Elektrizität: Von der Erzeugung bis zum Vertrieb; Historische Aspekte und didaktischer Lehrervorschlag

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FERREIRA, Ritiele Cássia de Almeida [1] , PAIVA, Edinei Canuto [2] , DOURADO, Lara Fernanda Nunes [3]

FERREIRA, Ritiele Cássia de Almeida PAIVA, Edinei Canuto, DOURADO, Lara Fernanda Nunes. Elektrizität: Von der Erzeugung bis zum Vertrieb; Historische Aspekte und didaktischer Vorschlag für den Unterricht. Multidisziplinäre Kern Fachzeitschrift des Wissens. 04-Jahr, Ed. 03, Band 04, S. 51-102. März 2019. ISSN: 2448-0959.

ZUSAMMENFASSUNG

Die Physik ist unter anderem mit den Grundbedürfnissen des Menschen, der Gesundheit, dem Wohnen, der Nahrung, dem Transport verbunden. Allerdings gibt es eine Zeit, seit die Physik-Disziplin eine der höchsten Ausfallraten an den Schulen darstellt. Das wird von vielen Schülern als sehr schwierig, abstrakt wahrgenommen, nicht mehr im Alltag. Diese Wahrnehmung wird jedoch von mehreren Forschern auf die traditionelle Lehrmethode der Schulen zurückgeführt, die mit größerer Intensität die Einprägung von Fakten, Formeln, Symbolen, Theorien und Modellen hervorhebt, ohne dem Schüler die Kontextualisierung von Inhalt, abgesehen davon, dass man sich nicht darum schert, die Kontexte zu erforschen, in denen die Gesetze und Theorien vorgeschlagen wurden, und so die Dogmatisierung des wissenschaftlichen Wissens zu erzeugen. Diese Forschung zielt daher darauf ab, den Entwicklungsprozess von den Anfängen der Elektrizität bis zu ihrer praktischen Anwendung auf kommerzieller Ebene zu verstehen, um einen Vorschlag für geeignete didaktisch-experimentelle Materialien zu erstellen, die Wird in Gymnasial-oder Hochschulkursen verwendet. Zu diesem Zweck wurde eine bibliographische Rezension in der Fachliteratur entwickelt, und die Bedeutung wurde im Ansatz der Lehre der Physik, die Annahme der Strategien des Experimentierens und der historischen Studie der Wissenschaft, die Ausarbeitung schließlich einen Vorschlag von Didactisch-experimentelles Material, das sich auf die Prozesse seit der Stromerzeugung bezieht und seinen historischen und sozialen Kontext betont und es ermöglicht, Debatten, Forschung, das physikalische Wissen mit dem Leben zu fördern. So wird das Verständnis der untersuchten Inhalte erleichtert.

Stichworte: Strom, Experimente, Unterricht und Physik lernen.

1. EINFÜHRUNG

Seit vielen Jahren wird die Schwierigkeit diagnostiziert, die es in der Physik gibt. Unter ihnen können wir die Ernüchterung der Schüler in Bezug auf die Disziplin hervorheben, sie als sehr schwierig, abstrakt und ohne Bindung an den Alltag wahrnehmen, was zu hohen Missverständlichkeitsraten führt. Diese Konzeption ist jedoch auf das traditionelle Unterrichtsmodell der Schulen zurückzuführen, die mit größerer Vehemenz die Einprägung von Fakten, Formeln, Symbolen, Theorien und Modellen betonen, die keine Beziehung zwischen sich zu haben scheinen, abgesehen davon, dass sie sich nicht um die Erforschen Sie die Kontexte, in denen die Gesetze und Theorien vorgeschlagen wurden, und tragen so zu einer Dogmatisierung des wissenschaftlichen Wissens bei (Martins, 2006; Bonadiman, 2004).

Angesichts dieses Problems wurden Vorschläge gemacht, die zur Entwicklung einer Lehre der Physik führen, die zur Bildung eines bewussten, aktualisierten und partizipativen Bürgers in der Realität der Umwelt beiträgt, die lebt. So soll der Entwicklungsprozess von den Anfängen der Elektrizität bis hin zur praktischen Anwendung auf kommerziellem Maßstab verstanden werden, um einen Vorschlag für entsprechendes didaktisch-experimentelles Material zu erarbeiten, das verwendet werden kann. Im Gymnasium oder in Hochschulkursen. Zu diesem Zweck wurden folgende spezifische Ziele ausgewählt: Die Forschung in der Fachliteratur, um die Ursprünge und den Entwicklungsprozess von Elektrizitätskonzepten zu identifizieren; Die Bedeutung des Experimentierens in Verbindung mit der Geschichte der Wissenschaft als Strategie zu erkennen, die expressive und konsequente Kenntnisse in der Lehre der Physik ermöglicht; Bauen Sie ein Modell, das die Prozesse von der Erzeugung bis zur Stromverteilung einbezieht, und erarbeiten Sie ein didaktisches Material für die Untersuchung eines solchen Experiments.

2. DIE BEGINNINGS DER STATIC ELECTRICITY

2.1 DIE ersten DISCOVERIES DER ELECTRICAL PHENOMENA

Der Archäologie zufolge beobachtet der Mensch seit prähistorischen Zeiten Naturphänomene, aber es dauerte lange, bis diese Ereignisse aufgezeichnet waren und erst später und dass die Suche nach rationalen Erklärungen begann. In der Untersuchung der Elektrizität, wurde es die Existenz bestimmter Phänomene lange vor dem Alter überprüft, aber nur in dieser Periode ist, dass diese Phänomene zu erforschen begann, und analysiert auf der Suche nach Beweisen, die das Auftreten dieser erklären würde.

Nach Luz und Álvares (2000) wurden die ersten elektrischen Phänomene von den Griechen in der Antike beobachtet. Der Mathematiker und Philosoph Thales de Mileto im SIXTH Jahrhundert A. C. war derjenige, der beobachtete, dass ein Stück Bernstein, ein fossiles Harz, nachdem es mit einer tierischen Haut geatrgt wurde, die Eigenschaft erlangen würde, leichte Körper anzuziehen. Indem er dieses Phänomen beobachtete, zog Thales es in dem Versuch, es durch philosophisches Denken zu erklären, das den Substanzen zugeschrieben wird, die in der Lage sind, eine Seele zu haben, und dies wiederum zog die Stücke der unbelebten Materie an. Es wird bestätigt, dass der erste Versuch, die Elektrifizierung durch Reibung zu erklären, sehr alt ist, aber die Phänomene im Zusammenhang mit Elektrizität sind seit einigen Jahren wegen fehlender praktischer Anwendung vergessen.

Erst etwa 2000 Jahre später begannen mehrere Gelehrte, systematischere Beobachtungen über elektrische Phänomene zu machen. In diesem Zusammenhang kann hervorgehoben werden: Der englische Arzt William Gilbert, der die Beobachtungen von Thales wieder aufnahm, fand heraus, dass es nicht nur der Bernstein war, der die Eigenschaft besaß, Körper anzuziehen, ob sie nun leicht sind oder nicht. Dieser Befund wurde durch einen sehr empfindlichen Apparat gewonnen, der von Gilbert Versorium gebaut wurde, mit diesem Apparat kann er die Existenz von elektrischen Kräften anderer Objekte wie Diamant, Saphir, Opal, Amethyst, Kristall zwischen Andere, wie in seiner Arbeit von Magnete beschrieben. Um diese Anziehungskraft zu erklären, nutzte Gilbert die Hypothese von Effluvius, eine interessante Tatsache ist, dass Gilberts Experimente zwar sehr sorgfältig und mehrfach durchgeführt wurden, aber die Abstoßung der elektrifizierten Körper nicht beobachteten, was nur durch die Der deutsche Physiker Otto von Guericke, als er Gilberts Experimente reproduzierte. Diese Tatsache ermöglichte es ihm zu beobachten, dass die Körper, wenn sie durch Reibung elektrifiziert sind, andere Körper anziehen oder abstoßen können. Um dieses Phänomen besser zu beobachten, baute Guericke einen Apparat, der aus einer großen Schwefelkugel bestand, die durch eine Kurbel bewegt werden konnte, die erste elektrostatische Maschine, die gebaut wurde; Damit kann er auch erkennen, dass sich "Elektrizität" durch Berührung von einem Körper zum anderen bewegen könnte, aber er suchte keine Erklärungen für dieses Phänomen, weil er glaubte, dass dieses Verhalten aufgrund der im Körper vorhandenen Tugenden natürlich sei. (TORRES, FERRARO und SOARES, 2010).

Abbildung 1-Von Guericke elektrostatische Maschine. Quelle: ASSIS, 2010, S. 68.

Wie im Laufe dieses Unterkapitels beschrieben, gab es im Laufe der Jahre mehrere Entdeckungen im Zusammenhang mit elektrischen Phänomenen, aber keine Erklärung für diese Phänomene wurde formuliert. Erst durch die Entdeckung der leitfähigen und isolierenden Materialien geschah dies.

