora uma caução emitida contra os ativos que ele mantém na instituição financeira. Ao contrário dos casos em que o cliente paga a caução em dinheiro à empresa distribuidora de energia, neste cenário o cliente mantém a posse do montante total da caução e pode continuar a utilizá-lo em suas atividades econômicas. Contudo, o banco requer uma comissão pela emissão do título ou garantia bancária. A comissão a ser cobrada poderá variar dependendo do nível de solvência do cliente. Supõem-se a melhor solvência possível e, portanto, a menor comissão possível. Se for utilizado um título ou garantia bancária, o valor da caução registrada será equivalente ao valor da comissão anual cobrada pelo banco ou seguradora, multiplicado por cinco anos - que, segundo se supõe, será a duração do contrato. Se ambas as opções forem possíveis para o pagamento do depósito de garantia, será considerada a de menor custo para o cliente.
Para fins ilustrativos, tomemos o caso de Hong Kong (Região Administrativa Especial da China). Em Hong Kong, um cliente que tivesse solicitado uma ligação elétrica de 140 kVA de potência em 2018 teria que pagar uma caução de 64.721 dólares de Hong Kong (cerca de 8.250 dólares americanos), em dinheiro ou cheque. O valor deste depósito seria devolvido somente no fim do contrato. Em vez disso, o cliente poderia ter investido este valor a uma taxa de juros de 5.0%. Dado que o período do contrato é de cinco anos, isto significaria um valor atual de juros perdidos de 14.008 dólares de Hong Kong (cerca de 1.780 dólares americanos). Contudo, se fosse possível pagar o depósito através de uma garantia bancária a uma comissão anual de 1.5%, o valor perdido pelo cliente durante cinco anos seria de 4.854 dólares de Hong Kong (620 dólares americanos).
Índice da qualidade do fornecimento de energia e transparência das tarifas
O Doing Business utiliza o índice de duração média das interrupções do sistema (SAIDI) e o índice de frequência média das interrupções do sistema (SAIFI) para medir a duração e a frequência das interrupções no fornecimento de energia elétrica na maior cidade comercial de uma economia (em 11 economias são obtidos também os dados relativos à segunda maior cidade comercial). O índice SAIDI exprime a duração média de todas as interrupções ou cortes no fornecimento de energia elétrica ao longo de um ano por cliente, ao passo que o SAIFI equivale ao número médio de interrupções no serviço sofridas por um cliente durante um ano. Dados anuais (abrangendo um ano civil) são fornecidos pelas empresas distribuidora de energia elétrica e reguladores nacionais. O cálculo dos índices SAIDI e SAIFI deve incluir as interrupções planejadas e não planejadas, bem como interrupções devido ao racionamento de energia elétrica. As economias são elegíveis para obter uma pontuação no índice da qualidade do fornecimento e transparência das tarifas se atenderem a duas condições. Em primeiro lugar, os dados obtidos sobre as interrupções elétricas (medindo a duração média de todas as interrupções por cliente – SAIDI - e o número médio de interrupções por cliente – SAIFI -) devem incluir todos os tipos de interrupções. Em segundo o lugar, o índice SAIDI deve ser inferior a 100 horas por ano e, o índice SAIFI, inferior a 100 interrupções por ano.
Uma economia não estará qualificada para obter uma pontuação neste índice se as interrupções forem demasiadamente frequentes ou longas para que o fornecimento de energia elétrica seja considerado de qualidade – ou seja, se os valores dos índices SAIDI e SAIFI excederem os limites determinados. Uma economia também não será elegível caso não sejam obtidos dados sobre interrupções no fornecimento de energia elétrica ou se forem apenas parcialmente obtidos (se, por exemplo, os cortes planejados ou devidos ao racionamento de energia elétrica não forem contabilizados, ou se o tempo mínimo para que uma interrupção seja incluída no cálculo do SAIDI e SAIFI for superior a 5 minutos).
No caso das economias que atendem aos critérios determinados pelo Doing Business, a pontuação no índice da qualidade do fornecimento de energia e transparência das tarifas é calculada com base em seis componentes:
• Quais são os valores dos índices SAIDI e SAIFI? Se o SAIDI e SAIFI forem iguais ou inferiores a 12 (equivalente a uma interrupção de uma hora por mês) é atribuído 1 ponto. Se o SAIDI e SAIFI forem iguais ou inferiores a 4 (equivalente a uma interrupção de uma hora por trimestre) é atribuído 1 ponto adicional. Se o SAIDI e SAIFI forem iguais ou inferiores a 1 (equivalente a uma interrupção de uma hora por ano) é atribuído 1 terceiro ponto.
• Quais são as ferramentas utilizadas pela empresa de distribuição de energia para monitorar as interrupções no fornecimento? É atribuído 1 ponto se a empresa de distribuição utilizar ferramentas automatizadas, tais como o sistema de Gestão de Interrupções/Incidentes (OMS/IMS) ou de Controle,Supervisão e Aquisição de Dados (SCADA); 0 se a empresa basear-se apenas nos contatos telefônicos dos clientes e monitorar as interrupções manualmente.
• Quais são as ferramentas usadas pela empresa de distribuição de energia para restabelecer o fornecimento de energia elétrica? É atribuído 1 ponto se empresa de distribuição utilizar ferramentas automatizadas, tais como o sistema de OMS/IMS ou SCADA; 0 se a empresa utilizar apenas recursos manuais para o restabelecimento do serviço, como equipes de campo ou funcionários dedicados à manutenção do sistema de forma manual.
• Um regulador – ou seja, uma entidade separada da empresa de distribuição de energia – monitora o desempenho desta empresa quanto à qualidade do fornecimento? É atribuído 1 ponto se o regulador realizar um monitoramento periódico ou em tempo real; 0 se o regulador não monitorar as interrupções de energia elétrica e não exigir que a empresa de distribuição de energia apresente relatórios sobre a qualidade do fornecimento.
• Existem sanções financeiras para limitar as interrupções? É atribuído 1 ponto se a empresa de distribuição de energia indenizar os clientes quando as interrupções excederem um certo limite, ou se a empresa for multada pelo regulador quando as interrupções excederem um certo limite, ou ainda se essas duas condições forem atendidas; 0 se não houver qualquer mecanismo para limitar as interrupções no fornecimento de energia.
• As tarifas de energia elétrica e suas alterações são transparentes e estão facilmente disponíveis ao público? É atribuído 1 ponto se as tarifas vigentes estiverem disponíveis on-line e os clientes forem notificados sobre uma alteração na tarifa com ao menos um mês de antecedência (ou seja, antes do próximo ciclo de faturamento); 0 se isso não ocorrer.
O índice varia de 0 a 8, sendo que as pontuações mais elevadas indicam um nível mais alto de qualidade do fornecimento de energia elétrica e de transparência das tarifas. No Reino Unido, por exemplo, a empresa de distribuição de energia elétrica, UK Power Networks, utiliza os índices SAIDI e SAIFI para supervisionar o sistema e coletar dados sobre as interrupções no fornecimento de energia. Em 2017, a duração média de todas as interrupções em Londres foi de 0.27 horas por cliente e o número médio de interrupções por cliente foi de 0.13. Tanto o índice SAIDI quanto o SAIFI estão abaixo do limite e indicam que houve menos de uma interrupção por ano por cliente, com duração total de menos de uma hora. Assim, esta economia não apenas atende aos critérios de elegibilidade para a obtenção de uma pontuação neste índice, como também recebe 3 pontos no primeiro componente do índice. A empresa de distribuição de energia utiliza o sistema de controle automático GE PowerOn para identificar falhas na rede (1 ponto) e restabelecer o serviço de energia elétrica (1 ponto). O “Office of Gas and Electricity Markets”, um regulador nacional independente, revisa ativamente o desempenho da empresa de distribuição de energia quanto à qualidade do fornecimento de energia elétrica (1 ponto) e exige que a empresa indenize os seus clientes no caso de as interrupções durarem mais do que o período máximo previamente definido (1 ponto). Os clientes são informados sobre alterações nas tarifas antes do próximo ciclo de faturamento e podem conferir com facilidade quais são as tarifas vigentes, através da internet (1 ponto). A soma desses pontos dá ao Reino Unido a pontuação máxima de 8 no índice da qualidade do fornecimento e transparência das tarifas.
Por outro lado, várias economias recebem uma pontuação de 0 no índice da qualidade do fornecimento e transparência das tarifas. Em certos casos, isto se deve ao fato das interrupções ocorrerem mais de uma vez por mês e da economia não adotar nenhum dos mecanismos e ferramentas medidos pelo índice. Uma economia pode ainda receber uma pontuação de 0 caso o índice SAIDI ou SAIFI (ou ambos) exceda o limite de 100 ou se não forem contabilizadas todas as interrupções. No Suriname, por exemplo, a distribuidora não inclui no índice SAIDI as interrupções devidas ao racionamento de energia elétrica. Tomando por base os critérios estabelecidos anteriormente, o Suriname não obtém uma pontuação neste índice, embora a empresa distribuidora de energia elétrica utilize sistemas automatizados para controlar as interrupções e restabelecer o fornecimento de energia elétrica, e exista transparência nas tarifas. Se numa economia não foi fornecida nenhuma nova ligação elétrica entre junho de 2017 e maio de 2018, ou se não houve fornecimento de energia elétrica neste período, esta economia é classificada como “sem prática” com relação aos procedimentos, tempo e custo para obtenção de energia elétrica. Além disto, uma economia classificada como “sem prática” obtém automaticamente uma pontuação de zero no índice da qualidade do fornecimento de energia e transparência das tarifas, mesmo se, por exemplo, existir uma entidade reguladora que supervisione a distribuidora relativamente a interrupções.
