guia mangá eletricidade - prof. alex física e matemáticaguia mangá eletricidade kazuhiro...

Guia mangá

Eletricidade

Kazuhiro Fujitaki Matsuda

Trend-pro Co., Ltd.

novatec

Original Japanese-language edition Manga de Wakaru Denki ISBN 4-274-06672-X © 2006 by Kazuhiro Fujitaki and TREND-PRO Co., Ltd., published by Ohmsha, Ltd.

English-language edition The Manga Guide to Electricity ISBN 978-1-59327-197-8 © 2009 by Kazuhiro Fujitaki and TREND-PRO Co., Ltd., co-published by No Starch Press, Inc. and Ohmsha, Ltd.

Portuguese-language rights arranged with Ohmsha, Ltd. and No Starch Press, Inc. for Guia Mangá Eletricidade ISBN 978-85-7522-190-7 © 2009 by Kazuhiro Fujitaki and TREND-PRO Co., Ltd., published by Novatec Editora Ltda.

Edição original em Japonês Manga de Wakaru Denki ISBN 4-274-06672-X © 2006 por Kazuhiro Fujitaki e TREND-PRO Co., Ltd., publicado pela Ohmsha, Ltd.

Edição em Inglês The Manga Guide to Electricity ISBN 978-1-59327-197-8 © 2009 por Kazuhiro Fujitaki e TREND-PRO Co., Ltd., co-publicação da No Starch Press, Inc. e Ohmsha, Ltd.

Direitos para a edição em Português acordados com a Ohmsha, Ltd. e No Starch Press, Inc. para Guia Mangá Eletricidade ISBN 978-85-7522-190-7 © 2009 por Kazuhiro Fujitaki e TREND-PRO Co., Ltd., publicado pela Novatec Editora Ltda.

Copyright 2010 da Novatec Editora Ltda.

Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610 de 19/02/1998. É proibida a reprodução desta obra, mesmo parcial, por qualquer processo, sem prévia autorização, por escrito, do autor e da Editora.

Editor: Rubens PratesIlustração: MatsudaTradução: Silvio AntunhaRevisão gramatical: Lia Gabriele RegiusRevisão técnica: Peter Jandl Jr.Editoração eletrônica: Camila Kuwabata e Carolina Kuwabata

ISBN: 978-85-7522-190-7

Histórico de impressões:

Novembro/2011 Primeira reimpressãoJaneiro/2010 Primeira edição

NOVATEC EDITORA LTDA.Rua Luís Antônio dos Santos 11002460-000 – São Paulo, SP – BrasilTel.: +55 11 2959-6529Fax: +55 11 2950-8869E-mail: [email protected]: www.novatec.com.brTwitter: twitter.com/novateceditoraFacebook: facebook.com/novatecLinkedIn: linkedin.com/in/novatec

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)

Matsuda, Kazuhiro Fujitaki Guia mangá eletricidade / Kazuhiro Fujitaki Matsuda ; [ilustrações] Matsuda ; [tradução Silvio Antunha ;. -- São Paulo : Novatec Editora ; Tokio : Ohmsha ; São Francisco : No Starch Press, 2009. -- (The manga guide)

Título original: The manga guide to electricity. ISBN 978-85-7522-190-7

1. Eletricidade - História em quadrinhos 2. Eletricidade - Obras de divulgação I. Matsuda. II. Título. III. Série.

09-13233 CDD-537

Índices para catálogo sistemático:

1. Eletricidade : História em quadrinhos 537 2. Eletricidade : Mangá 537

PRL20111109

Sumário

PREFÁCIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi

Prólogo: De Electopia, a Terra da Eletricidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

1 O QUE É ELETRICIDADE? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

A eletricidade e a vida cotidiana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14Unidades elétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15Eletricidade em casa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

Como a eletricidade funciona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25A verdadeira natureza da eletricidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26Corrente e descarga elétrica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30Estrutura atômica e condutividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34

Eletricidade estática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36A série triboelétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40Usos da eletricidade estática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43

Etiquetas nos produtos elétricos do consumidor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45Tensão e potencial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46Átomos e elétrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47Eletricidade estática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

Força eletrostática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49A série triboelétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51Movimentação de cargas e direção da corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51

2 O QUE SÃO CIRCUITOS ELÉTRICOS? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55

Circuitos elétricos em aparelhos do dia-a-dia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56O circuito de uma lanterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59Partes de um circuito elétrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61