2.2 DIE ERSTE EXPLANATIONEN DER ELECTRICAL PHENOMENA

Mit der Kontinuität der Studien im Zusammenhang mit elektrischen Phänomenen, Gaspar (2003) erinnert an die Entdeckung von Stephen Gray im Jahr 1730 über die Leitfähigkeit von Materialien. Er erkannte, indem er ein geschlossenes Glasrohr mit zwei Korkstopfen schrubbt, die beide die Fähigkeit hatten, kleine Federn anzuziehen. Er setzt seine Experimente fort und passt mit anderen Materialien wie einem kleinen Holzstamm mit einer Elfenbeinkugel an der Spitze, Metallfilamenten oder Zwirn an den Korken und stellte fest, dass sie alle die kleinen Leichtbaukörper anziehen, die In seiner Nähe platziert, aber er bemerkte, dass, wenn es verwendet wurde, um diese Verbindung zu einem metallischen Draht zu machen, das Phänomen der Anziehung nicht überprüft wurde. Auf diese Weise klassifizierte er die Materialien, indem er diejenigen, die besser führen den Strom von Leitern, im Gegensatz zu anderen, die nicht führen, oder irregeführt den Strom, so dass sie den Namen der Isolatoren. Diese Beobachtungen dienten als Grundlage für die Entstehung der Vorstellung, dass Elektrizität eine Flüssigkeit sei, die sich von einem Körper zum anderen bewegen könne (SILVA und PIMENTEL, 2008). In diesem Zusammenhang ist es erwähnenswert, die Vorschläge von Charles Dufay, der eine wichtige Rolle bei der Erklärung des Phänomens der Anziehung und Abstoßung spielte, als er mehrere Experimente durchführte, fand heraus, dass es zwei Verhaltensweisen für die Materialien, einige verhielten sich wie Glas, Und andere wie das Harz, so dass zwei Arten von Strom: Eine Glasselektricity und eine harzige Elektrizität. Whittaker zitiert Dufays Wahrnehmung des Phänomens Anziehung und Abstoßung:

[…] Dass es zwei völlig andere Elektrizitäten gibt, nämlich die von transparenten Feststoffen wie Glas, Kristall und C., und die von bituminösen oder harzigen Körpern, wie Amber, Copal, Dichtwachs, & C. Jeder von ihnen lehnt Leichen ab, die sich einen Strom der gleichen Art wie seine eigenen angeschlossen haben, und zieht diejenigen an, deren Elektrizität der entgegengesetzten Natur ist. Wir sehen sogar, dass Körper, die nicht selbst elektrisch sind, eine dieser Elektriker erwerben können, und dass dann ihre Wirkung denen der Körper ähnelt, die sie ihnen mitgeteilt haben (1973, S. 40).

Diese Tatsache brachte die Idee der Glasflüssigkeit und der Harzflüssigkeit auf den Weg, so dass die Elektrizität, die in einem Körper enthalten war, diejenige war, die sie im Übermaß besaß, und diese neue Hypothese erlangte große Akzeptanz während des gesamten EIGHTEENTH-Jahrhunderts.

Abbildung 2-Darstellung von Abstoßung und Anziehung zwischen elektrifizierten Körp
ern. Quelle: TORRES, FERRARO E SOARES, 2010, S. 14.

Nach Angaben von Silva und Pimentel (2008) wurden Dufays Studien vom Franzosen Jean-Antoine Nollet fortgesetzt. Er schuf mehrere Experimente, um die elektrischen Effekte auszustellen und zu demonstrieren, indem er mit diesen neuen Erklärungen für die beobachteten Phänomene vorschlug, und solche Erläuterungen wurden in allen Ländern Europas akzeptiert. Zur Klärung der elektrischen Phänomene Nollet, nutzte die Idee der Bewegung, in der die beiden Ströme der elektrischen Flüssigkeit, in entgegengesetzte Richtungen bewegen würden. Laut Nollet entweicht seine Flüssigkeit, wenn wir einen Körper treffen, und verursacht einen Abwasserstrom, diesen Verlust, wird aber durch einen Nebenstrom derselben Flüssigkeit, die von außen kommt, wiederhergestellt. Dieses System dominierte für einige Zeit, aber als Benjamin Franklin in seinem Buch eine ganz andere Erklärung vorlegt, über die elektrischen Phänomene, die Nollets Ideen aufgegeben werden, und derzeit ist er noch nicht einmal in Erinnerung.

Luz und Álvares (2000) und Gaspar (2003) bekräftigen, dass Europa im Laufe des EIGHTEENTH-Jahrhunderts eine Zeit gelebt habe, in der sich die reiche Gesellschaft nicht um religiöse Prinzipien kümmerte und gutes Aussehen und Spaß suchte. In diesem Zusammenhang waren die elektrischen Phänomene sehr erfolgreich, eines der Phänomene, die in Mode kamen, waren der Schock und der elektrische Kuss, so dass mehrere Personen mehrere Shows auch auf öffentlichen Plätzen durchführten. Benjamin Franklin beobachtete eines dieser Spektakel, interessierte sich für die elektrischen Phänomene und begann von da an sein Studium, indem er das Konzept der einzigartigen Flüssigkeit entwickelte. Diese Idee von Franklins einzigartiger Flüssigkeit basierte auf dem Vorschlag, dass die Körper durch die gemeinsame Materie und die elektrische Materie gebildet wurden, und es war diese elektrische Materie, auch elektrisches Feuer genannt, das den Körper in die Lage machte, andere Körper anzuziehen oder abzuwehren. So erklärte Franklin, dass, wenn wir einen Körper zum anderen haben, die Elektrifizierung auf die Ansammlung von Flüssigkeit durch einen der Körper zurückzuführen ist, während der andere diese Flüssigkeit verlieren würde. Nachdem festgestellt wurde, dass der Körper, der die Flüssigkeit erhielt, positiv genannt wurde und was negativ verlor.

Es ist daher erwähnenswert, dass Franklins einzigartige Flüssigkeitstheorie in Bezug auf aktuelle Vorstellungen über den Prozess der Reibungselektrifizierung teilweise richtig ist. Derzeit wissen wir, dass es in der Tat eine Übertragung der elektrischen Ladungen zwischen den Körpern, aber dieser Austausch von Lasten wird durch den Durchgang von Elektronen von einem Körper zum anderen und nicht durch den Austausch von Flüssigkeiten, wie Franklin erklärt durchgeführt. Den Elektrifizierungsprozess konnte man aber erst im frühen TWENTIETH-Jahrhundert nach der Entdeckung der Elektronen richtig erklären.

Mit der Entwicklung des atomaren Modells wissen wir daher heute, dass sich die Elektronen, die in den elektronischen Schichten weiter vom Kern entfernt sind, von einem Körper zum anderen bewegen können. So können wir die verschiedenen Elektrifizierungsprozesse erklären.

3. DIE DEVELOPMENT DER ELECTRICITY DURING THE EIGHTEENTH CENTURY

Nach Tolentino und Rocha-Filho (2000) und noch immer Germano, Lima e Silva (2012) Während des EIGHTEENTH-Jahrhunderts wurden Studien über Elektrizität systematischer, und für diesen wurden mehrere experimentelle Geräte gebaut, darunter können wir Markieren Sie die elektrostatischen Maschinen, die auf der Basis der Von Guericke-Maschine gebaut wurden. Es gab jedoch keinen kontinuierlichen Fluss, da die elektrischen Ladungen, die durch diese Maschinen erzeugt wurden, nur intensive Funken erzeugten oder durch metallische Enden fließen konnten und immer noch von den heute bekannten Leyden-Flaschen gelagert werden konnten. Kondensatoren.

In der Anfangszeit des Stroms gab es keinen Apparat, der die Speicherung von Strom für einen langen Zeitraum erlaubte. Bis zum Jahr 1800 war das einzige Mittel, einen elektrischen Strom herzustellen, die Entladung der Leyden-Flasche durch einen Leiter. Der erste Beweis für die Leyden-Flasche stammt aus dem Jahr 1745, als laut Rocha (2011) der Geistliche E. G. von Kleist und der Professor an der Universität Leyden Pieter Van Musschenbroek ein solches Gerät in dem Versuch, Finden Sie einen Weg, um den Lastverlust zu reduzieren. In diesem Zusammenhang ist es bemerkenswert, dass die Idee, dass die geladenen Körper, wenn sie der Luft ausgesetzt wurden, ihre elektrische Ladung durch die Verdunstung der elektrischen Flüssigkeit verloren. Auf der Grundlage dieser Ideen führten die Gelehrten folgendes Experiment durch: Sie Tamparam mit einem Stopper eine Glasflasche, gefüllt mit Wasser, dann einen Nagel durch den Deckel kleben, der mit dem Wasser in Berührung kam, und dann die Flasche mit einer Hand hielten, Elektrisiert den Nagel mit einer elektrostatischen Maschine; Nach einem solchen Eingriff legte die Flasche unter eine nicht-isolierende Oberfläche, und beim Berühren der Nagel erhielt einen großen Schock. Nach dem Erfolg eines solchen Experiments wurde dies offengelegt und viele Menschen versuchten erfolglos, dieses Verfahren zu reproduzieren, weil sie es Berichten zufolge beim Tragen der Flasche isoliert ließen. Im Laufe der Zeit wurde die Flasche verbessert, aber dieser Apparat erzeugte nur einen vorübergehenden Strom.