Preço da energia elétrica
O relatório Doing Business publica dados sobre o preço da energia elétrica, mas não inclui esses dados ao calcular a pontuação e a classificação das economias quanto à facilidade de obtenção de eletricidade. Os dados sobre os preços do consumo de energia elétrica são baseados em premissas padronizadas para assegurar a comparabilidade entre as economias, e estão disponíveis na página do Doing Business na internet (http://www.doingbusiness.org). O preço da energia elétrica é medido em centavos de dólar americano por quilowatt-hora. Supõe-se um consumo mensal para um depósito na maior cidade da economia, a partir do qual é computada a fatura mensal para o mês de janeiro (em 11 economias também são obtidos os dados sobre a segunda maior cidade comercial). Conforme ressaltado anteriormente, o depósito utiliza eletricidade 30 dias por mês, das 9h às 17h, portanto diferentes planos tarifários podem ser aplicados, caso exista uma tarifa horária. Reformas
O tópico da obtenção de eletricidade mede as mudanças que afetam a eficiência do processo de ligação elétrica e a qualidade do fornecimento de energia e a transparência das tarifas. Dependendo do seu impacto nos dados, certas mudanças são classificadas como reformas regulatórias e incluídas na seção que apresenta as reformas identificadas pelo Doing Business em 2017/2018. Esta seção do relatório lista as alterações significativas ocorridas no ambiente regulatório das economias analisadas pelo projeto durante este período. As reformas são classificadas em dois tipos: reformas que facilitam as atividades empresariais e reformas que as dificultam. O tópico da obtenção de eletricidade utiliza dois critérios para identificar as reformas que ocorrem nesta área.
Em primeiro lugar, a pontuação da economia no tópico é utilizada para se analisar o impacto das mudanças ocorridas no período. São classificadas como reformas as alterações nos dados com um impacto igual ou superior a 2% na distância entre a pontuação máxima do tópico e a pontuação da economia, com exceção de alterações nos custos que, de acordo com a lei, variam em função do salário mínimo ou do índice de preços (para mais detalhes sobre o cálculo das pontuações em termos da facilidade de se fazer negócios, favor consultar a seção que trata deste cálculo no relatório Doing Business). Por exemplo, se a introdução de um balcão único pela empresa distribuidora de energia reduzir o tempo para se revisar requerimentos de uma nova ligação, e se esta alteração no tempo levar a uma diminuição da distância superior ou igual a 2% entre a pontuação da economia e a pontuação máxima, esta iniciativa é classificada como uma reforma na área da obtenção de eletricidade. Por outro lado, pequenas alterações nas tarifas de ligação elétrica e outras mudanças de menor impacto, que não afetam a distância em no mínimo 2%, não são consideradas reformas. Nestes casos, as alterações que ocorrerem no processo de obtenção de uma nova ligação elétrica terão um impacto nos dados publicados pelo relatório.
Além disto, para serem classificadas como uma reforma regulatória, as alterações nos dados devem estar associadas a uma iniciativa do governo ou da empresa distribuidora de energia, e não serem oriundas de fatores exógenos. Por exemplo, se o número de interrupções no fornecimento de energia aumentar consideravelmente em um ano devido a fatores climáticos, esta mudança não é considerada uma reforma que aumentou a dificuldade das atividades empresariais. Da mesma forma, se houver uma redução no custo dos materiais necessários às obras de ligação elétrica, como cabos e transformadores, devido à valorização cambial, esta mudança não é considerada uma reforma que facilitou os negócios. Contudo, se uma empresa distribuidora de energia criar um balcão único para simplificar e agilizar o processo de obtenção de uma nova ligação ou instalar um sistema automatizado, melhorando a qualidade da supervisão das interrupções no fornecimento de energia, estas ações são consideradas como reformas que facilitaram as atividades empresariais na economia em questão.
Os dados sobre a obtenção de eletricidade em todas as economias estão disponíveis em http://www.doingbusiness.org. A metodologia inicial foi desenvolvida por Geginat e Ramalho (2015) e é adotada com pequenas modificações.
Fontes
Fontes renováveis, como a força das águas, dos ventos ou a energia do sol e recursos fósseis, estão entre os combustíveis usados para a geração da energia elétrica. Por meio de turbinas e geradores podemos transformar outras formas de energia, como a mecânica e a química, em eletricidade.
A Empresa de Pesquisa Energética (EPE) mostra em seu site que, pela abundância de grandes cursos d’água, espalhados por quase todo o território brasileiro, a fonte hidrelétrica está no topo da matriz elétrica brasileira. Políticas públicas implementadas nos últimos anos, no entanto, têm feito aumentar a participação de outras fontes nessa matriz.
O fluxo das águas é o combustível da geração de eletricidade a partir da fonte hidráulica. Para aproveitar a queda d’água de um rio, por exemplo, estuda-se o melhor local para a construção de uma usina, levando-se em conta o projeto de engenharia, os impactos ambientais, sociais e econômicos na região, além da viabilidade econômica do empreendimento.
As obras de uma usina hidrelétrica incluem o desvio do curso do rio e a formação do reservatório. A água do rio movimenta as turbinas que estão ligadas a geradores, possibilitando a conversão da energia mecânica em elétrica.
A primeira hidrelétrica do mundo foi construída no final do século XIX, junto às quedas d’água das Cataratas do Niágara, na América do Norte. No mesmo período, o Brasil construiu sua primeira hidrelétrica, no município de Diamantina (MG), utilizando as águas do Ribeirão do Inferno, afluente do rio Jequitinhonha. Essa hidrelétrica possuía 0,5 megawatt (MW) de potência e linha de transmissão de dois quilômetros de extensão.
Cem anos depois, a potência instalada das usinas aumentou exponencialmente. Concluída em maio de 2006, a Hidroelétrica de Três Gargantas, na China, é hoje a maior hidroelétrica do mundo.
Com uma capacidade de geração total de 22.500 MW, ela superou Itaipu Binacional, a maior até então, com capacidade de 14.000 MW.
A potência instalada determina se a usina é de grande ou médio porte ou uma Pequena Central Hidrelétrica (PCH). A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) adota três classificações:
- Centrais Geradoras Hidrelétricas (CGH, com até 1 MW de potência instalada) - Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH, entre 1,1 MW e 30 MW de potência instalada) - Usina Hidrelétrica de Energia (UHE, com mais de 30 MW de potência instalada).
O porte da usina também determina as dimensões da rede de transmissão que será necessária para levar a energia até o centro de consumo. No caso das hidrelétricas, quanto maior a usina, mais distante ela tende a estar dos grandes centros. Assim, exige a construção de grandes linhas de transmissão em tensões alta e extra-alta (de 230 kV a 750 kV) que, muitas vezes, atravessam o território de vários Estados. Instaladas junto a pequenas quedas d’água, as PCHs e CGHs, no geral, abastecem pequenos centros consumidores – inclusive unidades industriais e comerciais individuais – e não necessitam de instalações tão extensas para o transporte da energia.
Na geração termelétrica, a eletricidade é produzida a partir da queima de combustíveis, sendo o gás natural um dos mais utilizados no Brasil. O vapor produzido na queima do gás é utilizado para movimentar as turbinas ligadas a geradores.
O gás natural tem elevado poder calorífico e, em sua queima, apresenta baixos índices de emissão de poluentes, em comparação a outros combustíveis fósseis. Em caso de vazamentos, tem rápida dispersão, com baixos índices de odor e de contaminantes. O gás natural é uma mistura de hidrocarbonetos gasosos, originados da decomposição de matéria orgânica fossilizada ao longo de milhões de anos.
O desenvolvimento deste tipo de geração é relativamente recente – tem início na década de 1940. O uso dessa tecnologia foi ampliado somente na última década do século passado. Atualmente, as maiores turbinas a gás chegam a 330 MW de potência e os rendimentos térmicos atingem 42%.
Entre as vantagens adicionais da geração termelétrica a gás natural estão o prazo relativamente curto de maturação do empreendimento e a flexibilidade para o atendimento de cargas de ponta.
O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos que tem origem na decomposição de matéria orgânica, principalmente o plâncton (plantas e animais microscópicos em suspensão nas águas), causada pela ação de bactérias em meios com baixo teor de oxigênio.
Ao longo de milhões de anos, essa decomposição foi se acumulando no fundo dos oceanos, mares e lagos e, pressionada pelos movimentos da crosta terrestre, transformou-se numa substância oleosa. Essa substância é encontrada em bacias sedimentares específicas, formadas por camadas ou lençóis porosos de areia, arenitos ou calcários.
Embora conhecido desde os primórdios da civilização humana, somente em meados do século XIX tiveram início a exploração de campos e a perfuração de poços de petróleo. A partir de então, a indústria petrolífera teve grande expansão. Apesar da forte concorrência do carvão e de outros combustíveis considerados nobres à época, o petróleo passou a ser utilizado em larga escala, especialmente após a invenção dos motores a gasolina e a óleo diesel.
Durante muitas décadas, o petróleo foi o grande propulsor da economia mundial, chegando a representar, no início dos anos 70, quase 50% do consumo de energia primária em todo o mundo.
Embora declinante ao longo do tempo, sua participação nesse consumo ainda representa cerca de 43%, segundo dados da Agência Internacional de Energia, de 2003.
O petróleo é o principal responsável pela geração de energia elétrica em diversos países do mundo. Apesar da expansão recente da hidroeletricidade e da diversificação das fontes de geração de energia elétrica verificadas nas últimas décadas, o petróleo ainda é responsável por cerca de 8% de toda a eletricidade gerada no mundo.