A lei de Ohm e os métodos de conexão de componentes elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67Circuitos elétricos e lei de Ohm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68Conexões em série e em paralelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69

Circuitos elétricos e corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73Símbolos gráficos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73Circuito de corrente contínua e circuito de corrente alternada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74

Lei de Ohm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76Resistividade e condutividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77Resistência equivalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78

viii Sumário

3 Como a eletricidade funciona? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81

Por que a eletricidade produz calor? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82Eletricidade e calor de Joule. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85Como o calor é gerado pela corrente? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87Emissão térmica e luminescência. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .90

Corrente e campos magnéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94Regra da mão esquerda de Fleming (para motores cc) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98Regra da mão direita de Fleming (para geradores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

Calor de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104Vibração térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104Ondas eletromagnéticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106Eletricidade e magnetismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Regra da mão esquerda de Fleming e motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109Regra da mão direita de Fleming e os geradores elétricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Eletricidade e bobinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Bobinas e indução eletromagnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Bobinas e indutância. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112Bobinas e corrente alternada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113Bobinas e transformadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Capacitores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Capacitores e corrente alternada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

4 Como você gera eletricidade? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

Geradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118Como o gerador de energia produz eletricidade? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

Pilhas (ou baterias) e outras fontes de eletricidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124Células químicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126O que acontece em uma pilha de célula seca? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132Água e células de combustível . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135Ânodos e cátodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Criando a sua própria pilha de moeda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140Pilhas termelétricas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Eletricidade gerada por usina de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

Geração de energia térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149Geração de energia nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151Geração de energia hidrelétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152Geração de energia eólica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

Sumário ix

5 Como usar a eletricidade adequadamente? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

O que são semicondutores?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161Diodos e transistores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Diodos emissores de luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174Transistores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Diodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186Transistores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188Transistor de efeito de campo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188Conversores e inversores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

Sensores de temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190Sensores ópticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

epílogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

Índice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

Prólogo:

De Electopia,

a Terra da Eletricidade

2 Prólogo

MAS, OS ESTUDANTES DE ELECTOPIA TÊM O MESMO TIPO DE PROBLEMA QUE OS

ESTUDANTES DA TErrA.

Rereko...

SABE POR QUE CHAMEI VOCÊ

AQUI?

Uh...um...

BOM, EU NUNCA FUI MUITO ESPERTA...

MAS SINCERAMENTE, NÃO SEI.

TUDO BEM. VOCÊ QUASE ACERTOU A RESPOSTA.

ELECToPIA

este é um mundo onde os dispositivos eletrônicos são um pouco mais avançados que

os da terra.

* ESCOLA CENTRAL DE TREINAMENTO

ELÉTRICO

*

*

* SALA DOS PROFESSORES DA ESCOLA TÉCNICA

De Electopia, a Terra da Eletricidade 3

VAMOS VER A PROVA FINAL DE

ELETRICIDADE DO SEMESTRE.

COM ESTA SÃO TRÊS NOTAS NEGATIVAS CONSECUTIVAS!

MAS EU VOU TÃO BEM NAS OUTRAS

MATÉRIAS!

ESTOU IMPRESSIONADA

COM A SUA ATITUDE POSITIVA.

MAS VOCÊ VAI PRECISAR ESQUECER AS SUAS FÉRIAS DE

VERÃO PARA TER ALGUMAS AULAS DE

RECUPERAÇÃO.

COMO?...

VOCÊ DISSE ESQUECER AS FÉRIAS DE VERÃO?!

ISSO MESMO! VOCÊ VAI ESTUDAR

NA TErrA E COMEÇAR DO

BÁSICO!

hunf!

NÃO se preocupe. LÁ NÃO É MUITO

DIFERENTE DAQUI. E COMO O ESTUDO DE

ELETRICIDADE É MAIS LENTO, SERÁ PERFEITO

PARA VOCÊ!

4 Prólogo

M... MA... MAS... SE EU CHEGAR DE REPENTE, TALVEZ INCOMODE O PROFESSOR DE

LÁ.

M... MA.. MAS... OS MEUS PAIS AINDA NÃO DERAM PERMISSÃO

PARA A MINHA IDA, CERTO?

EU JÁ ENVIEI UMA CARTA, ENTÃO VAI FICAR TUDO BEM.

ELES DISSERAM,

“VAI FUNDO!”