Doch erst nach den Entdeckungen von Luigi Galvani und in der Folge der Erschaffung der ersten Zelle durch Alessandro Volta wurde es möglich, die beobachteten elektrischen Phänomene ausführlich zu erklären.

Mit der Veröffentlichung der Monographie von Galvani hat das neue Phänomen beobachtet eine breite Verbreitung vor allem in den Forschungszentren Europas. In diesem Zusammenhang beschloss der Professor für Physik an der Universität von Pávia Alessandro Giuseppe Anastásio Volta, die Erfahrung von Galvani zu kennen, sie zu reproduzieren, sowie alle Experimentatoren der Zeit. Bei der Wiederholung der Erfahrung stimmte Alessandro Volta zunächst mit Galvani überein, weil er glaubte, dass Tiere Strom produzierten. Durch die Vertiefung ihrer Studien in der Region, die weitere Untersuchung des Experiments, schlägt Volta jedoch eine neue Erklärung für das beobachtete Phänomen vor (TOLENTINO und ROCHA-FILHO, 2000).

Laut Martins (1999), Alessandro Volta bei der Wiederholung mehrmals einige Änderungen im Galvani-Experiment, stellte fest, dass der Kontakt nicht gerade mit dem Froschmuskel notwendig war, weil die Kontraktionen auch aufgetreten sind, wenn verschiedene Punkte der Die Oberschenkelnerven wurden mit Hilfe eines Bimetallbogens verbunden. Indem Volta darauf aufmerksam macht, wie wichtig es ist, verschiedene Metalle bei der Überprüfung eines solchen Phänomens zu verwenden, beobachtet er, dass, wenn ein Bimetallbogen in der Schaltung verwendet wird, die Kontraktionen stärker sind als die mit dem Monometolbogen. Dies dient als Grundlage für Volta Vorschlag, dass Metalle nicht die Rolle des Leiters der tierischen Elektrizität spielen, sondern dass Elektrizität von einem externen Ursprung kommt, die sich aus der Differenz der Metalle, die den Bogen bilden, so sind die Metalle, die eine solche Wirkung erzeugen. Und der Frosch würde aber als sehr empfindlicher Stromdetektor wirken und sowohl auf diese metallische Elektrizität als auch auf jede Form von Elektrizität reagieren. In dieser Zeit gibt es jedoch eine wichtige Beobachtung des Physikers Johann Georg Sulzer. Er legte seine Zunge zwischen zwei silberne Scheiben und Blei erkannte, dass in Kontakt mit den Rändern der Scheiben, fühlte sich ein unangenehmer Geschmack. Um auf das Wissen um eine solche Erfahrung zurückzukommen, reproduzierten sie, nachdem sie Änderungen einschließlich ihres Augapfels vorgenommen hatte, kann sie feststellen, dass beim Aufstellen des elektrischen Kontakts ein Gefühl von Licht wahrgenommen wurde. Solche Tatsachen dienten dazu, die Hypothesen des Rückens zu verstärken, dass es nicht notwendig war, mit den Muskeln in Kontakt zu treten, für das Auftreten von Kontraktionen, und dass die Metalle die Stromerzeuger selbst waren. Allerdings hatten diese Ideen große Probleme, denn die Experimente, die zurück dazu führten, solche Elektrizität (hergestellt durch den Kontakt zwischen verschiedenen Metallen) zu entdecken, verwendeten Tiere, so dass sie als Herkunft aus Tierstrom.

So entsteht eine Kontroverse zwischen Volta und Galvani, letztere nicht akzeptiert die Interpretation von Volta, weil es gezeigt hatte, dass Kontraktionen aufgetreten waren, wenn der Kontakt zwischen dem Nerv und dem Muskel mit gleichen Metallen hergestellt. Darüber hinaus zeigt Galvani um 1794, dass es nicht notwendig war, irgendein Metall zu verwenden, um Elektrizität zu erreichen, eine solche Hypothese, die von der Beobachtung des Auftretens von Kontraktionen entfernt, indem sie den abgetrennten Krallerring eines zersetzten Frosches in Kontakt mit dem Muskel der das Bein. Eine solche Erfahrung, die tierische Elektrizität beweisen würde, wurde von Volta nicht akzeptiert, denn in diesem Fall traten die Kontraktionen der Frösche auf eine mechanische Stimulation. Und so geht er weiter, um Beweise zu entdecken, die seine Hypothesen belegen (MARTINS, 2000; TOLENTINO und ROCHA-FILHO, 2000).

Nach der Klarstellung von Martins (1999) versuchte Volta, den Strom, der von verschiedenen Metallen erzeugt wird, mittels eines Elektroskops zu erkennen, aber nicht erfolgreich und davon auszugehen, dass die erzeugte elektrische Spannung zu schwach war, um von solchen erkannt zu werden. Instrument, baut es einen empfindlichen Apparat: Der Elektrolyt. Mit Hilfe eines solchen Geräts kann Volta 1796 schwache elektrische Spannungen erkennen, die von verschiedenen Leitern erzeugt werden. Aber das reichte nicht, denn damals wollte er beweisen, dass seine Ideen gut begründet waren, und dafür versucht er, mit metallischen Paaren, starken elektrischen Effekten zu produzieren; Als Ergebnis dieser Forschung ist auf dem Stapel geboren.

Abbildung 8-Reproduktion der Zeichnung der Batterien, die auf dem Brief von Alessandro Volta a Royal befestigt sind. In Abbildung 1 wird die Version dargestellt, die von der Rundkette Cups aufgerufen wird. In den Abbildungen 2 bis 4 sind Pfähle mit immer mehr Metallscheiben dargestellt. Quelle: TOLENTINO und ROCHA-FILHO, 2000, S. 38.

Als das Rückgaberecht an die Royal Society geschickt wurde, stapelte er für den Bau seines Geräts Silber-und Zinkscheiben, getrennt durch Pappe, die in Salzlösung getränkt war. Rückenlehne deutet darauf hin, dass auch andere Metalle verwendet werden könnten, wie: Zinn, Blei und Kupfer, aber die beste Kombination waren Silber und Zink. Dieses Gerät wurde so gebaut, dass die unteren Scheiben silber und die oberen Zinkscheiben waren, wobei die Terminals dieser Drähte angeschlossen waren, um den Strom zu führen. Zusätzlich zum Stapel testete Volta eine Anordnung, die seitliche Behälter aus Glas, Holz oder Keramik, bis zur Hälfte mit einer Lösung aus Salz oder mit einer Barrela gefüllt, so dass solche Behälter durch eine Reihe von Klingen verbunden wurden, deren Terminals ein Silber waren. , auf Kupfer und Zink (oder Zinn), in den nächsten Kanister eingetaucht. In dem Brief rückt er nur die physiologischen Effekte auf, weil sie in dieser Zeit mehr Aufmerksamkeit auf sich zogen. Mit der Batterie war es jedoch möglich, das Verhalten des elektrischen Stroms und seine Auswirkungen zu untersuchen, zusätzlich zur Überprüfung der Zersetzung der Stoffe (CHAGAS, 2000; MAGNAGHI und ASSIS, 2008).

4. DIE ADVANCES IN ELECTRICITY IN DER NINETEENTH CENTURY

4.1 BRIEF INTRODUCTION TO THE HISTORY OF ELECTROMAGNETISM

Im gesamten NINETEENTH-Jahrhundert, mit der Entdeckung des Pfahls durch Alessandro Volta, ging die gesamte Stromerzeugung von elektrochemischen Reaktionen aus, wobei dieser große der grundlegende Teil für die Entdeckung, die das Wahrzeichen dieses Jahrhunderts war: Die Gesetze des Elektromagnetismus.

Laut Rocha (2011) bis zum Beginn des NINETEENTH-Jahrhunderts entwickelten sich Elektrizität und Magnetismus ohne Bindungen und galten als unterschiedliche Felder. In den ersten beiden Jahrzehnten dieses Jahrhunderts entwickelten sich jedoch die experimentellen Arbeiten, die den Zusammenhang zwischen elektrischen, thermischen, magnetischen, chemischen und optischen Phänomenen nachweisen wollten, erheblich. In diesem Zusammenhang können wir die Arbeit eines der Wissenschaftler hervorheben, der die bestehende Beziehung zwischen Magnetismus und Elektrizität verteidigt hat: Hans Christian Oersted, dessen Entdeckung zur Vereinigung dieser Felder führt und den Zweig der Physik hervorbringt, genannt Elektromagnetismus.

Basierend auf dem Wissen, dass der Durchgang von elektrischem Strom auf einem Draht, provoziert die Emission von Licht und Heizung, vertieft der Wissenschaftler Oersted seine Studien Durchführung von Experimenten, um seine Hypothesen zu bestätigen. Wie Alvares und Luz diese rigorose Arbeit klarstellen, gelang es 1820, als Oersted bei der Montage eines elektrischen Schaltkreises mit einer Magnetnadel erkannte, dass:

Da es keinen Strom im Kreislauf gab, wurde die Magnetnadel in Nord-Süd-Richtung ausgerichte[…]t, indem sie einen Strom im Kreislauf feststellte, bemerkte Oersted, dass die Magnetnadel abweichte[…] und den Strom unterbrach, die Nadel kehrte in ihre Ausgangsposition zurück, entlang der Nord-Süd-Richtung (LUZ und ALVARES, 2000, S. 210).