A geração de energia elétrica a partir de derivados de petróleo ocorre por meio da queima desses combustíveis em caldeiras, turbinas e motores de combustão interna. A utilização de caldeiras e turbinas é similar aos demais processos térmicos de geração e se aplica ao atendimento de cargas de ponta e/ou aproveitamento de resíduos do refino de petróleo. Os grupos geradores a diesel são comuns no suprimento de comunidades e de sistemas isolados da rede elétrica convencional.
No Brasil, onde historicamente a geração de energia elétrica é predominantemente hidrelétrica, a geração térmica tem desempenhado papel importante no atendimento da demanda de pico do sistema elétrico e, principalmente, no suprimento de energia elétrica a municípios e comunidades não atendidos pelo sistema interligado.
O carvão, a exemplo do que ocorre com os demais combustíveis fósseis, é uma complexa e variada mistura de componentes orgânicos sólidos, fossilizados ao longo de milhões de anos. Sua qualidade, determinada pelo conteúdo de carbono, varia de acordo com o tipo e o estágio dos componentes orgânicos.
A turfa, de baixo conteúdo carbonífero, constitui um dos primeiros estágios do carvão, com teor de carbono na ordem de 45%; o linhito apresenta um índice que varia de 60% a 75%; o carvão betuminoso (hulha), mais utilizado como combustível, contém cerca de 75% a 85% de carbono, e o mais puro dos carvões; o antracito, apresenta um conteúdo carbonífero superior a 90%.
Da mesma forma, os depósitos variam de camadas relativamente simples e próximas da superfície do solo e, portanto, de fácil extração e
baixo custo, a complexas e profundas camadas, de difícil extração e custos elevados.
Em participação na matriz energética mundial, o carvão é responsável por cerca de 8% de todo o consumo mundial de energia e de 39% de toda a energia elétrica gerada. Para assegurar a preservação do carvão na matriz energética mundial, atendendo às metas ambientais, têm sido pesquisadas e desenvolvidas tecnologias de remoção de impurezas e de combustão eficiente do carvão.
O aproveitamento do carvão mineral para a geração de energia elétrica no Brasil teve início nos anos 1950. Naquela época, foram iniciados estudos e, em seguida, a construção das usinas termelétricas de Charqueadas (RS), com 72 MW de potência instalada, Capivari (SC), com 100 MW, e Figueira (PR), com 20 MW.
A energia nuclear ou nucleoelétrica é proveniente da fissão do urânio em reator nuclear. Apesar da complexidade de uma usina nuclear, seu princípio de funcionamento é similar ao de uma termelétrica convencional, na qual o calor gerado pela queima de um combustível produz vapor, que aciona uma turbina, acoplada a um gerador de corrente elétrica.
Na usina nuclear, o calor é produzido pela fissão do urânio no reator, cujo sistema mais empregado é constituído por três circuitos – primário, secundário e de refrigeração. No primeiro, a água é aquecida a uma temperatura de aproximadamente 320°C, sob uma pressão de 157 atmosferas. Em seguida, essa água passa por tubulações e vai até o gerador de vapor, onde vaporiza a água do circuito secundário, sem que haja contato físico entre os dois circuitos. O vapor gerado aciona uma turbina, que movimenta o gerador e produz corrente elétrica.
No final dos anos 1960, o governo brasileiro decidiu ingressar na geração termonuclear, visando conhecer melhor a tecnologia e adquirir experiências para o futuro. Na época, cogitava-se a necessidade de complementação térmica para o suprimento de eletricidade no Rio de Janeiro. Decidiu-se, então, que essa complementação ocorresse por meio da construção de uma usina nuclear (Angra I) em Angra dos Reis (RJ).
A construção de Angra I (657 MW) teve início em 1972. A primeira reação nuclear em cadeia ocorreu em março de 1982 e a usina entrou em operação comercial em janeiro de 1985. Mas, logo após, interrompeu suas atividades, voltando a funcionar somente em abril de 1987, operando, porém, de modo intermitente, até dezembro de 1990 (nesse período, operou com 600 MW médios durante apenas 14 dias).
Entre 1991 e 1994, as interrupções foram menos frequentes, mas somente a partir de 1995 a usina passou a ter operação regular.
A construção de Angra II (1.350 MW) teve início em 1976 e a previsão inicial para a usina entrar em operação era 1983. Em razão, porém, da falta de recursos, a construção ficou paralisada durante vários anos e a operação do reator ocorreu somente em julho de 2000, com carga de 200 MW a 300 MW. Entre 20 de agosto e 3 de setembro daquele ano, a usina funcionou regularmente, com 915 MW médios. A partir de então, operou de modo intermitente até 9 de novembro, quando passou a funcionar com potência de 1.350 MW médios.
Biomassa é a massa total de organismos vivos numa área. Esta massa constitui uma importante reserva de energia, pois é formada essencialmente por hidratos de carbono. Do ponto de vista energético, para fins de outorga de empreendimentos do setor elétrico, biomassa é todo recurso renovável oriundo de matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia.
Uma das principais vantagens da biomassa é que, embora de eficiência inferior à de outras fontes, seu aproveitamento pode ser feito diretamente, por meio da combustão em fornos e caldeiras, por exemplo.
Para aumentar a eficiência do processo e reduzir impactos socioambientais, tem-se desenvolvido tecnologias de conversão mais eficientes, como a gaseificação e a pirólise – decomposição térmica de materiais contendo carbono, na ausência de oxigênio. Também é comum a co-geração em sistemas que utilizam a biomassa como fonte energética.
No Brasil, a imensidão das regiões tropicais e chuvosas oferece excelentes condições para a produção e o uso energético da biomassa em larga escala, com grande potencial no setor de geração de energia elétrica.
No restante do país, a produção de madeira, em forma de lenha, carvão vegetal ou toras, também gera grande quantidade de resíduos que podem igualmente ser aproveitados na geração de energia elétrica. No entanto, o recurso de maior potencial para geração de energia elétrico no país é o bagaço da cana-de-açúcar.
O setor sucroalcooleiro gera grande quantidade de resíduos, que pode ser aproveitada na geração de eletricidade, principalmente em sistemas de co-geração. Ao contrário da produção de madeira, o cultivo e o beneficiamento da cana são realizados em grandes e contínuas extensões, e o aproveitamento de resíduos (bagaço, palha, vinhoto etc.) é facilitado pela centralização dos processos de produção.
Em média, cada tonelada de cana processada requer cerca de 12 kWh de energia elétrica, o que pode ser gerado pelos próprios resíduos da cana. Os custos de geração já são competitivos com os do sistema convencional de suprimento, o que possibilita a autossuficiência do setor em termos de suprimento energético, por meio da co-geração.
Energia eólica é a energia cinética contida nas massas de ar em movimento (vento). Seu aproveitamento ocorre por meio da conversão da energia cinética de translação em energia cinética de rotação, com o emprego de turbinas eólicas – também denominadas aerogeradores – para a geração de eletricidade, ou de cata-ventos (e moinhos), para trabalhos mecânicos como bombeamento d’água.
A energia eólica é utilizada há milhares de anos no bombeamento d'água, moagem de grãos e outras aplicações que envolvem energia mecânica. A geração eólica ocorre pelo contato do vento com as pás do cata-vento. Ao girar, essas pás dão origem à energia mecânica que aciona o rotor do aerogerador, que produz a eletricidade.
A primeira turbina eólica comercial ligada à rede elétrica pública foi implantada na Dinamarca, em 1976. Hoje, existem mais de 30 mil turbinas eólicas em operação em todo o mundo.
O desenvolvimento tecnológico recente – principalmente no que tange à melhoria dos sistemas de transmissão, da aerodinâmica e das estratégias
de controle e operação das turbinas – têm reduzido custos e melhorado o desempenho e a confiabilidade dos equipamentos.
O Brasil é favorecido em termos de ventos, que se caracterizam por uma presença duas vezes superior à média mundial e por uma volatilidade de apenas 5%, o que dá maior previsibilidade ao volume a ser produzido.
Além disso, como a velocidade costuma ser maior em períodos de estiagem, é possível operar usinas eólicas em sistema complementar com usinas hidrelétricas, de forma a preservar a água dos reservatórios em períodos de poucas chuvas.
As estimativas constantes do Atlas do Potencial Eólico Brasileiro de 2010, elaborado pela Eletrobras, apontam para um potencial de geração de energia eólica de 143,5 mil MW no Brasil, volume superior à potência instalada total no país nesse mesmo ano. As regiões com maior potencial medido são Nordeste, Sudeste e Sul.
A energia solar é aquela energia obtida pela luz do Sol que pode ser captada com painéis solares. É uma fonte de vida e de origem da maioria das outras formas de energia na Terra. A energia solar chega ao planeta nas formas térmica e luminosa.
Sua irradiação na superfície da Terra é suficiente para atender milhares de vezes o consumo mundial de energia. Essa radiação, porém, não atinge de maneira uniforme toda a crosta terrestre. Depende da latitude, da estação do ano e de condições atmosféricas como nebulosidade e umidade relativa do ar.
A produção de eletricidade a partir da energia solar vem crescendo nos últimos anos, e tem ganhado projeção com o desenvolvimento da micro e da minigeração.
Tradicionalmente, o mais generalizado é o uso da energia solar para a obtenção de energia térmica. Esta aplicação destina-se a atender setores diversos, que vão da indústria, em processos que requerem temperaturas elevadas (por exemplo, secagem de grãos na agricultura) ao residencial, para aquecimento de água. Outra tendência é a utilização da energia solar para a obtenção conjunta de calor e eletricidade.