PUXA! UMA MULHER INTELIGENTE COMO VOCÊ JAMAIS COMETE ErrOS,

NÃO É MESMO?

O QUE É ISSO?UM ROBÔ?

É YONOSUKE, UM TRANSMISSOR-

RECEPTOR TRANSDIMENSIONAL E ROBÔ DE OBSERVAÇÃO!

leve iSSo com você!

CUIDE MUITO BEM DELE! VOCÊ TAMBÉM VAI USÁ-LO COMO

PASSAPORTE NA IDA E NA VOLTA PARA A TErrA.

PRAZER EM CONHECER VOCÊ!


TÓQUIO, JAPÃO

MAS QUE TEMPESTADE DE

REPENTE...

VOU FICAR ENSOPADO!

EU DEVIA TER TRAZIDO UM

GUARDA-CHUVA.

ESTOU QUASE EM CASA... ACHO QUE

VOU DAR UM PIQUE...

oh...

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NO DIA SEGUINTE...

uau!!!

CREC!

6 Prólogo

OI. AQUI É O JAPÃO?

OI!VOCÊ É O

PROFESSOR HIKARU?

EU? BEM, O MEU NOME É HIKARU,

MAS...

SOU A REREKO! VIM PARA O CURSO DE VERÃO!! SOU

MEIO BUrrA... SOBRE ELETRICIDADE... POR FAVOR,

ME AJUDE...

NÃO! CALMA! ESPERE UM

MINUTO!

O QUE? HEIN...?

profeSSor?

6 Prólogo


BEM, EU FAÇO PESQUISAS DE ENGENHARIA ELÉTRICA

NA UNIVERSIDADE, PORTANTO, COM CERTEZA POSSO LHE ENSINAR ELETRICIDADE,

MAS... AFINAL DE CONTAS,

QUEM É VOCÊ?

OH CÉUS! VOCÊ NÃO RECEBEU A

CARTA?

CARTA?...

AH!

AGORA EU ME LEMBRO... REALMENTE RECEBI UMA CARTA

SUSPEITA, SEM CARIMBO POSTAL...

POR ACASO, SERIA ISTO?

SIM! SIM, É ISSO.

BEM, VOCÊ É A REREKO CITADA NESTA

CARTA?...

SIM, SOU EU!

Caro professor Hikaru Yano,

Estou lhe enviando a minha aluna rereko para algumas aulas. Espero que concorde em

ensinar algumas lições a ela. Acho que posso contar com a sua boa vontade.

Atenciosamente,

professora TetekaiEscola central de

treinamento elétrico

8 Prólogo

CERTO!... MAS. POR QUE ESTAMOS CONVERSANDO NA CHUVA?

VOCÊ NÃO PODERIA DAR MAIS DETALHES NA MINHA CASA?

SIM, COM CERTEZA!

NÃO REPARE, ESTÁ MEIO BAGUNÇADO

SEM PROBLEMAS! DESCULPE

INCOMODAR...

TOALHA... UMA TOALHA... VOCÊ

ESTÁ AÍ?

VAMOS VER...

........

VOCÊ?!...

CRIC

NO APARTAMENTO DE HIKARU...


........

POSSO JURAR QUE ESTAVA EM ALGUM LUGAR POR AQUI.

ISTO É REVOLTANTE!...

OH! MEU DEUS!!!

ES... ESS... ESSA... BONECA FALA?!

NÃO É UMA BONECA!

YONOSUKE É UM TRANSMISSOR-RECEPTOR

TRANSDIMENSIONAL e robô de observação.

O QUÊ FOI QUE VOCÊ DISSE? POR QUE NÃO

ME EXPLICA TUDO DIREITINHO DESDE O

COMEÇO...

BEM, É...

SOLTE-ME!

OPA!!

10 Prólogo

ENTÃO FOI ISSO O QUE ACONTECEU...

VOCÊ VEIO DE OUTRO MUNDO PARA ESTUDAR

AQUI.

ELECToPIA É UMA TErrA ONDE A

ELETRICIDADE ESTÁ UM POUCO MAIS

AVANÇADA DO QUE NESTE MUNDO.

COMO O ESTUDO DE ELETRICIDADE É TÃO

IMPORTANTE, ATÉ CRIANÇAS DO MEU NÍVEL PRECISAM SABER O BÁSICO. MAS É

QUE EU, NA VERDADE... COMO POSSO DIZER? EU SOU...

UM FRACASSO!!!