Dieses von Oersted beobachtete Phänomen löste einen großen Sprung in der wissenschaftlichen Gesellschaft aus und motivierte mehrere Wissenschaftler aus Europa, die Ursachen eines solchen Ereignisses zu untersuchen. Nach Oersted es Vision war diese Tatsache auf die Bewegung in die entgegengesetzte Richtung des elektrischen Stroms zurückzuführen, der aus zwei Ladungsströmen (positiv und negativ), innerhalb der Drähte zusammengesetzt war. Das aufeinanderfolgende Zusammentreffen und die Trennung dieser Ladungen erzeugten den elektrischen Konflikt. Unter der Annahme, dass sich dieser elektrische Konflikt nicht auf das Innere der Drähte beschränkte, da er auch in der Umgebung um den Draht herum vorhanden war; Oersted erklärt, dass die Ablenkung am Draht auf die Wechselwirkung zwischen dem elektrischen Konflikt des Äußeren dieser mit den magnetischen Polen des Magneten zurückzuführen ist. Seine Theorie hatte jedoch nur wenige Anhänger; Nur ihre experimentellen Ergebnisse wurden von der wissenschaftlichen Gemeinschaft leicht akzeptiert (CHAIB und ASSIS, 2009).

Einer der Gelehrten dieses Jahrhunderts, der auch an Bedeutung verdient, ist der Franzose André-Marie Ampère. In seiner Arbeit widmete er sich der Chemie und Mathematik und zeigte kein Interesse an elektrischen und magnetischen Phänomenen, bis er auf 1820 von Oersted es Erfahrung während der Teilnahme an Aragas Auftritte an der Academie des Sciences in Paris bewusst wurde. Ampère, wenn er eine solche Präsentation sieht, stellt jedoch fest, dass die Werke von Oersted unvollständig sein würden, und eine Forschung in einem Versuch, die Natur des Phänomens zu erlernen. Durch die Reproduktion des Nadelimusierungs-Experiments schlägt es eine neue Vision vor, die das Prinzip des Handelns und der Reaktion zwischen Draht und Magnet verteidigt. So erklärt er, dass die Phänomene, die in Oersted es Erfahrung beobachtet werden, durch das Vorhandensein von elektrischen Strömen in der Nadel auftreten. Um diesen Vorschlag zu verteidigen, musste Ampere jedoch mit nur elektrischen Schaltkreisen, der Fähigkeit, die Auswirkungen eines Magneten auf einen anderen und auch eines geschlossenen Kreislaufs auf einen Magneten zu reproduzieren, nachweisen. Diese Experimente wurden in zwei Teilen in Band 15 der Annales de Chimie et de Physique de 1820 veröffentlicht (GUERRA, REIS und BRAGA, 2004).

Nach Dias und Martins (2004) war ein weiterer gewaltiger Beitrag zum Elektromagnetismus die Entdeckung von Michael Faraday im Jahr 1831 der elektromagnetischen Induktion. Es ist bekannt, dass er im Labor von Humphry, wo Faraday seine wissenschaftliche Laufbahn in der Rolle des Weihbischof begann, die Welt der Wissenschaft sehr kennenlernte und so einen großen Experimentator machte, der für die Entwicklung von Ihre Arbeit bezog sich auf Elektromagnetismus. Sein Interesse an diesem Bereich begann im Jahr 1821, als der Herausgeber der Annalen der Philosophie, Richards Phillips lud ihn ein, einen Rezensionsartikel über Elektromagnetismus zu schreiben. Um diese Funktion zu erfüllen, machte er mehrere Experimente, neben dem Studium mehrerer Theorien, und schlug so neue Experimente vor.

Bei der Untersuchung der magnetischen Kraft, die aus einem leitenden Faden kam, mit einer imanthisierten Nadel, bemerkte Faraday, dass sie anstelle der Pole der Nadel, die eine Anziehung und eine Abstoßung erleiden, tendenziell um den Draht drehten. Aus dieser Beobachtung widmete er sich vor allem diesem Thema und führte ihn dazu, einen Artikel zu veröffentlichen, in dem er Experimente vorstellte, die es erlaubten, die Rotation eines Leiterdrahtes um einen Magneten und auch die entgegengesetzte Bewegung zu überprüfen. Mit der Veröffentlichung dieses Artikels wurde eine Mitteilung durch Briefe mit Ampère, als Ergebnis dieses Kontakts Faraday traf das Buch: Manuel d ' electricité dynamique, geschrieben von Demonferrand, wo er dafür gesorgt, dass ein elektrischer Strom vorbeigeht Durch einen Leiter konnte eine konstante Strömung in einem anderen in der Nähe platziert induzieren. Diese Tatsache interessierte ihn sehr und initiierte damit die Studien von Faraday, die mit dem Phänomen der Induktion in Verbindung stehen, und so baut er mehrere Experimente auf der Suche nach experimentellen Beweisen auf, die dieses Phänomen erklären. Wie in ihren Zeitschriften beschrieben, wurde es nach Jahren des Versuchs des ersten erfolgreichen Experiments am 29. August 1831 konkretiiert. Um eine solche Arbeit zu leisten, baute er einen süßen Eisenring, der mehrere Kupferdrahtwünsche enthielt, die um ihn umwickelt waren, wobei dieser durch zwei Seiten getrennt war: A und B.

Die beiden Wicklungen auf der Seite B wurden zu einer einzigen zusammengefügt, und ihr Ende war mit einem Kupferdraht verbunden, der über eine Magnetnadel gin[…]g. So würde die Nadel beim Bewegen den Durchgang eines Stroms durch die B-Seite des Ringes anzeigen. Eine der Wendungen der A-Seite war mit einer Batterie verbunden […]und mit der Passage des Stroms von der Seite A, die von der Batterie kam, wurde ein Strom auf der B-Seite des Ringes erkannt (DIAS und MARTINS, 2004, S. 525).

So war es möglich, die Magnetisierung der Nadel zu visualisieren. Der Effekt, der in diesem Experiment gefunden wurde, war jedoch nicht von einem Magneten über einen Strom, sondern von einem elektrischen Strom über einen anderen. Nach mehreren Überlegungen zum Ergebnis seines Experiments setzt Faraday seine Studien fort, und beim Testen eines neuen Experiments, bei dem er einen Eisenzylinder und die L-Helix verwendete, ging es folgendermaßen weiter:

Alle Drähte wurden in einem einzigen Propeller verbunden und mit dem Indikatorpropeller verbunden, in einer Entfernung, durch den Kupferdraht, dann wurde das Eisen zwischen die Pole des Magnetbalkens geleg[…]t. Jedes Mal, wenn der magnetische Kontakt im Norden oder Süden hergestellt oder gebrochen wurde, gab es Magnetbewegung im Indikatorenpropeller. […] Wenn aber der elektrische Kontakt (also durch den Kupferdraht) unterbrochen war, dann haben die Brecher und Kontakte keine Wirkung gezeigt (FARADAY, apud DIAS und MARTINS, 2004, S. 527).

Daher erhält sie schließlich einen elektrischen Strom, der durch die Wirkung eines Magneten induziert wird, und beobachtet damit erstmals das Phänomen der Induktion. Es ist wichtig zu betonen, dass durch die Aggregation der Elektrizität, mit Magnetismus, die Schaffung eines neuen Zweig in der Wissenschaft, und damit mit den Entdeckungen der Induktionsgesetze, neue Möglichkeiten und wichtige Innovationen entstehen für die Industrie, die die Türen zu den Investitionen in die Stromerzeugung in größerem Umfang.

4.2 Die BEGINNINGS von ELECTRICAL MACHINES

Der Bau von Elektromotoren war der erste Schritt zu den heutigen technologischen Innovationen, die im frühen NINETEENTH-Jahrhundert noch nicht einmal erträumt waren. Durch den Einsatz von Elektromotoren ist es möglich geworden, die Branche zu revolutionieren und so eine Welt der Anlagen zu ermöglichen. Für die Konsolidierung eines solchen Instruments waren jedoch mehrere Forscher an solchen Aktivitäten beteiligt, und es musste viel entwickelt, verbessert und ausprobiert werden, bis wir zu den Motoren kamen, die in der Lage waren, genügend Strom für ihren Einsatz in der Industrie zu erzeugen.

Laut Pomilio (2012) wurden die ersten Gleichstrommotoren (die Arbeit mit Strom geht weiter), etwa 1831 von Faraday gebaut. Sie baute einen Generator, bestehend aus einer Kupferscheibe von etwa 30 cm Durchmesser. Es ist wichtig, in diesem Zusammenhang die Erfindung des Englands Willian Sturgeon hervorzuheben, der 1825 bestätigte, dass ein elektrischer Strom, der auf einen leitenden Draht angewendet wurde, mit dem Eisenkern verbunden war, in einen Magneten umgewandelt wurde, dessen Stärke unterbrochen wurde, als die Der Strom wurde aufgehängt, so wurde ein sehr wichtiger Teil beim Bau von rotierenden elektrischen Maschinen erfunden: Der Elektromagnet.