O Brasil é privilegiado em termos de radiação solar. O Nordeste brasileiro apresenta radiação comparável às melhores regiões do mundo nessa variável. O que, porém, não ocorre em localidades mais distantes da linha do Equador, como as regiões Sul e Sudeste.
A energia geotérmica (ou geotermal) é aquela obtida pelo calor que existe no interior da Terra. Os principais recursos são os gêiseres – fontes de vapor no interior da Terra que apresentam erupções periódicas.
Embora conhecida desde 1904 – ano da construção da primeira usina –, a evolução deste segmento sempre foi lenta e caracterizada pela construção de pequeno número de unidades, em poucos países. No Brasil, por exemplo, não há nenhuma unidade em operação, nem sob forma experimental.
O porte de empreendimentos atuais, porém, é significativo. A potência instalada no campo de gêiseres da Califórnia é de 500 MW.
Nos últimos anos, no esforço para diversificar a matriz, alguns países, como México, Japão, Filipinas, Quênia e Islândia, procuraram expandir o parque geotérmico.
Quando não existem gêiseres e as condições são favoráveis, é possível estimular o aquecimento d'água usando o calor do interior da Terra. Um experimento realizado em Los Alamos, Califórnia provou a possibilidade de execução deste tipo de usina.
Em terreno propício, foram perfurados dois poços vizinhos, distantes 35 metros lateralmente e 360 metros verticalmente, de modo que
eles alcancem uma camada de rocha quente. Em um dos poços é injetada água, ela se aquece na rocha e é expelida pelo outro poço e quando esta função acontece a água predominante na pedra penetra na mesma ocorrendo o processo de metabolização geotérmica.
Esta é a melhor maneira de obter energia naturalmente. É necessário perfurar um poço que já contenha água e a partir daí a energia é gerada normalmente.
Em casos raros, pode ser encontrado o que os cientistas chamam de fonte de "vapor seco", em que a pressão é alta o suficiente para movimentar as turbinas da usina com excepcional força, sendo assim uma fonte eficiente na geração de eletricidade.
Aproximadamente todos os fluxos de água geotérmicos contêm gases dissolvidos, sendo que estes gases são enviados à usina de geração de energia junto com o vapor de água.
É igualmente importante que haja tratamento adequado a água vinda do interior da Terra, que contém minérios prejudiciais à saúde. Se ocorrer despejo diretamente em rios locais, isto prejudica a fauna e a flora locais.
A água é o recurso natural mais abundante do planeta e uma das poucas fontes para produção de energia que não contribui para o aquecimento global. Além disso, é renovável.
O potencial de geração de energia elétrica a partir do mar inclui o aproveitamento das marés, correntes marítimas, ondas, energia térmica e gradientes de salinidade.
A eletricidade pode ser obtida a partir da energia cinética (do movimento) produzida pelo movimento das águas ou pela energia derivada da diferença do nível do mar entre as marés alta e baixa – a energia maremotriz, o modo de geração de eletricidade por meio da utilização da energia contida no movimento de massas de água devido às marés.
Dois tipos de energia maremotriz podem ser obtidas: energia cinética das correntes devido às marés e energia potencial pela diferença de altura entre as marés alta e baixa.
Todas as tecnologias ainda estão em fase de desenvolvimento, com exceção desta última. Nenhuma ainda apresenta custos competitivos frente às demais fontes alternativas de energia. Um dos países que se destaca nas pesquisas é Portugal, que tem diversos projetos pilotos.
Segundo registra a Empresa de Pesquisa Energética (EPE), o potencial estimado para a energia a partir das marés no mundo é de 22 mil terawatt-hora (TWh) por ano, dos quais 200 TWh seriam aproveitáveis. Em 2008, menos de 0,6 TWh, ou 0,3%, eram convertidos em energia elétrica.
O biogás é obtido a partir da biomassa contida em dejetos (urbanos, industriais e agropecuários) e em esgotos, que passa naturalmente do estado sólido para o gasoso por meio da ação de microorganismos que decompõem a matéria orgânica em um ambiente anaeróbico.
Neste caso, o biogás é lançado à atmosfera e passa a contribuir para o aquecimento global, uma vez que é composto por metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), nitrogênio (N2), hidrogênio (H2), oxigênio (O2) e gás sulfídrico(H2S). A utilização do lixo para produção de energia permite o uso deste gás, além da redução do volume dos dejetos em estado sólido. A geração de energia por esta fonte permite a redução dos gases causadores do efeito estufa e contribui para o combate à poluição do solo e dos lençóis freáticos.
Existem três rotas tecnológicas para a utilização do lixo como fonte energética. Uma delas, a mais simples e disseminada, é a combustão direta dos resíduos sólidos.Outra é a gaseificação por meio da termoquímica (produção de calor por meio de reações químicas).
Finalmente, a terceira (e mais utilizada para a produção do biogás) é a reprodução do processo natural em que a ação de microorganismos em um ambiente anaeróbico produz a decomposição da matéria orgânica e, em consequência, a emissão do biogás.
No Brasil, apesar do enorme potencial, ainda são poucas as usinas termelétricas movidas a biogás em operação.
No final de 2009, a Aneel regulamentou a geração a partir do biogás e sua comercialização. Pela Resolução Normativa no 390/2009, qualquer distribuidora de energia elétrica pode fazer chamadas públicas para comprar eletricidade produzida por biodigestores. Seguindo as exigências da Aneel em relação à qualidade da energia, os produtores poderão enviar a eletricidade para a linha de distribuição, em vez de somente consumir.
A eletricidade é um termo geral que abrange uma variedade de fenômenos resultantes da presença e do fluxo de carga elétrica.[1] Esses incluem muitos fenômenos facilmente reconhecíveis, tais como relâmpagos, eletricidade estática, e correntes elétricas em fios elétricos. Além disso, a eletricidade engloba conceitos menos conhecidos, como o campo eletromagnético e indução eletromagnética.[2]
A palavra deriva do termo em neolatim"ēlectricus", que por sua vez deriva do latim clássico"electrum", "amante do âmbar", termo esse cunhado a partir do termo grego ήλεκτρον (elétrons) no ano de 1600 e traduzido para o português como âmbar. O termo remonta às primeiras observações mais atentas sobre o assunto, feitas esfregando-se pedaços de âmbar e pele.
No uso geral, a palavra "eletricidade" se refere de forma igualmente satisfatória a uma série de efeitos físicos. Em um contexto científico, no entanto, o termo é muito geral para ser empregado de forma única, e conceitos distintos contudo a ele diretamente relacionados são usualmente melhor identificados por termos ou expressões específicos.
Alguns conceitos importantes com nomenclatura específica que dizem respeito à eletricidade são:
Carga elétrica: propriedade das partículas subatômicas que determina as interações eletromagnéticas dessas. Matéria eletricamente carregada produz, e é influenciada por, campos eletromagnéticos. Unidade SI (Sistema Internacional de Unidades): ampère segundo (A.s), unidade também denominada coulomb (C).[3]
Campo elétrico: efeito produzido por uma carga no espaço que a contém, o qual pode exercer força sobre outras partículas carregadas. Unidade SI: volt por metro (V/m); ou newton por coulomb (N/C), ambas equivalentes.[4]
Potencial elétrico: capacidade de uma carga elétrica de realizar trabalho ao alterar sua posição. A quantidade de energia potencial elétrica armazenada em cada unidade de carga em dada posição. Unidade SI: volt (V); o mesmo que joule por coulomb (J/C).[5]
Corrente elétrica: quantidade de carga que ultrapassa determinada secção por unidade de tempo. Unidade SI: ampère (A); o mesmo que coulomb por segundo (C/s).[6]
Potência elétrica: quantidade de energia elétrica convertida por unidade de tempo. Unidade SI: watt (W); o mesmo que joules por segundo (J/s).[7]
Energia elétrica: energia armazenada ou distribuída na forma elétrica. Unidade SI: a mesma da energia, o joule (J).
Eletromagnetismo: interação fundamental entre o campo magnético e a carga elétrica, estática ou em movimento.[1][2]
O uso mais comum da palavra "eletricidade" atrela-se à sua acepção menos precisa, contudo. Refere-se a:
Energia elétrica (referindo-se de forma menos precisa a uma quantidade de energia potencial elétrica ou, então, de forma mais precisa, à energia elétrica por unidade de tempo) que é fornecida comercialmente pelas distribuidoras de energia elétrica. Em um uso flexível contudo comum do termo, "eletricidade" pode referir-se à "fiação elétrica", situação em que significa uma conexão física e em operação a uma estação de energia elétrica. Tal conexão garante o acesso do usuário de "eletricidade" ao campo elétrico presente na fiação elétrica, e, portanto, à energia elétrica distribuída por meio desse.