ASSIM, TENDO UMAS AULAS DE

RECUPERAÇÃO, VOCÊ TENTARÁ compensar O TANTO QUE FICOU

PARA TRÁS?

A PROFESSORA TETEKA ESTÁ MUITO BEM

INFORMADA SOBRE ESTE MUNDO.

MEIA HORA

DEPOIS...

TAP!

10 Prólogo


POR ISSO, TENHO CERTEZA QUE VOCÊ ESTÁ BEM

QUALIFICADO PARA ME ENSINAR, profeSSor.

ACHO QUE NÃO TENHO TANTA

CERTEZA ASSIM...

POR FAVOR, profeSSor

HIKARU...

POR FAVOR VOCÊ NÃO VAI ME ENSINAR

ELETRICIDADE BÁSICA?

COMO DEIXEI DE LADO AS MINHAS FÉRIAS DE VERÃO PARA VIR ATÉ AQUI, NÃO POSSO VOLTAR ANTES DE TERMINAR ESTAS AULAS

EXTRAS...

EU SEI, MAS...TENHO PESQUISAS PARA FAZER, E...

........BEM, QUE TAL

ASSIM -

COMO VOCÊ PODE VER, A MINHA SALA ESTÁ UM

POUCO BAGUNÇADA, CERTO?

UM POUCO?!

ESTÁ BEM... BASTANTE BAGUNÇADA, OK?

12 Prólogo

ENQUANTO EU ESTIVER NA UNIVERSIDADE,

VOCÊ PODEria VArrER, LIMPAR, E PREPARAR O

JANTAR...?ANDO MUITO OCUPADO,

QUASE NÃO TENHO TEMPO LIVRE.

SE VOCÊ FIZER ESSAS COISAS

PARA MIM, VAI ME SALVAR, E...

Huh?

É UMA BAGUNçA MEIO MOLHADA!!!

EU SEI DISSO! MAS VAI SER NA BASE

DO TOMA LÁ, DÁ CÁ, CERTO?

BEM, BOM, ACHO QUE VOU TENTAR... A... A...

A...

OK! FAREI O POSSÍVEL!... A... A...

...TCHIM!!!

Esquecemos completamente das

toalhas!

Smack!

REREKO, VOCÊ SABE O QUE ISTO SIGNIFICA?

profeSSor HIKARU! É CLARO!

VOCÊ ESTÁ ATIRANDO PAPEL, TESOURAS, E PEDRAS! ISSO É

IMBATÍVEL!

NÃO... EU NÃO quis dizer

O jogo DE PEDRAS, PAPEL E TESOURAS.

SE UM CONDUTOR FOR COLOCADO EM UM CAMPO MAGNÉTICO E PASSAR COrrENTE, UMA FORÇA É EXERCIDA

SOBRE O CONDUTOR que SE MOVIMENTA CONFORME A REGRA DA

MÃO ESQUERDA DE FLEMING.

QUANDO A SUA MÃO ESQUERDA É COLOCADA DESTA

FORMA...

ESSA REGRA DIZ QUE O DEDO INDICADOR APONTA NA DIREÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO (N PARA S), O

DEDO MÉDIO APONTA NA DIREÇÃO EM QUE A COrrENTE SE MOVIMENTA, E O CONDUTOR SE MOVIMENTA NA DIREÇÃO

INDICADA PELO POLEGAR, COMO RESULTADO DA FORÇA QUE AGE NA

MESMA DIREÇÃO.

A MÃO ESQUERDA... É

ESTA?

Regra da mão esquerda de fleming (para motores cc)

Papel tesouras

pedra

O CONDUTOR SE MOVIMENTANESTA DIREÇÃO

O CAMPO MAGNÉTICO APONTA DE NORTE PARA SUL

NESTA DIREÇÃO

A COrrENTE PASSA NESTA

DIREÇÃO

98 Capítulo 3 Como a eletricidade funciona?

UM MOTOR CC GIRA USANDO ESSA FORÇA.

ESSE É REALMENTE UM JEITO FÁCIL DE LEMBRAR A REGRA!

FORÇA (MOVIMENTO)

CAMPO MAGNÉTICO

COrrENTE

CONDUTOR

FORÇA

QUANDO PASSA COrrENTE EM UM CONDUTOR COLOCADO ENTRE OS PoLOS NORTE (N) E SUL (S) DE UM CAMPO MAGNÉTICO, O CONDUTOR RECEBE IMPULSO PARA CIMA.