In Fortsetzung des Maschinenbaus lohnt es sich, die Erfindung um 1833 durch den Schalterforscher W. Ritchie hervorzuheben, fragen Sie dies in den Elektromotoren nach. Der Schalter ist ein Schlüsselstück in den Gleichstrommotoren, da sie die Funktion haben, die Richtung des Stroms auf dem Rotor periodisch so auszutauschen, dass das Drehmoment immer die gleiche Richtung hat, so dass der Rotor in einer Position von und Gleichgewicht (ALVES, 2003). Später um 1837 führte die Arbeit von Thomas Davenport und seiner Frau Emily zum Patent für einen bereits verbesserten CC-Motor. Aber neben diesen rudimentären Motoren haben eine sehr geringe Ausbeute, es gab nicht genug Leistung, um solche Geräte zu liefern. Allerdings taucht es 1873 1 auf, um das Problem der Energieverschwendung zu minimieren, dank der Entdeckung des umkehrbaren Dynamos durch den belgischen Wissenschaftler Zenobe Grame. Er war einer der wichtigen Mitarbeiter in der Entwicklung von elektrischen Maschinen, wobei der Dynamo das Ergebnis seiner Arbeit ist, die von der Maschine von Antônio Pacinotti inspiriert wurde. Wie von Souza et al (2010) zitiert, bestand die ursprüngliche Ausrüstung aus:

[…] Ein massiver Eisenring mit vertikaler Rotationsachse, um die 16 elektrische Spulen gewickelt wurden, die regelmäßig von Holzkeilen abgetrennt waren[…]. Die Spulen wurden in Serie miteinander verbunden und jede Verbindung zwischen zwei dieser Spulen wurde mit einer Klinge eines Stresssammlers verbunden, der sich an der Basis der vertikalen rotierenden Achse des Ringes befindet. Diese kreisförmige Struktur wird gemeinhin als Pacinottis "Rüstung" oder "Ring" (S. 5) bezeichnet.

Figur 9-italienischer Baumaschinenbauer Antonio Pacinotti.
Quelle: Souza et al, 2010, S. 5.

Zenobe Grame ersetzte den festen Eisenkern durch einen laminierten Ring, der aus Balken aus Eisendrähten besteht, die voneinander isoliert wurden. Außerdem fügte er 16 Spulen im Ring hinzu, was zu 32 Spulen führte. Diese Angemessenheit hatte das Ziel, die induzierten Strömungen im Zellkern zu verringern und den Puls der erzeugten Spannung, die aus der Maschine kommt, zu begrenzen, was zur Erhöhung des Magnetfeldes auf den Spulen beitrug und so eine bessere Leistung der Maschine erzeugte, weil auf diese Weise Es gäbe keine großen Verluste im Prozess der Energieerzeugung und-umwandlung. So wurde es um 1869 entwickelt, die damals als Ring von Grame bekannte Ausrüstung. Ein wichtiges Ereignis, das wir 1873 in der Wiener Ausstellung hervorheben wollen, war die Entdeckung der Reversibilität von Dynamo. Als Grame zwei Gleichstromdynamo parallel mit nur einer dieser Maschinen, dem Antriebsgerät, verband, wurde wahrgenommen, dass eine von ihnen zu drehen begann, wodurch ein Drehmoment auf seiner Achse aufgetragen wurde, das als Motor fungierte (SOUZA et al, 2010; POMILIO, 2012).

Abbildung 10-Illustration der Grame. SOURCE-M
aschine: Souza et al., 2010, S. 8.

Die Grame-Maschinen waren jedoch maßgeblich an der Auflösung des Produktionsprozesses der wissenschaftlichen Kenntnisse des NINETEENTH-Jahrhunderts im Bereich der Elektrizität beteiligt, so dass es möglich wurde, Strom in Menge zu erzeugen, der benötigt wird, um die Nachfrage zu decken. Bestehend in der Industrie.

4.3 DIE Nutzung der ELECTRICITY FÜR KOMMERCIAL PURPOSES-THE CLASH BETWEEN THOMAS EDISON UND NIKOLA TESLA

Zu Beginn des NINETEENTH-Jahrhunderts entsteht die Gasbeleuchtung, die Kerzen und Öllampen ersetzt. Bald darauf entsteht die Idee der Nutzung von Elektrizität in der Beleuchtung, die Entwicklung auf diese Weise die Bogenlampe, aber solche Instrumente nicht nur wirtschaftlich waren extrem hell, um zu Hause verwendet werden; Und es wird bald wahrgenommen, dass der Einsatz von Filament in den Lampen die beste Alternative wäre, um die gewünschte Leuchtkraft zu erhalten. Daher beginnen die Forscher ihre Arbeit, um das passende Material zu finden, das im Filament verwendet werden kann. In diesem Zusammenhang können wir den Erfinder Thomas Alva Edison hervorheben, der seine Arbeiten durch die Erfindung der Hochvakuumlampe mit kohlensäurehaltigem Bambusfilament entwickelt. Von dort aus investiert er in den Ausbau und die Nutzung von Strom, schafft sein Stromunternehmen, liefert Strom in Strom weiter.

Der bedeutende Erfinder und Unternehmer Thomas Edison, der sich im NINETEENTH-Jahrhundert sehr hervortat und zum Aufkommen des Stromerzeugungs-und Verteilungssystems beitrug, wurde am 11. Februar 1847 in einer bürgerlichen Familie in der Stadt Mailand Ohio, USA, geboren. Sein Schulleben war kurz, weil er Probleme in der Schule hatte und nach Angaben seines Lehrers sehr fraglich und unruhig war. So verlässt er die Schule sehr früh und bekommt seine Mutter, die für ihre Ausbildung verantwortlich war, und weckt ihr Interesse an der Wissenschaft. Seit frühem Beginn beginnt Thomas, sich an der Arbeit zu machen, um Geld zu bekommen, um seine Experimente durchzuführen. Und im Alter von 21 Jahren hat er seine erste Erfindung aufgezeichnet: Die Abstimmungsmaschine; Die erwartete Anerkennung erreicht er aber nicht. Auf der Suche nach einem unabhängigen Erfinder, der New Horizons erreicht, zieht er nach New York. Nachdem er eine sehr schwierige Zeit durchgemacht hat, hat er seinen Vertrag bei der Western Union Company unterschrieben, wenn er ihr seine Erfindung des automatischen Indikators für Börsenkurse verkauft. Um 1876, fünf Jahre nach seiner Einstellung war bereits ein berühmter Erfinder, und die Breite seiner Tätigkeit treibt den Bau des Großen Forschungszentrums Menlo Park voran. In diesem Umfeld, das aus Labors und Werkstätten besteht, umgeben von ausgebildeten Assistenten und Technikern, schlägt Edison vor, alle zehn Tage eine neue Erfindung zu produzieren, aber nicht ein solches Ziel zu erreichen, aber es ist wahr, dass in einem Zeitraum von vier Jahren geschafft, zu patentieren 300 Erfindungen, darunter können wir den Phonographen, das Kohlemikrofon, den Cinetograph (Filmmaschine), Vitascope (Filmprojektor), den Stromzähler, Ditafone, Kinetoskop (Kasten mit Bildern, die im Inneren gefilmt wurden), Incandeszenzlampe, die Schaffung eines elektrischen Kraftwerks unter anderem, das zusammen modifizierte die Welt, die endgültige weiht die Technologie (CORRR, 2011).

Im Jahr 1882 entwickelt die Edison Eletric Light Company, die Thomas Edison gehört, das weltweit erste elektrische Kraftwerk für kommerzielle Zwecke an der Pearl Street in New York. Das Kraftwerk, das Strom lieferte, hält weiterhin an rund 59 Kunden, verfügte über mehrere Dampferzeuger und sollte für den Betrieb in Einzelspannung 800 Meter von den Verbrauchsstellen entfernt sein. Doch der Erfolg von Edison wird bald durch die imposante Ankunft der Vorschläge für die Verwendung von Wechselstrom durch seinen Rivalen Nikola Tesla, der die Grenzen des Stroms überschreiten wollte, bedroht (LAMARÃO, 2012; CORECA, 2011).

Laut FUKE (2010), dem großen Unterstützer des Wechselstroms, dem serbokroatischen Nikola Tesla, der am 10. Juli 1856 geboren wurde, seit seinem 19. Lebensjahr fortschreitet er in der Elektrotechnik, als er die Polytechnische Schule Graz betritt, dort kennt er eine Forschungsfeld, das Sie fasziniert: Strom; Und von diesem Moment an sehnt er sich danach, seine Gesetze zu verstehen. Seine berufliche Laufbahn beginnt um 1881, als er Elektroingenieur bei der Nationalen Telefongesellschaft in Budapest wird. Um 1882 geht er bei der Continental Edison Company in Paris zu arbeiten und verbessert die elektrische Ausrüstung. Es ist wichtig zu betonen, dass er in dieser Zeit das Instrument idealisiert, in dem er glaubte, Wechselstrom zu erzeugen, der bis dahin von Wissenschaftlern als unmöglich galt, das ist der Induktionsmotor. Mit dem Ziel, sein Wissen über elektrischen Strom zu erweitern, verlässt er im Jahr 1884 in die Vereinigten Staaten, wo er beginnt, in der Gesellschaft von Thomas Edison zu arbeiten, wo er nach dem Erwerb des Respekts des Unternehmers, wurde er auf die Funktion der Perfektionierung der Dynamos der Um eine Effizienzsteigerung zu erreichen, setzt sich der Strom fort. Wenn ein solches Ziel erfolgreich erreicht würde, würde er mit 50000 Dollar belohnt. So strebt Tesla ein Jahr lang an der Verbesserung solcher Instrumente an und erzielt eine rentable Effizienz für das Unternehmen von Edison; Aber erhielt seinen Preis nicht wie vereinbart, was ihn zum Rücktritt (WHITE, 2003).