Embora os primeiros avanços científicos na área remontem aos séculos XVII e XVIII, os fenômenos elétricos têm sido estudados desde a antiguidade. Contudo, antes dos avanços científicos na área, as aplicações práticas para a eletricidade permaneceram muito limitadas, e tardaria até o final do século XIX para que os engenheiros fossem capazes de disponibilizá-la ao uso industrial e residencial, possibilitando assim seu uso generalizado. A rápida expansão da tecnologia elétrica nesse período transformou a indústria e a sociedade da época. A extraordinária versatilidade da eletricidade como fonte de energia levou a um conjunto quase ilimitado de aplicações, conjunto que em tempos modernos certamente inclui as aplicações nos setores de transportes, aquecimento, iluminação, comunicações e computação. A energia elétrica é a espinha dorsal da sociedade industrial moderna, e deverá permanecer assim no futuro.[8]
Muito tempo antes de qualquer conhecimento científico sobre a eletricidade, as pessoas já estavam cientes dos choques desferidos pelo peixe-elétrico. No Antigo Egito, remontando ao ano de 2750 a.C, havia textos que referiam-se a esse peixe como o "Trovão do Nilo", descrevendo-o como o protetor de todos os outros peixes. Encontra-se o peixe-elétrico também retratado em documentos e estudos antigos realizados por naturalistas, médicos, ou simples interessados que viveram na Grécia Antiga, no Império Romano e na região da civilização islâmica.[9] Vários escritores antigos, como Caio Plínio Segundo e Scribonius Largus, atestaram ciência do efeito anestesiante dos choque elétricos do peixe-gato e da arraia elétrica, e de que os choques elétricos podem viajar ao longo de certos objetos condutores de eletricidade.[10]
Na época, os pacientes que sofriam de gota e de dor de cabeça eram aconselhados a tocar o peixe-elétrico na esperança de que os poderosos choques elétricos desferidos por esse animal pudessem curá-los.[11]
As primeiras referências relacionadas de forma ora remota ora mais próxima à identidade elétrica do raio e à existência de outras fontes distintas de eletricidade são possivelmente as encontradas junto aos árabes, que seguramente já empregavam antes do século XV a palavra (raad), raio em seu idioma, a fim de se fazer referência às arraias elétricas.[12]
Nas culturas antigas ao longo de todo o Mediterrâneo sabia-se que determinados objetos, a exemplo pedaços de âmbar, ganham a propriedade de atrair pequenos e leves objetos, tais como penas, após atritados com pele de gato ou similar. Por volta de 600 a.C.Tales de Mileto fez uma série de observações sobre eletricidade estática, as quais levou-o a acreditar que o atrito era necessário para produzir magnetismo no âmbar; em visível contraste com o que se observa em minerais tais como magnetita, que não precisam de fricção.[13][14]
Thales enganou-se ao acreditar que a atração era devida a um efeito magnético e não a um efeito elétrico, havendo a ciência evidenciado de forma correta a ligação que Thales esboçou fazer entre eletricidade e magnetismo somente milênios mais tarde (experiência de Ørsted, 1820 d.C). Em acordo com uma teoria controversa, os habitantes da região de Parthia, nordeste do atual Irã, conheciam a galvanoplastia, baseando-se tal afirmação na descoberta de 1936 da bateria de Bagdá, artefato que de fato, embora certamente incerta a natureza elétrica do mesmo, em muito se assemelha a uma célula galvânica.[15]
Benjamin Franklin desenvolveu uma grande pesquisa sobre a eletricidade no século XVIII, que é documentado por Joseph Priestley (em 1767) no livro History and Present Status of Electricity, com quem Franklin trocou correspondências.
A eletricidade permaneceria pouco mais do que uma curiosidade intelectual por milênios, pelo menos até 1600, quando o cientista inglês William Gilbert publicou um estudo cuidadoso sobre magnetismo e eletricidade, o "De Magnete", entre outros distinguindo de forma pertinente o efeito da pedra-imã e o da eletricidade estática produzida ao se esfregar o âmbar com outro material [13]. Foi ele quem cunhou a palavra neolatina "electricus" ("de âmbar" ou "como âmbar", de ήλεκτρον [elektron], a palavra grega para "âmbar") para referir-se à propriedade do âmbar e de outros corpos atraírem pequenos objetos depois de friccionados.[16] Esta associação deu origem às palavras inglesa "electric" e "electricity", que fez sua primeira aparição na imprensa nas páginas de Pseudodoxia Epidemica, obra de Thomas Browne, em 1646.[17]. Também encontram-se ai as raízes das palavras portuguesas elétrico e eletricidade.
Outros trabalhos seguiram-se, sendo esses conduzidos por pessoas como Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray e Charles Du Fay. No século XVIII, Benjamin Franklin realizou uma ampla pesquisa sobre a eletricidade, inclusive vendendo seus bens para financiar seu trabalho. É a ele atribuído o ato de, em junho de 1752, ter prendido uma chave de metal próximo à barbela de uma pipa e, com a chave atada à linha umedecida, tê-la feito voar em uma tempestade ameaçadora.[18] É incerto se Franklin pessoalmente realizou de fato esse experimento, mas o ato é popularmente atribuído a ele. Uma sucessão de faíscas saltando de uma segunda chave atada à linha para o dorso da sua mão teria então mostrado-lhe de maneira contundente que o raio tem, de fato, uma natureza elétrica.[19]
Michael Faraday formou a base da tecnologia de motores elétricos.
Em 1791, Luigi Galvani publicou sua descoberta da bioeletricidade, demonstrando que é por meio da eletricidade que as células nervosas passam sinais para os músculos.[20]
Tubo de raios catódicos usado por Thomson na determinação da razão carga-massa do elétron.
Durante a descoberta da eletricidade um enigma ainda pairava sobre tipos de radiação existentes, uma delas chamada de radiação de raios catódicos , emitida por superfícies metálicas quando uma voltagem é aplicada entre o cátodo e o ânodo.[23]
Havia duas correntes de pensamento acerca da natureza dos raios catódicos: uma delas acreditava que se tratava de partículas; a outra acreditava que fossem um fenômeno ondulatório que dependia do meio. A interferência ondulatória era apoiada pela observação de que os raios catódicos podiam atravessar folhas de metal sem serem defletidos. O conflito sobre a dualidade onda-partícula, como veremos, vai reaparecer mais tarde, em outro contexto.
Em 1885, J. H. Geissler (1815-1879) inventou uma bomba que permitia extrair o ar de um tubo de vidro até uma pressão da ordem de vez a pressão atmosférica. Essa bomba foi usada entre 1858 e 1859 numa série de experimentos para estudar a condução de eletricidade em gases a pressões muito baixas. Esses experimentos foram feitos por J. Plucker (1801-1868). No seu arranjo experimental, duas placas de metal dentro de um tubo de gás eram conectadas através de fios a uma fonte de alta tensão. No entanto, esse “vácuo" não era perfeito, e os cientistas foram levados a hipóteses errôneas sobre a natureza dos raios catódicos, como mais tarde se aprendeu tratar-se de efeitos do gás residual dentro do tubo.
É nesse ponto que J. J. Thomson entra na história. O ingrediente fundamental que lhe permitiu a descoberta da natureza dos raios catódicos – os elétrons - foi o desenvolvimento de bombas a vácuo 10 vezes mais eficientes do que as anteriores .[23]
A carga elétrica é a propriedade dos entes físicos fundamentais, certamente das partículas subatômicas, que dá origem e interage via forças eletromagnéticas, uma das quatro forças fundamentais na natureza. A carga na matéria extensa origina-se no átomo, sendo os portadores de carga mais conhecidos o elétron e o próton. A carga elétrica obedece a uma lei de conservação, o que significa dizer que a quantidade líquida total de carga no interior de um sistema isolado sempre permanece constante, sendo a carga total essencialmente independente de qualquer mudança que ocorra no interior do sistema.[24]
No interior do sistema, carga pode ser transferida entre corpos, quer pelo contato direto, quer passando através de um material condutor como um fio, ou mesmo através de portadores de carga movendo-se livremente no vácuo.[25]
A expressão tradicional "eletricidade estática" se refere à presença de carga, ou melhor, de um desequilíbrio de cargas em um corpo, o que é geralmente causado quando se tem materiais quimicamente diferentes esfregados entre si, o que leva à transferência de cargas de um para o outro.
Uma pequena quantidade de carga elétrica em um eletroscópio de folhas é capaz de provocar notória repulsão das folhas do eletroscópio.
A presença de carga dá origem à força eletromagnética: cargas exercem força uma sobre a outra, efeito certamente conhecido, embora não compreendido, já na antiguidade.[26]
Uma pequena esfera condutora suspensa por um fio isolante pode ser carregada através do toque de um bastão de vidro previamente carregado devido ao atrito com um tecido de algodão. Se um pêndulo similar é carregado pelo mesmo bastão de vidro, encontra-se que este irá repelir aquele: as cargas agem de forma a separar os pêndulos. Dois pêndulos carregados via bastão de borracha também repelir-se-ão mutuamente. Entretanto, se um pêndulo for carregado via bastão de vidro, e o outro for carregado via bastão de borracha, os pêndulos, quando aproximados, atrair-se-ão mutuamente. Esse fenômeno foi investigado no século XVIII por Charles-Augustin de Coulomb, que deduziu que as cargas apresentam-se em duas formas distintas. Suas descobertas levam ao bem conhecido axioma: objetos carregados com cargas similares se repelem, objetos carregados com cargas opostas se atraem.
A força atua sobre as cargas propriamente ditas, do qual segue que as cargas têm a tendência de se distribuir de forma a mais uniforme ou conveniente possível sobre superfícies condutoras. A magnitude da força eletrostática, quer atrativa quer repulsiva, é dada pela Lei de Coulomb, que a relaciona ao produto das cargas e retrata a relação inversa empiricamente observada dessa com o quadrado da distância que separa as cargas. A força eletromagnética é muito forte, sendo subjugada apenas pela força de interação forte (força nuclear); contudo, ao contrário desta última, que atua entre partículas separadas por não mais que alguns angstroms (1 angstrom = 1 x 10 −10m), a força eletromagnética é uma força de longo alcance, ou seja, uma força que atual a qualquer distância, embora o faça certamente de forma muito mais fraca quanto maior for a separação. Em comparação com a muito mais fraca força gravitacional, a força eletromagnética que repele dois elétrons próximos mostra-se 10+42 vezes maior do que a força de atração gravitacional que um exerce sobre o outro mantida a mesma separação.