SERÁ QUE VOCÊ PODE USAR A REGRA DA MÃO ESQUERDA DE FLEMING PARA VER POR QUE UM MOTOR CC GIRA? PRIMEIRO, CONSIDERE O LADO ESQUERDO DO ANEL - A COrrENTE ESTÁ ENTRANDO NA PILHA, LEVANDO A FORÇA DO anel PARA CIMA. NO LADO DIREITO DO ANEL, A COrrENTE ESTÁ SAINDO DA PILHA,

CRIANDO UMA FORÇA PARA BAIXO.

MOVIMENTO

O ANEL VAI CONTINUAR VIRANDO NESSA DIREÇÃO POIS O CONTATO TROCA

QUANDO O ANEL FICA NA VERTICAL (O QUE SIGNIFICA QUE A DIREÇÃO DAS

FORÇAS NÃO VAI MUDAR).

Regra da mão esquerda de fleming (para motores CC) 99

CAMPO MAGNÉTICO

COrrENTE

CAMPO MAGNÉTICO

COrrENTE

COrrENTE

COrrENTE

ANEL

FLEMING TAMBÉM TEM UMA REGRA DA MÃO

DIREITA!

O QUE ESSA REGRA DIZ?

SE UM CONDUTOR SE MOVIMENTA ENTRE OS Polos DE UM IMÃ, O CONDUTOR CRUZA um CAMPO MAGNÉTICO.

Ok...

UMA AÇÃO QUE FAZ A ELETRICIDADE FLUIR, QUE É CHAMADA DE FORÇA

ELETROMOTRIZ, É GERADA NO CONDUTOR NESSe momento, E A

COrrENTE PASSA.

O FLUXO DESSA COrrENTE É NA DIREÇÃO DO DEDO MÉDIO DA MÃO

DIREITA, A DIREÇÃO DO CAMPO MAGNÉTICO É A DIREÇÃO DO DEDO

INDICADOR, E A DIREÇÃO DO MOVIMENTO DO condutor ELÉTRICO É

A DIREÇÃO DO POLEGAR.

Regra da mão direita de fleming (para geradores)

Condutor

MOVIMENTO DO

CONDUTOR

corrente

Movimento

O CONDUTOR SE MOVIMENTA NESTA DIREÇÃO

O CAMPO MAGNÉTICO N-S APONTA

NESTA DIREÇÃO

A COrrENTE SE MOVIMENTA NESTA DIREÇÃO


CAMPO MAGNÉTICO

CAMPO MAGNÉTICO

ESSA É A REGRA DA MÃO DIREITA DE

FLEMING.

SAQUEI.

QUANDO UM GERADOR produz ELETRICIDADE, NÓS APENAS

CONSIDERAMOS O LADO DO GIRO (O LADO ESQUERDO, PARA CIMA), E PODEMOS

DETERMINAR A DIREÇÃO DA COrrENTE USANDO A REGRA DA MÃO DIREITA DE

FLEMING.

É MELHOR A GENTE NÃO MISTURAR AS MÃOS ESQUERDA E

DIREITA!

NÓS PODEMOS USAR A REGRA DA MÃO DIREITA

PARA DETERMINAR A DIREÇÃO DA COrrENTE

produzida POR UM GERADOR ELÉTRICO...

...E usar A REGRA DA MÃO ESQUERDA PARA ENTENDER A DIREÇÃO QUE O MOTOR GIRA.

MÃO DIREITA

MÃO ESQUERDA

NÓS APLICAMOS A FORÇA

PARA FAZER A BOBINA GIRAR.

Regra da mão direita de fleming (para geradores) 101

corrente

MovimentoCAMPO

MAGNÉTICO

corrente

corr

ente

QUE TAL NÓS PARARMOS POR AQUI POR HOJE?

urra!

EI, O QUE ESTÁ

ACONTECENDO?

HIKARU... VOCÊ ESTÁ BRINCANDO NO LABORATÓRIO?

OI! ALÔÔÔ!

NÃO.NÃO ESTAMOS BRINCANDO...

UAU! VOCÊ TROUXE A SUA NAMORADINHA AO

LABORATÓRIO!

HEIN?

NAMO...NAMORADA? EU NÃO SOU...

VOCÊ ESTÁ TO…TOTALMENTE

ENGANADO!!! ELA É A MINHA PRIMA!

OOOOOK... COMO VOCÊ QUISER...