Während er seine bemerkenswerte Arbeit bei Edison General Eletric entwickelte, wurde Tesla in Fachkreisen berühmt. Und so gründete er nach seinem Rücktritt um 1886 in seiner Firma: Der Tesla Electric Light and Manufacturing Company. Ihre Finanzinvestoren unterstützten jedoch ihre Vorstellungen von der Entwicklung des AC-Motors nicht, da es wieder dazu führt, dass der Job frustriert wird. Doch nach vielen Kämpfen werden Teslas Ideen auch von Ingenieur George Westinghouse, Inhaber der Westinghouse Electric Company, begrüßt, die die Entwicklung seiner Geräte finanziert und bald sein Patent kauft. Es sollte klargestellt werden, dass bis zu diesem Zeitraum dominiert die aktuellen Überreste offengelegt und verteilt von Edison, aber die Werke von Tesla in der Lage, Strom in Wechselstrom zu erzeugen und zu verteilen, um die Grenzen seines Konkurrenten zu überwinden (HARF , 2010).

Abbildung 11-Foto des Induktionsmotors, erfunden von Nikola Tesla 1882. Que
lle: Erhältlich bei www.teslasociety.com.

So kommt der bekannte Kampf der Strömungen, in dem zwei Ideen ihren Raum bestritten. Auf der anderen Seite setzte sich der Strom fort, der bisher den Anforderungen der Gesellschaft entsprach, auf der anderen Seite war der Wechselstrom sowohl bei der Erzeugung als auch bei der Energieübertragung leichter, wobei die Schwierigkeiten ihres Konkurrenten bei der Anhebung der Arbeitsspannung und wird bis zum Eintreffen des Verbrauchers über weite Strecken übertragen. Allerdings hatten Teslas Ideen mehr Vorteile und gewannen so die Präferenz; Aber Edison nicht zufrieden ist bemüht, den Einsatz von Wechselstrom zu verhindern, dafür kommt er in seinem Wahlkampf, um Tiere mittels Elektrokution auszuführen, um die Risiken zu zeigen, die bei der Übertragung von Wechselstrom bestehen, die demnach nicht aufgetreten sind. Mit der Strömung geht weiter. Allerdings erreichten solche Appelle nicht das gewünschte Ergebnis, da es sich um die Firma Westinghouse handelte, die die Ideen von Tesla nutzte, das für das große Energieerzeugungsprojekt ausgewählt wurde, das aus der Riging der Niagara-Stürze bestand, um Strom zu erzeugen, Genug genug Energie, um die Bufallo-Industrie in New York City zu versorgen und damit eine neue Ära der Elektrizität zu markieren. Angesichts dessen gewinnt Nikola Tesla einen solchen Streit, und von dort aus wurde der Wechselstrom als eine Möglichkeit zur Energiegewinnung und-verteilung legitimiert (GUIMARÃES, 2010).

Abbildung 12-Das erste große Wasserkraftwerk der Welt: Niagarafälle im Jahr 1895, ein Jahr vor dem Ende der Anlage. Quelle: Verfügbar bei www.teslasociety.com

5. ELECTRICITY: DIE PATH TRAVELED VON GENERATION ZU KONSUMPTION

Elektrizität ist für das Überleben des Menschen unverzichtbar geworden, da sie für die Zwecke von häuslich zu industriell genutzt wird. Derzeit gibt es dank der technologischen Entwicklung eine Vielzahl von elektronischen Geräten in den Wohnhäusern, Branchen, Krankenhäusern, unter anderem Orte, die die Stromversorgung für ihren Betrieb voraussetzt; Auf diese Weise ist Strom für den technologischen Fortschritt unerlässlich. Es handelt sich jedoch nicht um eine Primärenergie, das heißt, für ihre Produktion ist es notwendig, eine Primärenergiequelle zu verwenden, wie Kohle, Erdöl, Erdgas, Uran, Zuckerrohrprodukt, Meeres-und Flussgewässer, Wind, Sonne, unter anderem.

Abbildung 13-Brasilien Elektromatrix im Jahr 2011
. Quelle: BRASIL, 2012, S. 31.

Nach Angaben des Energieforschungsunternehmens National Energy Balance (BNE) weist darauf hin, dass im Jahr 2011 81,7% des in Brasilien erzeugten Stroms aus Wasserkraftwerken stammt, was die größte Beitragsquelle ist.

In der Regel sind die Primärquellen von der verbrauchenden Bevölkerung entfernt, und es ist notwendig, in die Übertragung von Energie zu investieren. Auf diese Weise setzt sich das brasilianische elektrische System aus der Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Energie zusammen.

In der Erzeugung produzieren große Kraftwerke den Strom, der dann an das Kraftwerk übertragen wird, das normalerweise die Spannung erhöht und an die Hochspannungsübertragungssysteme sendet. Es wird dann an Umspannwerk in der Nähe des Verbrauchszentrums weitergeleitet, das die durchschnittliche und niedrige Spannung erzeugt, und dann, durch die Verteilungsleitungen, werden in entsprechende Spannungen umgewandelt, die dem Endverbraucher über die Service-Leitung geliefert werden ( Ferreira et al, 2010, S. 20).

5.1 DIE GENERATION VON ELECTRICITY IN BRAZIL

Nach der Grafik, die in Abbildung 13 vorgestellt wird, haben wir, dass die elektrische Matrix in Brasilien in der Nutzung von erneuerbaren und nicht erneuerbaren Quellen zur Stromerzeugung besteht. Auf diese Weise ist es wichtig zu klären, wie diese Quellen in Wasserkraftwerken, thermoelektrischen, Atom-und Windkraftanlagen zur Energieerzeugung genutzt werden.

Derzeit wird die Wasserkraft in Wasserkraftwerken zur Stromerzeugung genutzt. Diese wiederum werden im Wesentlichen von: Stausee, Damm, Spillage und Kraftwerk gebildet. Das Reservoir entsteht, wenn das Wasser mit der Schaffung eines Staudamms gestaut wird, dieser wiederum wird gebaut, um Wasser zu sammeln. Der Spillway hat die Funktion, den Wasserstand des Stausees zu kontrollieren, vor allem in der Regenzeit, weil er es ermöglicht, dass das Wasser direkt in den Leckagekanal fließt, ohne dass das Kraft-Haus durchströmen muss. Schließlich ist das Kraft-Haus der Ort, an dem das Kraftwerk betrieben wird und der Turbinengenerator und Hilfsgruppen angesiedelt sind.

Abbildung 14-Hauptelemente eines Wasserkraftwerks. Qu
elle: Adaptiert aus www.portalsaofrancisco.com.br

In Wasserkraftwerken wird Strom durch Energiewende gewonnen. Im Wesentlichen besteht seine Funktionsweise in der Transformation der potentiellen Energie, die zwischen der Reservoirebene und dem Fluss nach dem Damm vorhanden ist, in kinetische Energie, wenn das Wasser, das aus dem Stausee kommt, mit Hilfe von Pipelines geleitet wird, die in den Klingen der Turbinen, die sie drehen lassen. Diese Turbine ist mit einem Generator verbunden, der sich folglich in Bewegung setzt und die kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt, nachdem dieser Prozess der Energiegewinnung an die erhöhten Umspannwerke übertragen wird, wo die von den Generatoren gelieferte Spannung Ist mit Hilfe von Transformers (MOTA, 2010) hoch.

15 schematische Figur eines Wasserkraftwerks. Quel
le: www.portalsaofrancisco.com.br

Während in den thermoelektrischen Anlagen die Bewegung des Generators durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Öl aus Erdöl oder Erdgas, oder aus erneuerbaren Brennstoffen wie Zuckerrohr bagasse, Blätter, Zweige, Restkulturen Brennholz, Holzkohle erreicht wird Mineralische und sogar organische Abfälle. Unabhängig von den thermoelektrischen Anlagen des Brennstoffs ist ein ähnlicher Arbeitsgang, der aus folgendem Verfahren besteht: Bei der Verbrennung des Brennstoffs im Kessel erzeugt er Dampf aus dem Wasser, das durch ein ausgedehntes Netz von Rohren zirkuliert, die seine Wände bedecken. Dieser Dampf wird verwendet, um die Klingen einer Turbine zu bewegen, deren Rotor sich zusammen mit der Achse eines Generators dreht, wodurch die Umwandlung der Wärmeenergie in kinetische Energie und bald darauf in elektrische Energie erfolgt. In diesem Erzeugungssystem wird es nach dem Einsetzen von Dampf in den Turbinen in einem Kondensator abgekühlt und wird wieder im Wasser, beginnend auf diese Weise ein neuer Zyklus (SILVA und CARVALHO, 2002).