As cargas do próton e do elétron são opostas em sinal, implicando que uma quantidade de carga pode ser ou positiva ou negativa. Por convenção e por razões históricas, a carga associada a um elétron é considerada a negativa, e a carga associada a um próton, positiva, um costume que originou-se com os trabalhos de Benjamin Franklin.[27] A quantidade de carga é usualmente representada pelo símbolo Q e expressa em coulombs; cada elétron transportando a mesma carga fundamental cujo valor é aproximadamente -1,6022x10−19 coulomb. O próton tem carga igual em módulo contudo oposta em sinal, +1,6022x10−19 coulomb. Não apenas partículas de matéria possuem carga mas também as partículas de antimatéria, cada partícula carregando uma carga de igual valor mas de sinal oposto ao da carga da sua correspondente antipartícula.[28]
Cargas elétricas podem ser medidas de diferentes formas, um dos mais antigos instrumentos sendo o eletroscópio de folhas, que embora ainda em uso em demonstrações escolares, já há muito foi substituído pelo eletrômetros (coulombímetros) eletrônicos.
O conceito de campo foi introduzido por Michael Faraday ainda no século XIX, contudo sua adoção inicialmente como ferramenta matemática para o tratamento dos problemas correlatos tornou-se tão frutífera que hoje é praticamente impossível conceber-se um tratamento mais aprofundado em eletricidade, magnetismo ou eletromagnetismo sem que se lance mão do mesmo. As equações de Maxwell são todas escritas em função dos campos elétricos e magnéticos. Em termos do campo aqui pertinente, o campo eletrostático, sabe-se que toda carga elétrica cria no espaço que a contém um campo elétrico, e qualquer carga elétrica imersa em um campo que não o campo por ela mesmo criado encontrar-se-á solicitada por uma força elétrica em virtude do mesmo. O campo elétrico age entre dois corpos carregados de uma maneira similar à ação do campo gravitacional entre duas massas, e assim como este, estende-se até o infinito, exibindo contudo uma relação com o inverso do quadrado da distância, de forma que, se a distância aumentar, muito menor será seu efeito; e associado, muito menor será também a interação entre as cargas envolvidas. Embora as semelhanças sejam significativas, há entretanto uma importante diferença entre os campos eletrostáticos e os gravitacionais: a gravidade sempre implica atração entre as massas, contudo a interação entre um campo e a carga pode expressar atração ou repulsão entre as cargas elétricas. Como os grandes corpos massivos no universo, a exemplo os planetas ou estrelas, quase sempre não têm carga elétrica, os campos elétricos a estes devidos valem zero, de forma que a força gravitacional é de longe a força dominante ao considerarem-se dimensões astronômicas, mesmo sendo esta muito mais fraca do que a força elétrica. Os movimentos dos corpos celestes são devidos essencialmente à gravidade que geram e que neles agem.
O campo eletrostático geralmente varia no espaço, e o seu módulo em um dado ponto é definido como a força por unidade de carga elétrica (newtons por coulomb) que seria experimentada por uma carga elétrica puntiforme de valor negligenciável quando colocada no referido ponto.[29] Esta carga elétrica hipotética, nomeada carga de prova, deve ser feita extremamente pequena a fim de se prevenir que o campo elétrico por ela criado venha a perturbar a distribuição de cargas responsável pelo campo o qual deseja-se determinar, e deve ser feita estacionária a fim de se prevenir eventuais influências de campos magnéticos uma vez que esses últimos atuam apenas sobre cargas elétricas em movimento. A definição de campo elétrico faz-se de forma dependente do conceito de força, essa uma grandeza vetorial. Tem-se pois, em acordo com a definição, que o campo elétrico configura-se como um campo vetorial, tendo o vetor campo elétrico associado a cada ponto em particular uma direção e uma módulo (valor) característicos também particulares.
O estudo das cargas elétricas estacionárias e dos campos elétricos criados por essas é denominado eletrostática. A mais usual representação e um campo vetorial é a representação por linhas. Uma representação direta seria a representação do campo de vetores, onde desenham-se os respectivos vetores campo elétrico em um número suficientemente grande de pontos do espaços a ponto de tornar o diagrama representativo o necessário contudo não confuso. A representação por linhas emerge naturalmente desse último ao observar-se que os vetores dispõem-se no diagrama vetorial no caso de problemas físicos notoriamente de forma a sugestionar um padrão de linhas contínuas. Verificou-se que esse padrão de linhas sugerido poderia ser utilizado para representar um campo vetorial tão bem como o padrão por vetores, com a vantagem de ser de representação mais nítida e fácil. Nesse padrão, as linhas são usualmente, no caso elétrico ou gravitacional, denominadas "linhas de força". A nomenclatura não é contudo a mais adequada ao caso da representação por linhas do campo magnético. Na representação por linhas verifica-se que duas linhas nunca se cruzam; que o vetor campo em um dado ponto é tangente à linha que passa pelo respectivo ponto; que as linhas são orientadas de forma condizente com os vetores; que o módulo de um vetor é proporcional à densidade espacial de linhas em sua vizinhança imediata. Quando propostos, os campos não apresentavam existência real, esse permeando todos os pontos do espaço mesmo os pontos entre linhas em qualquer representação por linhas. Os campos elétricos que emanam das cargas elétricas estacionárias têm as seguintes propriedades: as linhas de campo iniciam-se em cargas positivas e terminam em cargas negativas; as linhas de campo eletrostático deve encontrar as superfícies de quaisquer bons condutores elétricos em ângulo reto; e obviamente, elas nunca devem se cruzar.[30]
Um condutor oco carrega todas as suas cargas em sua superfície. O campo por elas determinado é zero em todos os pontos internos ao corpo.[31] Esse é o princípio de funcionamento da gaiola de Faraday; uma blindagem condutora isola todos o seu interior de efeitos eletrostáticos externos.
Os princípios da eletrostática mostram-se importantes em projetos de equipamentos para trabalho sobre alta tensão elétrica. Há um valor finito de campo elétrico admissível para cada meio diferente. Além desse limite, ocorre uma rutura dielétrica acompanhada de arco elétrico entre as partes carregadas envolvidas. A exemplo, para o ar confinado entre pequenas frestas campos elétricos superiores a 30 quilovolts por centímetro levam à rutura dielétrica. Para grandes espaçamentos a tensão de rutura é um pouco menor, da ordem de 1kV por centímetro.[32] A forma mais natural de se visualizar tal situação é observar os raios, usualmente provocados por tensões elétricas tão grandes quanto 100 megavolts, implicando dissipações de energias usualmente da ordem de 250 kWh.[33]
A intensidade do campo elétrico é consideravelmente afetada nas proximidades de objetos condutores, sendo particularmente intenso nas proximidades de extremidades pontiagudas. Esse princípio é explorado nos para-raios, onde as pontas em sua extremidade elevada atuam de forma a encorajar os raios a atingi-los em detrimento das estruturas abaixo.[34]
O potencial elétrico em qualquer ponto é definido como a energia necessária para trazer uma carga unitária de teste de uma distância infinita até aquele ponto. É usualmente medida em volts, e um volt é o potencial para o qual um joule de trabalho deve ser expendido para trazer uma carga de um coulomb do infinito até aquele ponto.[35]:494–498
Um circuito elétrico básico. O gerador de tensãoV na direção esquerda de um Circuito elétricoI em torno do circuito, na entrega de energia elétrica dentro do resistorR. Para o resistor,a corrente volta para o gerador,completando o circuito.
Um circuito elétrico é uma interconexão de componentes elétricos de tal forma que a carga elétrica é feita fluir ao longo de um caminho fechado (um circuito), geralmente com o objetivo de transferir-se energia e executar alguma tarefa útil.
Há componentes elétricos os mais variados, encontrando-se em um circuito elétrico não raro peças como resistores, capacitores, indutores, transformadores e interruptores. Os circuitos eletrônicos usualmente contêm componentes ativos, geralmente semicondutores, os quais caracterizam-se pelo funcionamento não-linear e demandam análise mais avançada. Os componentes elétricos mais simples são chamados passivos ou lineares: embora possam armazenar temporariamente energia, eles não constituem fontes da mesma, e apresentam respostas lineares aos estímulos elétricos aos quais são aplicados.[36]
O resistor é o componente mais simples entre os passivos: como o nome sugere, o resistor limita a corrente que pode fluir através do circuito. Transforma toda a energia elétrica que recebe em energia térmica, essa transferida ao ambiente que o cerca via calor. Ao passo que o nome resistor designa geralmente o componente em si, a resistência elétrica é uma propriedade dos resistores que busca mensurar o efeito resistivo. Mostra-se diretamente relacionada à oposição e à forma como os portadores de carga elétrica se movem no interior de um condutor ou semicondutor: nos metais, por exemplo, a resistência é principalmente atribuída às colisões entre os elétrons e os íons. Impurezas e imperfeições na estrutura contribuem em muito para o aumento da resistência a ponto de justificar o processo de purificação pelo qual os metais são submetidos antes da confecção de estruturas condutoras como os fios ou barramentos elétricos.