........ É VERDADE! VOCÊ ENTENDEU TUDO

ErrADO!


BEM... É... AGORA JÁ ESTAMOS DE

SAÍDA...

OK... ATÉ MAIS TARDE,

BACANA...

Hein?

O QUE É ISTO? O TONTO DO HIKARU

ESQUECEU O LANCHE.

ACHO QUE A GAROTA FEZ

ISSO!

DEIXARAM ALGUMA COISA AQUI DENTRO. ACHO QUE VOU COMER ISSO, JÁ QUE

EU NÃO QUERO JOGAR ISSO NO LIXO...

O QUE FOI ISSO???!!!

pam!

Pop!

*

*IIIIIIIICA!!!

Regra da mão direita de fleming (para geradores) 103


Calor de joule

O calor que é produzido quando passa corrente por uma resistência elétrica é chamado de calor de joule. Por exemplo, a quantidade de calor produzido quando a corrente I passa pela resistência R por t segundos pode ser obtida pela cálculo de I2 × R × t. A quantidade de calor é representada pelo símbolo Q e é medida de Joule (J), em homenagem ao físico inglês James Prescott Joule. Um joule corresponde ao consumo de energia elétrica de 1Ws (watt por segundo) - e um joule é equivalente a um kg × m2 / s2. A quantidade de calor necessária para elevar 1 grama de água pura de 14,5°C para 15,5°C a 1 atmosfera de pressão é de cerca de 4,2J, e isso é equivalente a 1 caloria (cal).

Vibração térmicaO que é o calor? Os átomos que compõem uma substância estão sempre vibrando, e isso é chamado de vibração térmica. A magnitude da vibração térmica de uma substância está diretamente relacionada à magnitude da temperatura dessa substância - essa vibração térmica de átomos é a verdadeira natureza do calor.

Se os átomos de uma substância não estão vibrando, essa substância não terá tem-peratura - essa temperatura é chamada de zero absoluto, isto é igual a -273,15°C.

Mesmo quando um fio de cobre, que é usado como condutor elétrico por causa de sua baixa resistência, está em temperaturas normais, a vibração dos átomos de cobre resiste ao movimento dos elétrons, criando calor e resistência adicionais.

Porém, se a temperatura de um material cai para perto do zero absoluto, as vibrações dos átomos se tornam muito pequenas. Nesse estado, os elétrons podem circular muito mais facilmente - em outras palavras, a resistência do material diminui. Em alguns materiais, como o alumínio, se a temperatura se tornar suficientemente baixa, os elétrons podem se movimentar sem serem obstruídos pelos

Resistência e calor de Joule

Vibração térmica e temperatura

átomos de modo algum! Quando a resistência de um material se torna zero, nós chamamos o fenômeno de supercondutividade.

Muitos metais são considerados naturalmente supercondutores quando estão bem frios, mas a maioria precisa estar perto do zero absoluto. No entanto, como é extrema-mente difícil baixar de fato a temperatura de uma substância próxima ao zero absoluto, pesquisas estão sendo realizadas sobre fenômenos de supercondutividade que ocorrem em temperaturas muito maiores que o zero absoluto, um campo chamado de supercondutores de altas-temperaturas. Algum dia, materiais como esses poderão ser usados para levar ele-tricidade para casas em toda parte sem perda de corrente devido ao aquecimento de joule.

Em fios a temperaturas normais, os elétrons vão colidir violentamente com outros áto-mos, o que gera ainda mais vibrações térmicas - isto é, mais calor. Conforme o fio aquece, sua resistência aumenta. Ao contrário, conforme sua temperatura diminui, a resistência elétrica diminui.

Supercondutividade e corrente

Colisões com elétrons e geração de calor

Vibração térmica 105


Ondas eletromagnéticas

Quando passa corrente por uma resistência e a temperatura aumenta, calor é gerado. Pri-meiro, raios infravermelhos invisíveis a olho nu são emitidos. Os raios infravermelhos, que também são chamados de raios de calor, são um tipo de onda eletromagnética - uma onda que tem energia térmica. As ondas eletromagnéticas (em ordem decrescente de compri-mento de onda) incluem as ondas de rádio, os raios infravermelhos, a luz visível, os raios ultravioleta, e os raios X, entre outros. As ondas de rádio são usadas para a transmissão e a comunicação de rádio ou TV em navios. A cor da luz visível varia conforme o comprimento de onda - a luz vermelha tem o comprimento de onda mais longo, e a luz violeta tem o mais curto.