Bild 16-schematische Darstellung eines thermoelektrischen Kraftwerks
. Quelle: www.alterima.com.br/

Laut Pegollo (2006) wird in den Kernkraftwerken das Uran des U-235 (Isotop mit 92 Protonen und 143 Neutronen) als Brennstoff verwendet, da es von energiereichen Neutronen erreicht wird. Der Prozess der Energiegewinnung besteht aus der Kernspaltung, das heißt, beim Zerbrechen von Uran innerhalb eines Kernreaktors, die eine große Menge an Wärme, die dazu dienen, das Wasser in einem Kessel zu erwärmen und in Dampf zu verwandeln, von dort aus die Methode der Erzeugung Energie ähnelt denen konventioneller thermischer Anlagen, der Unterschied liegt in dem verwendeten Kraftstoff.

Wir können auch die Windkraftanlagen hervorheben, die die alternative Windkraftquelle nutzen. Sein Betrieb besteht darin, die kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umzuwandeln, wenn sie in die Klingen der Windkraftanlagen eingeschnitten werden, die in Generatoren gekoppelt sind, die wiederum zur Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie verwendet werden. . Diese Anlagen werden jedoch in Regionen mit konstantem Wind installiert (PENTEADO und TORRES, 2010).

Abbildung 17: Komponenten eines Aerogenerator
s. Quelle: www.alterima.com.br

Es ist wichtig zu klären, dass alle Kraftwerke der Nutzung des Generators ähnlich sind, um die Energieumwandlung zu machen, aber die primäre Quelle, die die Energie für die Rotation des Generators zur Verfügung stellt, ist, was die Arten von unterscheidet Pflanzen. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, den Grundsatz des Betriebs dieser Geräte hervorzuheben.

5.2 OPERATION DER GENERATORS

Die Generatoren sind Geräte, die in der Lage sind, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, sie werden im Wesentlichen durch einen Rotor (Magneten) zusammengesetzt, der sich innerhalb eines Stators (Spule) dreht, was das Aussehen eines elektrischen Stroms verursacht. Wenn in den Kurven eine rotierende Bewegung erzeugt wird, zum Beispiel durch die Bewegung einer Turbine in den Wasserkraftwerken, gibt es eine Variation im magnetischen Fluss durch die Kurve, wodurch ein elektrischer Strom im Kreislauf durch die induzierte elektromotorische Kraft entsteht. Das zeigt sich darin. Dieses Phänomen, das als elektromagnetische Induktion bekannt ist, gehorcht den Gesetzen von Faraday und Lenz (MUSSOI, 2006).

Um Faraday es Gesetz zu verstehen, ist es notwendig, das Konzept des magnetischen Flusses zu kennen, und dazu werden wir den Fall einer Oberfläche einer planaren Fläche analysieren, die in ein einheitliches Magnetfeld eingefügt wird. In diesem Fall ist die Oberfläche als normal bezeichnet, A und, ist der Winkel, der zwischen dem Magnetfeld und der normalen Oberfläche gebildet wird, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Figur 18-Darstellung des magnetischen Flusses auf einer flachen Oberfläche.
Quelle: Verfügbar unter: www.brasilescola.com

 

So können wir den magnetischen Fluss, der durch den Buchstaben (FI) repräsentiert wird, als das Produkt zwischen dem Magnetfeld, dem Bereich der flachen Oberfläche und der Kosine des geformten Winkels definieren, d.h.:

Wobei die magnetische Flusseinheit durch das internationale System der Einheiten (SI) definiert wird, wie Weber (Wb) mitteilte. Auf diese Weise können wir erkennen, dass der magnetische Fluss mit der Anzahl der Induktionslinien zusammenhängt, die die Oberfläche durchqueren, so dass wir schließen können, dass je größer die Anzahl der Linien, die die größere Oberfläche durchqueren, der Wert des magnetischen Flusses sein wird (Licht und ALVARES, 2000).

Nach Penteado und Torres (2010) können wir nun die Gesetze von Faraday verkünden, die darauf hinweisen, dass: Wenn es eine Variation des magnetischen Flusses durch einen Kreislauf gibt, erscheint in diesem Kreislauf eine induzierte elektromotive Kraft, die durch die Gleichung:

Wo ist die Rate der Variation des magnetischen Flusses, und N ist die Anzahl der Wendungen.

Nachdem wir bereits die Situationen besprochen haben, in denen ein induzierter Strom in der Schaltung erscheint, die ihre Bedeutung variiert, können wir die Gesetze von Lenz betonen, die den Sinn des Stroms bestimmen.

Laut Luz und Alvares (2000), als Faraday das Phänomen der Induktion untersuchte, erkannte er das Phänomen der Abwechslung des induzierten aktuellen Sinnes, versäumte es aber, ein Gesetz auszuarbeiten, das es erlauben würde, ein solches Phänomen zu definieren. Das war erst nach der Verbreitung von Faradays Werk möglich, mit den Studien des russischen Wissenschaftlers Heinrich Lenz. Er fand heraus, dass der Sinn für induzierten Strom so erscheint, dass er ein induziertes Magnetfeld entspringt, das sich der Variation des Magnetfeldinduktors entgegenstellt, in der Abbildung unten:

Abbildung 19-Darstellung der Richtung des induzierten Stroms in einer Schleife
. Quelle: LUZ E ALVARES, 2000, S. 299.

Auf diese Weise können wir das Gesetz von Lenz wie folgt interpretieren:

Wenn der induzierte Strom durch eine Zunahme des magnetischen Flusses erzeugt wird, ist seine Bedeutung so, dass sich das von ihm geschaffene Feld im Gegensatz zum Magnetfeld im Inneren des Kreislaufs gefühlt hat. Wenn der induzierte Strom durch eine Abnahme des magnetischen Flusses erzeugt wird, hat seine Bedeutung und so, dass das von ihm erzeugte Feld die gleiche Richtung des Magnetfeldes innerhalb des Kreislaufs hat (LUZ und ALVARES, 2000, S. 300).

Es ist wichtig zu beachten, dass in wechselnden Stromgeneratoren, während sich die Schleife 1/4 zurück dreht, ihr magnetischer Fluss zunimmt. Aber wenn es die 1/4 der nächste vollendet, nimmt der magnetische Fluss ab. Aus diesem Grund hat der induzierte Strom, der in der Schaltung entsteht, seine abwechselnde Richtung. Die Generatoren in Wasserkraft-, thermoelektrischen, Wind-und Atomkraftwerken haben eine ähnliche Funktion wie die beschriebenen. Es kann aber bejaht werden, dass in allen Kraftwerken Generatoren unverzichtbar sind.

5.3 2.4.3-THE ROLE DER SUBSTATIONEN IN THE BRAZILIAN ELECTRICAL SYSTEM

Nach dem gesamten Prozess der Stromerzeugung ist es notwendig, es die erhöhten Umspannwerke anzutreiben, da die Wechselstrom-Generatoren, die regelmäßig eine Spannung von 13,8 KV erzeugen, nicht die hohen Spannungen liefern können, die für die Übertragung erforderlich sind. Auf diese Weise kann man in den Umspannwerken die Spannungen durch die Transformatoren erhöhen. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass die Transformatoren auch verwendet werden, um die Spannung in den unteren Umspannwerken in der Nähe der Verbrauchszentren zu senken. Ohne diese Geräte wäre es daher nicht möglich, elektrische Energie im Wechselstrom zu übertragen und zu verteilen (LEÃO, 2009).

5.4 TRANSFORMERS

Das erste kommerzielle Modell eines Transformators wurde von William Stanley um 1885 gebaut, als er für den Unternehmer George Westinghouse arbeitete. Seine Arbeit basierte auf rudimentären Projekten der Firma Ganz und den Erfindern Gaulard Lucien und Jonh Dixon Gibbs, die erstmals 1886 im Stromsystem des Großen Barrington, Massachusetts, von der Firma Westinghouse Electric eingesetzt wurden. Das Unternehmen hat seitdem mehrere Änderungen durchlaufen (Größenreduzierung, Effizienzsteigerung, Kapazitätsverbesserung) und wurde in den verschiedenen Bereichen der Elektronik (Edison Techcenter) eingesetzt.

Der ideale Transformator ist ein elektrisches Gerät, das mit wechselndem elektrischem Strom arbeitet und die Modifikation einer mitgelieferten Spannung bewirkt. Dieser Apparat besteht im Wesentlichen aus einem Kern aus ferromagnetischem Material, in dem sich elektrytische Kupferdrähte befinden, die zwei Spulen bilden. Wie wir in der folgenden Abbildung sehen können, wird die Spule, die mit der Schaltung verbunden ist, die die zu transformierende Spannung liefert, als primäre Wicklung bezeichnet, und die Spule, die die bereits umgebaute Spannung erhält, wird als Sekundärwicklung bezeichnet (TORRES, FERRARO und SOARES, 2010).