A Lei de Ohm é uma lei básica da teoria do circuito. Estabelece que a corrente que se fará presente em um resistor é diretamente proporcional à diferença de potencial entre os terminais do mesmo. A resistência de muitas estruturas materiais é relativamente constante em uma faixa de temperaturas e correntes; sendo em tais condições denominados 'ôhmicos'. A unidade de resistência elétrica, o ohm, assim nomeada em honra a Georg Ohm, é simbolizada pela letra grega Ω. 1 Ω é a resistência de um resistor que desenvolve entre seus terminais uma diferença de potencial de um volt quando submetido a uma corrente de um ampère (ou vice-versa).[36]
O capacitor é um dispositivo capaz de armazenar carga elétrica bem como energia elétrica no campo elétrico resultante. Conceitualmente, ele é composto por duas placas condutoras paralelas separadas por uma fina camada isolante. Na prática, são compostos por duas lâminas finas de metal separadas por uma lâmina de material isolante, todas enroladas juntas de forma a aumentar a área de superfície por unidade de volume e, portanto, a capacitância. A unidade de capacitância é, em homenagem a Michael Faraday, o farad, e à unidade é dada o símbolo "F": um farad é a capacitância de um capacitor que desenvolve em seus terminais uma diferença de potencial de um volt quando nele encontra-se armazenada uma carga elétrica de um coulomb (ou vice-versa). A capacitância de um capacitor é determinada através da razão entre a carga que esse armazena e a tensão elétrica em seus terminais, do que decorre a igualdade: 1F = 1C/1V. Um capacitor ligado a uma fonte de tensão constante permite inicialmente a presença de uma corrente intensa durante o processo inicial de acúmulo de carga; essa corrente entretanto decai gradualmente à medida que o capacitor acumula carga e a tensão elétrica em seus terminais aumenta, e eventualmente anula-se após o tempo necessário à carga completa do capacitor, situação onde a tensão em seus terminais iguala-se à da fonte. Um capacitor, portanto, não permite em tais situações a existência de correntes estacionárias (correntes contantes); ao contrário, as proíbe.[36]
O indutor é um condutor, geralmente uma bobina ou enrolamento de fio encapado, que armazena energia no campo magnética que surge em resposta à corrente que faz-se fluir através dele. Quando a corrente altera-se o campo magnético também altera-se, e há nesse momento, em consequência da lei da indução de Faraday, a indução de uma tensão elétrica entre os terminais do indutor. Verifica-se que a tensão induzida é proporcional à taxa de variação da corrente, sendo tanto maior quanto mais rápido se der a mudança na corrente. A constante de proporcionalidade é a chamada indutância do indutor. A unidade de indutância é henry, assim nomeada em homenagem a Joseph Henry, um contemporâneo de Faraday. Um henry é a indutância de um indutor que desenvolve uma diferença de potencial de um volt entre seus terminais quando a corrente entre os mesmos varia à taxa de um ampère por segundo.[36] O comportamento elétrico do indutor é em vários aspectos inverso ao do capacitor: ao passo que os capacitores opõem-se às mudanças repentinas na tensão entre seus terminais mas em nada limitam as correntes neles, os indutores opõem-se às mudanças repentinas na corrente, mas em nada limitam as tensões entre seus terminais.
Dadas as características complementares, a união de um capacitor e de um indutor produz um circuito elétrico ressonante, o conhecido circuito LC, no qual observa-se a troca constante de energia entre o indutor e o capacitor e vice-versa. A tensão e a corrente no circuito alteram-se continuamente em um padrão senoidal cujo período depende dos valores da capacitância e da indutância dos componentes envolvidos. O acréscimo de uma parcela resistiva leva ao também bem estudado circuito RLC, no qual oscilações amortecidas são observadas.
Conforme antes definido, chama-se corrente elétrica o fluxo ordenado de elétrons em uma determinada seção. A corrente contínua tem um fluxo constante, enquanto a corrente alternada tem um fluxo de média zero, ainda que não tenha valor nulo todo o tempo. Esta definição de corrente alternada implica que o fluxo de elétrons muda de direção continuamente.
O fluxo de cargas elétricas pode gerar-se no vácuo ou em meio material adequado, caso no qual o material é então caracterizado como um condutor elétrico, mas não existe ou mostra-se completamente desprezível nos materiais ditos isolantes. Em um fio, há a presença dos dois tipos de materiais: a capa do fio encerra em seu interior, visto ser os metais por definição bons condutores de eletricidade, tipicamente um metal dúctil, a exemplo o cobre ou o alumínio, ao passo que a capa em si, dadas as funções práticas inerentes esperadas, é feita de material pertencente à classe dos bons isolantes elétricos.
Sobre materiais isolantes há de se ressalvar que na prática não há isolante elétrico perfeito. Os materiais isolantes são aqueles cujas estruturas químicas implicam todos os portadores de carga fortemente presos em suas posições, de forma que portadores de carga não podem mover-se livremente através das estruturas desses materiais. São tipicamente compostos covalentes, onde os elétrons encontram-se fortemente ligados aos respectivos orbitais de ligação ou aos orbitais mais internos aos átomos da molécula, ou ainda sólidos iônicos, onde algo similar ocorre, não se encontrando, contudo, orbitais ligantes nesse caso. Embora quando sujeitos a um campo elétrico moderado a localidade dos portadores de carga na estrutura material isolante se preserve, sob intensos campos elétricos as forças associadas podem ser suficientes para superar as forças que mantêm os elétrons ligados aos núcleos ou moléculas, caso no qual há uma ruptura súbita na capacidade isolante do material. Este ioniza-se e, em um processo quase instantâneo, deixa de ser isolante, tornando-se um bom condutor elétrico mesmo que por um curto intervalo de tempo. O campo elétrico limite acima do qual o material isolante torna-se condutor é conhecido como rigidez dielétrica do material.
A origem dos raios durante tempestades fundamenta-se basicamente no princípio citado. As nuvens acumulam cargas elétricas até que a rigidez dielétrica do ar úmido seja atingida. No momento em que o material se torna condutor, as cargas fluem em um processo de avalanche entre o solo e a nuvem, ou entre nuvens, dando então origem ao efeito visual e sonoro característicos do fenômeno.
A aplicação de uma tensão elétrica ao corpo humano leva a uma corrente elétrica através dos tecidos, e embora a relação entre ambas as grandezas não seja linear, quanto maior a tensão, maior a corrente. Embora o limiar de percepção mostre-se significativamente dependente da frequência da fonte elétrica e do caminho da corrente através do corpo, sob certas condições uma corrente tão baixa quanto a de alguns microamperes já mostra-se perceptível através do efeito eletrovibratório que provoca. Se a corrente for suficientemente alta, ela poderá facilmente induzir a contração muscular, a fibrilação do coração e queimaduras significativas nos tecidos. A ausência de qualquer sinal visível de que um condutor encontra-se eletricamente energizado torna a eletricidade particularmente perigosa. A dor causada por um choque elétrico pode ser intensa, levando-a a ser empregada várias vezes como método de tortura. À morte causada por choque elétrico dá-se o nome de eletrocussão. Embora venha tornando-se cada vez mais rara em dias recentes, a eletrocussão ainda é uma forma de execução penal empregada em várias jurisdições ao redor do mundo.
Energia elétrica é uma forma de energia baseada na geração de diferenças de potencialelétrico entre dois pontos, que permitem estabelecer uma corrente elétrica entre ambos. Mediante a transformação adequada é possível obter que tal energia mostre-se em outras formas finais de uso direto, em forma de luz, movimento ou calor, segundo os elementos da conservação da energia.
É uma das formas de energia que a humanidade mais utiliza na atualidade, graças a sua facilidade de transporte, baixo índice de perda energética durante conversões.
A geração de energia elétrica se leva a cabo mediante diferentes tecnologias. As principais aproveitam um movimento rotatório para gerar corrente alternada em um alternador. O movimento rotatório pode provir de uma fonte de energia mecânica direta, como a corrente de uma queda d'água ou o vento, ou de um ciclo termodinâmico.
Em um ciclo termodinâmico se esquenta um fluido e se consegue com que realize um circuito no qual move um motor ou uma turbina. O calor deste processo se obtém mediante a queima de combustíveis fósseis, as reações nucleares ou outros processos, como o calor proveniente do interior da Terra ou o calor do Sol.
A geração de energia elétrica é uma atividade humana básica já que está diretamente relacionada com os requerimentos primários da humanidade. Todas as formas de utilização das fontes de energia, tanto as convencionais como as denominadas alternativas ou não convencionais, agridem em maior ou menor medida o nosso meio ambiente.
Linhas de transmissão de energia elétrica em Lund, Suécia.
É o segmento responsável pelo transporte de energia elétrica desde as unidades de geração (centrais elétricas) até os grandes centros de consumo. A atividade também pode ser dividida em operação e expansão. Exemplos: cabos e outros condutores que formam as linhas de transmissão.
A rede de distribuição de energia elétrica é um segmento do sistema elétrico, composto pelas redes elétricas primárias (redes de distribuição de média tensão), e redes secundárias ( redes de distribuição de baixa tensão) , cuja construção, manutenção e operação é responsabilidade das companhias distribuidoras de eletricidade.
As redes de distribuição primárias são circuitos elétricos trifásicos a três fios (três fases), ligados nas subestações de distribuição, normalmente são construídas nas classes de tensão 15 kV, 23 kV, ou 34,5 kV. Nestas classes de tensão, as tensões nominais de operação poderão ser 11 kV, 12,6 kV, 13,2 kV, 13,8 kV , 21 kV, 23 kV, 33 kV, 34,5 kV. Os níveis de tensão 13,8 kV e 34,5 kV são padronizados pela legislação vigente, os demais níveis existem e continuam operando normalmente.
Nas redes de distribuição primárias, estão instalados os transformadores de distribuição, fixados em postes, cuja função é rebaixar o nível de tensão primário para o nível de tensão secundário (por exemplo, para rebaixar de 13,8 kV para 220 V).
As redes de distribuição secundárias são circuitos elétricos trifásicos a quatro fios (três fases e neutro) normalmente operam nas tensões (fase-fase/fase-neutro) 230/115 volts, 220/127 volts, 380/220 volts. Nestas redes estão ligados os consumidores, que são residências, padarias, lojas, etc, e também as luminárias da iluminação pública.