Depois que os raios infravermelhos são emitidos de uma substância, a luz visível será emitida se a temperatura continuar aumentando. Esse fenômeno no qual a energia térmica é emitida como ondas eletromagnéticas conforme o aumento da temperatura de uma subs-tância é chamado de emissão térmica. Esse é o princípio da emissão de luz nas lâmpadas. A emissão térmica produz luz vermelha em baixa temperatura, que muda para luz branca azulada conforme a temperatura aumenta.

A emissão de luz devida à emissão térmica quase sempre termina se tornando calor, então ela é ineficaz para ser utilizada como luz. A emissão de luz na qual o emissor não precisa ser aquecido é chamada de luminescência; esse é o princípio usado nas lâmpadas fluorescentes. Na luz fluorescente, os elétrons que escapam do filamento colidem com o vapor de mercúrio dentro do tubo fluorescente; os raios ultravioleta que são gerados nesse momento excitam a substância fluorescente na superfície interna do tubo e se tornam luz visível. A emissão de luz da luz fluorescente é muito eficaz - para o mesmo consumo de energia elétrica, ela emite mais de quatro vezes a luz que uma lâmpada normal produz.

Os fenômenos de emissão de luz incluem a emissão térmica e a luminescência, como foi mostrado aqui.

O COMPRIMENTO DA ONDA É CURTO.A FREQUÊNCIA É ALTA.

O COMPRIMENTO DA ONDA É LONGO.A FREQUÊNCIA É BAIXA.

raios γ(GAMA)

raios xLUZ VISÍVELONDAsDE RÁDIO

RADIAÇÃO:

COMPRIMENTO DE ONDA: 10nm400nm720nm1�

Violeta

azul

verde

amarelo

laranja

vermelho

RAIOsINFRAVER-MELHO

RAIOs ULTRA-VIOLETA

Comprimentos de onda e classificação das ondas eletromagnéticas

Eletricidade e magnetismo 107

Eletricidade e magnetismo

Se limalha de ferro for espalhada em uma folha de papel colocada sobre um imã, um padrão de linhas é produzido. Essas linhas se originam no polo norte (N) e seguem em dire-ção ao polo sul (S); elas são chamadas de campo magnético.

Os campos magnéticos também são gerados quando passa corrente. Esse fenômeno é extremamente importante quando se utiliza a eletricidade, e muitos aparelhos elé-tricos comuns fazem uso do mesmo.

Quando passa corrente em um fio elétrico, um campo mag-nético com um padrão circular é gerado em torno do mesmo. Isso é chamado de Lei de Ampère. A mag-nitude desse campo magnético varia conforme a intensidade da corrente; se a direção da corrente muda, a direção do campo magnético tam-bém muda.

A LÂMPADA COMUM É INEFICIENTE POIS SUA EMI�ÃO DE CALOR É MAIOR.

A LÂMPADA EMITE CALOR. A LUZ FLUORESCENTETEM LUMINESCÊNCIa.

FILAMENTO

ELÉTRONS

SUBSTÂNCIAFLUORESCENTELUZ

LUZ

VAPOR DE MERCÚRIO

RAIOS ULTRAVIOLETA

---

--

--

-

--

CALOR E LUZ

Emissão de luz em uma lâmpada comum e em uma lâmpada fluorescente

SN

IMÃ

LINHAS DE FORÇA MAGNÉTICA SAEM DOPoLO NORTE E VÃO EM DIREÇÃO AO PoLO SUL.

Um imã e os campos magnéticos


Se uma corrente da mesma intensidade passa na mesma direção em dois fios elétricos colocados lado a lado, os campos magnéticos gerados em cada fio são combinados para gerar um campo magnético com o dobro da corrente em volta de ambos os condutores. Nessa hora, uma força de atração é gerada entre os dois fios elétricos. Quando passa cor-rente em direções opostas nos dois fios, uma força de repulsão é gerada entre eles. Neste caso, os campos magnéticos ao redor dos fios se anulam mutuamente e se tornam meno-res.

A propriedade aditiva dos campos magnéticos também permanece verdadeira para mais de dois fios (por exemplo, uma bobina ou indutor). Dessa maneira, um grande campo magnético pode ser gerado.

A Lei de Ampère

Forças geradas quando a corrente passa em dois condutores

4Como você gera eletricidade?

Geradores

cheguei...

