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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
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!
De Electopia, a Terra da Eletricidade 5
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...
{ Gulp }
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
De Electopia, a Terra da Eletricidade 7
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...
De Electopia, a Terra da Eletricidade 9
........
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
De Electopia, a Terra da Eletricidade 11
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
100 Capítulo 3 Como a eletricidade funciona?
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
corrent
e
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!
102 Capítulo 3 Como a eletricidade funciona?
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
104 Capítulo 3 Como a eletricidade funciona?
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
106 Capítulo 3 Como a eletricidade funciona?
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
108 Capítulo 3 Como a eletricidade funciona?
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
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!