Estas redes atendem os grandes centros de consumo (população, grandes indústrias, etc.)
Os estabelecimentos grandes como prédios, lojas e mercados consomem mais eletricidade, e necessitam de transformadores individuais de 75 kVA, 112,5 kVA, 150 kVA. Em alguns casos, a tensão de fornecimento é 380/220 volts ou 440/254 volts.
Todo o sistema de distribuição é protegido por um sistema composto por disjuntores automáticos nas subestações onde estão ligados as redes primárias, e com chave fusível nos transformadores de distribuição, que em caso de curto-circuito desligam a rede elétrica [1]
A eletricidade pode ser produzida em grandes quantidades a partir de diversas fontes. Segue-se uma tabela que indica diversas origens e fontes de energia, o equipamento utilizado para a produção, e alguns links adicionais relacionados.
Angra 1 e Angra 2- Foto tirada pelo Antonio Belchior Junior
Temos muitas formas de obter energia, porém muitas são de difícil acesso. Cada uma destas formas possui seus benefícios e malefícios. A seguir mostraremos as principais formas de obtenção de energia e os dois lados de cada uma. Uma delas é a obtenção por meio da Fissão Nuclear que é feito nas Usinas Nucleares, que é a quebra do átomo de Urânio que libera muito energia, fazendo uma água aquecer que move as turbinas que produzem e em seguida armazenam a energia. As principais vantagens são o fato de ser limpa, produz bastante energia em menos tempo do que dos outros tipos de obtenção de energia e não depende de questões ambientais (tempo, estação, entre outros). E as principais desvantagens são: a dificuldade de descartar o lixo radioativo, é uma forma cara de obtenção de energia e é uma tecnologia não totalmente controlada pelo homem.
Outra forma de obtenção de energia é a energia eólica, que provém dos ventos. Os ventos giram as hélices que transformam esta energia em energia elétrica e a armazenam em um gerador. As vantagens são os fatos de ela ser uma fonte inesgotável e limpa, segundo a revista National Geographic, de agosto de 2005 “a energia eólica é a mais bem- sucedida entre as fontes renováveis”. E as desvantagens são que o vento é descontínuo, ou seja, pode tanto ventar quanto não ventar, e a potencia também é variável, além disso, há o impacto ambiental, que são a ocupação de terrenos e de paisagens.
A energia solar é a energia obtida através do calor dos raios solares. Ela pode ser obtida usando a luz do sol apenas para aquecimento de água ou convertendo a energia do sol diretamente em eletricidade (por meio de células solares). As vantagens são de ela ser uma fonte de energia renovável, gratuita (só se precisa ter uma placa fotovoltaica, para transformar a energia solar em energia elétrica) é limpa, pois não produz resíduos contaminantes. As desvantagens são que é uma energia interminente, o sol se põe a noite e a potencia é reduzida nos dias nublados e para a transformação em energia elétrica, é necessária uma tecnologia pouco acessível.
Energia hídrica ou hidráulica, obtida em usinas hidrelétricas, é a energia resultante da conversão da energia cinética de uma corrente de água em energia elétrica. As vantagens são ela ser uma fonte de energia abundante, e limpa. As desvantagens são que em períodos de seca, há menos água represada, a formação de represas produz impacto ambiental.
Biomassa é a denominação para matérias de origem vegetal ou animal que podem ser utilizadas como fonte de produção de eletricidade, como cana-de-açúcar, madeira, resíduos das indústrias agrícolas e alimentícias. As vantagens de usar a biomassa como fonte de energia são que ela é uma fonte nativa e renovável, de baixo impacto ambiental, desenvolvimento sustentável, as desvantagens são a Desflorestação de florestas, destruição de habitats, Possui um menor poder calorífico quando comparado com outros combustíveis, biocombustíveis líquidos contribuem para a formação de chuvas ácidas.
Ver artigo principal: História da eletricidade
Muito tempo antes de qualquer conhecimento científico sobre a eletricidade, as pessoas já estavam cientes dos choques desferidos pelo peixe-elétrico. No Antigo Egito, remontando ao ano de 2750 a.C, havia textos que referiam-se a esse peixe como o "Trovão do Nilo", descrevendo-o como o protetor de todos os outros peixes. Encontra-se o peixe-elétrico também retratado em documentos e estudos antigos realizados por naturalistas, médicos, ou simples interessados que viveram na Grécia Antiga, no Império Romano e na região da civilização islâmica.[9] Vários escritores antigos, como Caio Plínio Segundo e Scribonius Largus, atestaram ciência do efeito anestesiante dos choque elétricos do peixe-gato e da arraia elétrica, e de que os choques elétricos podem viajar ao longo de certos objetos condutores de eletricidade.[10]
Na época, os pacientes que sofriam de gota e de dor de cabeça eram aconselhados a tocar o peixe-elétrico na esperança de que os poderosos choques elétricos desferidos por esse animal pudessem curá-los.[11]
As primeiras referências relacionadas de forma ora remota ora mais próxima à identidade elétrica do raio e à existência de outras fontes distintas de eletricidade são possivelmente as encontradas junto aos árabes, que seguramente já empregavam antes do século XV a palavra (raad), raio em seu idioma, a fim de se fazer referência às arraias elétricas.[12]
Nas culturas antigas ao longo de todo o Mediterrâneo sabia-se que determinados objetos, a exemplo pedaços de âmbar, ganham a propriedade de atrair pequenos e leves objetos, tais como penas, após atritados com pele de gato ou similar. Por volta de 600 a.C. Tales de Mileto fez uma série de observações sobre eletricidade estática, as quais levou-o a acreditar que o atrito era necessário para produzir magnetismo no âmbar; em visível contraste com o que se observa em minerais tais como magnetita, que não precisam de fricção.[13][14]
Thales enganou-se ao acreditar que a atração era devida a um efeito magnético e não a um efeito elétrico, havendo a ciência evidenciado de forma correta a ligação que Thales esboçou fazer entre eletricidade e magnetismo somente milênios mais tarde (experiência de Ørsted, 1820 d.C). Em acordo com uma teoria controversa, os habitantes da região de Parthia, nordeste do atual Irã, conheciam a galvanoplastia, baseando-se tal afirmação na descoberta de 1936 da bateria de Bagdá, artefato que de fato, embora certamente incerta a natureza elétrica do mesmo, em muito se assemelha a uma célula galvânica.[15]
A eletricidade permaneceria pouco mais do que uma curiosidade intelectual por milênios, pelo menos até 1600, quando o cientista inglês William Gilbert publicou um estudo cuidadoso sobre magnetismo e eletricidade, o "De Magnete", entre outros distinguindo de forma pertinente o efeito da pedra-imã e o da eletricidade estática produzida ao se esfregar o âmbar com outro material [13]. Foi ele quem cunhou a palavra neolatina "electricus" ("de âmbar" ou "como âmbar", de ήλεκτρον [elektron], a palavra grega para "âmbar") para referir-se à propriedade do âmbar e de outros corpos atraírem pequenos objetos depois de friccionados.[16] Esta associação deu origem às palavras inglesa "electric" e "electricity", que fez sua primeira aparição na imprensa nas páginas de Pseudodoxia Epidemica, obra de Thomas Browne, em 1646.[17]. Também encontram-se ai as raízes das palavras portuguesas elétrico e eletricidade.
Outros trabalhos seguiram-se, sendo esses conduzidos por pessoas como Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray e Charles Du Fay. No século XVIII, Benjamin Franklin realizou uma ampla pesquisa sobre a eletricidade, inclusive vendendo seus bens para financiar seu trabalho. É a ele atribuído o ato de, em junho de 1752, ter prendido uma chave de metal próximo à barbela de uma pipa e, com a chave atada à linha umedecida, tê-la feito voar em uma tempestade ameaçadora.[18] É incerto se Franklin pessoalmente realizou de fato esse experimento, mas o ato é popularmente atribuído a ele. Uma sucessão de faíscas saltando de uma segunda chave atada à linha para o dorso da sua mão teria então mostrado-lhe de maneira contundente que o raio tem, de fato, uma natureza elétrica.[19]
Em 1791, Luigi Galvani publicou sua descoberta da bioeletricidade, demonstrando que é por meio da eletricidade que as células nervosas passam sinais para os músculos.[20]
A pilha voltaica de Alessandro Volta, ou simplesmente bateria, datada de 1800 e feita a partir de camadas alternadas de zinco e cobre, forneceu aos cientistas uma fonte mais confiável e estável de energia elétrica do que as antigas máquinas eletrostáticas.[20] A advento do eletromagnetismo, união da eletricidade e do magnetismo, é creditada à dupla Hans Christian Ørsted e André-Marie Ampère, seus trabalhos remontando aos anos 1819 e 1820; Michael Faraday inventou o motor elétrico em 1821, e Georg Ohm analisou matematicamente o circuito elétrico em 1827 .[20] A eletricidade e o magnetismo (e também a luz) foram definitivamente unidos por James Clerk Maxwell, em particular na obra "On Physical Lines of Force", entre 1861 e 1862.[21]
Embora o rápido progresso científico sobre a eletricidade remonte a séculos anteriores e ao início do século XIX, foi nas décadas vindouras do século XIX que deram-se os maiores progresso na engenharia elétrica. Através dos estudos de Nikola Tesla, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Thomas Edison, Ottó Bláthy, Ányos Jedlik, Sir Charles Parsons, Joseph Swan, George Westinghouse, Werner von Siemens, Alexander Graham Bell e Lord Kelvin, a eletricidade transformou-se de uma curiosidade científica a uma ferramenta essencial para a vida moderna, ou seja, transformou-se na força motriz da Segunda Revolução Industrial.[22]
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