BEM-VINDO!

ESTÁ PRONTO PARA JANTAR? OU

ANTES VAI QUERER TOMAR UM BANHO?

OU... BEM...

ESTOU COM FOME, VAMOS COMER! MIAMM...JANTAR!

FIQUEI REALMENTE FELIZ COM O QUE

PREPAREI PARA HOJE À NOITE!

SUA COMIDA É DEMAIS! MAS COMO VOCÊ

preparou TUDO ISSO?

118 Capítulo 4 Como você gera eletricidade?

CREC

RÉ, RÉ! EU SÓ ESTAVA BRINCANDO!

BEM,NEM É TÃO HOrrÍVEL ASSIM...

...SABE,ÀS VEZES...

...NÓS ATÉ PARECEMOS UM CASAL, NÃO É?

QUAL ÉÉÉÉÉÉ!!!

NÃO, É FÁCIL DE VER! VOCÊ É SÓ UM BICÃO!

FIQUEI APAVORADO COM ESSA SUGESTÃO...

...De CASAL...

QUANDO TERMINARMOS DE COMER, VAMOS

COMEÇAR NOSSAS LIÇÕES, OK?

Ok, ótimo.

Geradores 119

GARF

GARF

come come come

bem...EXEMPLOS DE

COISAS QUE GERAM ELETRICIDADE SÃO A

USINA DE ENERGIA E A PILHA, CERTO?

COMO A GERAÇÃO DE ENERGIA termoelétrica

OU A GERAÇÃO DE ENERGIA HIDRELÉTRICA?...

GERADOR ELÉTRICO

UM GERADOR ELÉTRICO É ACIONADO PELA GERAÇÃO DE ENERGIA NUCLEAR OU OUTROS

TIPOS DE ENERGIA PARA produzir ELETRICIDADE.

POR OUTRO LADO, A PILHA UTILIZA A ENERGIA DE UMA REAÇÃO QUÍMICA.

UMA REAÇÃO QUÍMICA?

DEPOIS VAMOS FALAR SOBRE ISSO COM MAIS DETALHES.

ELETRICIDADE

ENERGIA (ENERGIA TÉRMICA, ENERGIA HIDRÁULICA,

ENERGIA NUCLEAR, ETC)

120 Capítulo 4 Como você gera eletricidade?

epílogo 197

SEM REREKO POR PERTO, VOLTEI À VIDA NORMAL - PASSANDO

TODO O MEU TEMPO NO LABORATÓRIO.

E EU DEIXEI A MINHA SALA FICAR TOTALMENTE BAGUNÇADA DE NOVO...

PUXA...ESTÁ FICANDO NUBLADO.

JÁ PASSOU UM ANO INTEIRO...LEMBRO DE UM DIA COM O TEMPO IGUAL AO

DE HOJE.

ACHO QUE VOU TER QUE ENFRENTAR A

CHUVA!

ufA.

Clic

198 epílogo

NO PONTO DE ÔNIBUS DA UNIVERSIDADE.

XIII!! MAS QUE TEMPESTADE DE

REPENTE...

VOU FICAR ENSOPADO!

EU DEVIA TER TRAZIDO UM

GUARDA-CHUVA...

?

LEMBRO DE TER DITO ISSO NESSE

MESMO DIA UM ANO ATRÁS, TAMBÉM...

O QUE...????

UM RAIO ATINGIU O PRÉDIO DO MEU LABORATÓRIO?! INACREDITÁVEL!

epílogo 199

LaboratÓrIO

SERÁ QUE OS MEUS DADOS ESTÃO OK?!...

profeSSor Hikaru!?

SSSIIIMM?

Re...Rereko!?

SIM, SOU EU!!!QUE BOM VER VOCÊ DE NOVO!

POR QUE VOCÊ VOLTOU? MAIS AULAS DE RECUPERAÇÃO?!

NeCA!GRAÇAS A VOCÊ, NÃO

TIVE PROBLEMAS PARA ME FORMAR.

vuuuup!

Ahhhh!

200 Epilogue

agora ESTOU TRABALHANDO NA UNIVERSIDADE

COMO ASSISTENTE DE PESQUISAS!

VERDADE?!

SIM! AGORA PODEMOS

SER PARCEIROS DE LABORATÓRIO!!

Recomendação

Assist. Pesquisas

Teteka

guia mangá eletricidade - prof. alex física e matemáticaguia mangá eletricidade kazuhiro...

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