Energia Elétrica: de Itaipu até a sua casa

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É muito difícil imaginar como seria a nossa rotina sem a presença da eletricidade. Ela está presente na bateria dos nossos celulares, nos servidores que carregam a nossa internet e nos trilhos que movem o metrô. E, mesmo tendo destinos finais tão diferentes, toda essa eletricidade consumida no mundo é gerada utilizando os mesmos conceitos descobertos por um físico inglês do século XIX (e uma das pessoas mais brilhantes que já existiu) chamado Michael Faraday.

Ele foi um dos primeiros cientistas a estudar a relação entre a eletricidade e o magnetismo. Na realidade, Faraday descobriu que o campo elétrico e o campo magnético são duas partes de um todo, um fenômeno que hoje nós chamamos de eletromagnetismo. Embora a eletricidade já fosse um fenômeno conhecido (o italiano Alessandro Volta já havia inventado a bateria elétrica um século antes de Faraday nascer), ninguém havia imaginado qual era a sua relação com os ímãs e o seu campo magnético.

Na física, campo é o conjunto de medidas que você pode tirar em torno de um ponto no espaço. Imagine que esse ponto seja o ímã. Ele projeta um campo magnético em torno dele de tal forma que sentimos a atração de um objeto metálico com mais força quando estamos mais próximos dele. Conforme nos distanciamos, sentimos a atração com menor intensidade. Um experimento legal é o das limalhas de ferro e um imã. Como as limalhas são formadas por pedacinhos muito pequenos e muito leves de ferro, quando próximas de um ímã, elas se organizam no sentido do campo magnético do ímã: do norte para o sul. Dá para ter uma ideia do alcance do campo produzido por esse ímã também.

Os ímãs possuem uma propriedade muito particular: se nós cortássemos um como o da figura acima ao meio, nós ficaríamos com dois ímãs idênticos, e não com uma metade N e outra S. Embora na eletricidade existam cargas positivas e cargas negativas, a ciência até agora não encontrou nenhuma evidência de mono pólos magnéticos: eles sempre vêm em pares.

A grande sacada do Faraday foi justamente entender como esses dois campos diferentes interagem. A corrente elétrica nada mais é do que um fluxo de cargas (elétrons) ao longo de um campo elétrico, dentro de um condutor. Sabemos que quanto maior for a diferença de potencial (medida em Volts) entre as duas pontas do condutor, maior será o campo elétrico entre elas e, portanto, o fluxo de elétrons também será maior. O que Faraday descobriu foi que a corrente elétrica produz também um campo magnético em torno do condutor. E que, se é possível gerar um campo magnético a partir de uma corrente, talvez seja possível fazer o contrário também.

Esse é exatamente o princípio de funcionamento de qualquer sistema gerador de energia. De acordo com as equações de Faraday, se um campo magnético variar dentro de um condutor circular (chamados espiras), uma corrente elétrica será gerada entre as extremidades desse condutor. É mais fácil entender com a animação abaixo:

As usinas geradoras de energia elétrica são essencialmente isso: espiras de metal girando dentro de grandes ímãs fixos. E o que pode fazer estas espiras girarem? Numa hidroelétrica, é a água represada de rios correndo por grandes turbinas. Em uma usina térmica, é o vapor de água produzido a partir da queima de gás ou carvão que movimenta essas turbinas. Em uma termonuclear, esse vapor é produzido pela radiação do urânio. Em uma usina eólica, quem move a turbina é o vento.

A primeira demonstração de um gerador de energia como esse foi feita pelo próprio Faraday, em 1831 (foi ele mesmo quem girou as espiras, numa manivela). Embora suas descobertas representassem uma revolução no mundo da Física para a época e tenha lançado as bases para o eletromagnetismo e até mesmo para a Teoria da Relatividade, as aplicações práticas das ideias de Faraday só foram se tornar comuns no nosso cotidiano décadas depois, graças a contribuições de cientistas como Nikola Tesla e Thomas Edison.