Abbildung 20-schematische Darstellung eines Transformators.
Quelle: NEVES und MUNCHOW, 2010, S. 79.

Was den Betrieb des Transformators betrifft, so basiert Gaspar (2003) laut Gaspar (2003) auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Wenn eine Spannung auf die primäre Wicklung aufgetragen wird, geht ein wechselnder elektrischer Strom durch die Wendungen dieser Wicklung und stellt in seinem Inneren ein Magnetfeld fest, das folglich den Eisenkern imanta. Aufgrund der mitgelieferten Spannung wird das Magnetfeld, das im Eisenkern festgestellt wird, aufeinanderfolgende Schwingungen darstellen, was zu einer Variante des magnetischen Flusses durch die Sekundärwicklung führt. Auf diese Weise wissen wir, dass, wie das Faraday-Gesetz erwähnt, eine Spannung entsteht, die in der Sekundärwicklung induziert wird.

So können wir aus Faradays Gesetz schreiben, dem Verhältnis zwischen den Spannungen in der Primär-und dem Sekundärverhältnis eines idealen Transformators:

Wobei N2 die Anzahl der Kurven auf der Sekundärwicklung ist, und N1 ist die Zahl der Kurven auf der primären Wicklung. Auf diese Weise können wir nachweisen, dass, wenn die Anzahl der Drehungen auf der Sekundärwicklung und höher als in der primären Wicklung (N2 > N1) der Transformator verwendet wird, um die Spannung zu erhöhen, und im umgekehrten Fall (N2 < N1) wird der Transformator absenken.

Es ist wichtig zu betonen, dass es nicht möglich ist, die Spannung zu ändern, wenn der Strom fortschreitet, da es keine Variante des magnetischen Flusses darstellt, so dass unter diesen Bedingungen die Spannung in der Sekundärwicklung null wäre. Dies ist einer der Faktoren, die die Verwendung von Wechselstrom in Übertragungen praktikabler machen, wie unten beschrieben.

5.5 Das Schein der TRANSMISSION DER ELECTRICAL ENERGY

Wie bereits erwähnt, sind Stromerzeugungsanlagen in der Regel von den Verbrauchern entfernt, da sie an Orten installiert werden, die für die Nutzung von natürlichen Vorteilen förderlich sind, daher ist es notwendig, Netze von Kraftübertragung, so dass der Transport von Energie von den Erzeugungspunkten zur Verteilung ermöglicht wird.

Übertragungsnetze können von Typenbereichen, unterirdischen oder metallischen Wegen sein. In Brasilien wird die Übertragung jedoch aufgrund von langen Strecken von Leitungen dominiert. Laut Leo (2009) bestehen diese Leitungen vor allem aus Leitern, Isolatoren, Stützstruktur und Blitzen. Zu den Eigenschaften, die für die Fahrer erforderlich sind, gehören die hohe elektrische Leitfähigkeit, die reduzierten Kosten, das geringe spezifische Gewicht, die angemessene mechanische Festigkeit und die hohe Beständigkeit gegen Korrosion und Oxidation. Daher sind die Materialien, die in der Regel verwendet werden, Aluminium und Kupfer. Was die Isolatoren betrifft, so können wir hervorheben, dass sie die Rolle spielen, dass sie sowohl mechanischen als auch elektrischen Kräften ausgesetzt werden. Auf diese Weise ist es notwendig, dass sie einen großen Widerstand gegen den Durchgang der Leckstromfläche bieten, und die einigermaßen konsistent sind, um einen Bruch unter den Spannungsverhältnissen zu verhindern, denen sie standhalten müssen. Dazu kommen Isolatoren der Typen zum Einsatz: Auf Scheibe, Pin, Aufhängung, Unterstation und Leitungssäulen-Isolatoren, diese sind aus verglasten Porzellan, gehärtetem Glas oder Gummipolymeren gebaut, wie diese Materialien bieten Alle notwendigen Eigenschaften für einen Isolator. Die weiteren Komponenten der Übertragungsleitungen sind die Strukturen und Kabel, die jeweils zur Stützung und zum Schutz der Leitungen beitragen.

Bei der Übertragung elektrischer Energie wurde laut Leite (2012) die Wahl des Wechselstroms gewählt, bei Spannungen zwischen 69 KV und 500 KV. Da 500 KV notwendig sind, um zu untersuchen, welche Art von Strom Beschäftigte wird wirtschaftlicher, um eine solche Übertragung durchzuführen. Der Hauptfaktor, der den Einsatz von Wechselstrom beeinflusst, ist die einfache Erhöhung oder Reduzierung der Spannung, denn während der Übertragung wird die Notwendigkeit, die Spannung zu erhöhen, so dass die Verluste durch Joule Effekt sind die kleinste mögliche, und reduzieren Sie die Umspannwerke in der Nähe der Verbraucherzentralen.

5.6 DIE IMPORTANCE DER DISTRIBUTION LINES

Wie wir in den vorangegangenen Unterkapiteln erwähnt haben, nachdem die Energie erzeugt und übertragen wurde, wird sie so effizient wie möglich auf die Verbraucher verteilt. In der Regel arbeiten die Verteilnetze mindestens mit zwei Spannungen, eine hohe Spannung für große Verbraucher wie Industrien und große Gewerbe-oder Wohngebäude, die wiederum ein spannungsreduziertes Umspannwerk haben, um die Fütterungsbedarf Ihrer Ausrüstung. Und eine Niederspannung, die für kleine Nutzer wie Wohnsitze bestimmt ist, in dieser Art der Verteilung als sekundär, die primäre Spannung, die in Brasilien ist 13,8 KV-Pass von Transformatoren in öffentlichen Polen, wo die Spannung auf die Notwendiges Versorgungsniveau für Elektrogeräte, also für 127 oder 220 V (BOLSONI, 2012).

Abbildung 22-repräsentatives Schema des Systems der Erzeugung, Übertragung und Verteilung von Strom. Que
lle: Adaptiert aus www.redeinteligente.com

5.7 2.4.6-THE ELECTRICITY CONSUMPTION IN THE CURRENT WORLD

Elektrizität ist für die technologische und wissenschaftliche Entwicklung in der heutigen Welt grundlegend geworden und hat sich folglich zu einer Priorität im täglichen Leben des Menschen entwickelt, können wir solche Beweise mit der Bestätigung von Ferreira et al:

Der Stromsektor konsolidiert sich zunehmend mit einem der strategischen Bereiche für die Entwicklung der heutigen Gesellschaft, aufgrund der wachsenden Nachfrage nach Technologien, die in der Regel auf der Grundlage dieses Inputs arbeiten, und sind unerlässlich, um die Lebens-oder Wohlstandsstandard sowie der wirtschaftliche Standard der Gesellschaft als Ganzes. Es ist leicht zu erkennen, dass Elektrizität für den Betrieb von verschiedenen Dienstleistungen und Geräten verantwortlich ist, die das Leben praktischer und komfortabler machen (2010, S. 18).

Allerdings ist der Strom, der den Verbraucher erreicht, in Form eines Sinus-Wechselstroms vorhanden, mit konstanter Frequenz, aber es gibt eine Vielzahl von elektronischen Geräten, die mit Gleichstrom gefüttert werden müssen, zum Beispiel die Computer, Mobiltelefone, Fotokameras, unter anderem, ergeben sich daher die Notwendigkeit für einen Stromkorrektur, also einen Kreislauf, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.

In Bezug auf die Klassifizierung der Rektifikatoren Pomilio (2012) besagt, dass sie in kontrolliert oder unkontrolliert klassifiziert werden können, je nach ihrer Fähigkeit, den Wert der Ausgangsspannung zu regulieren; Monophasic, Drei-Phasen-Phase, etc. Je nach Anzahl der Phasen der Wechseleingangsspannung; Halbe oder volle Welle, je nach Art der Verbindung der Gleichrichter Elemente. Bei der Nutzung von Geräten, die für den Hochleistungsbetrieb erforderlich sind, ist es notwendig, dreistufige Gleichrichter zu verwenden, diese wiederum müssen so vorbereitet werden, dass sie die benachbarten elektrischen Geräte oder Netze nicht beschädigen. "Herkömmliche Drei-Phasen-Stromversorgungen verwenden Gleichrichter zur Diode oder Thyristoren, wenn Sie eine gewisse Kontrolle über den Stromfluss und die Ausgangsspannung wollen" (BARBI et al, 2002, S. 1). Es sei betont, dass der Prozess der Korrektur des Stroms nicht vertieft werden wird, da dies nicht das Ziel dieser Arbeit ist.

6. DAS TEACHING UND LEARNING DER PHYSICS

Obwohl die Physik einer der Bereiche ist, mit Konzepten, die in unserem täglichen Leben so präsent sind, ist es seit einer Weile bestätigt, dass diese Disziplin in den Schulen nicht gelungen ist, die Schüler zu motivieren, und sie nehmen sie als schwierig, abstrakt wahr, abgesehen davon, dass sie sich nicht auf die Tag für Tag (SOUZA et al.,2009). Nach Martins (2006) und Bonadiman (2004) ist diese Ansicht das Ergebnis des traditionellen Unterrichts, der von den Schulen benutzt wird, wobei es sich um ein Modell handelt, das sich auf den Formalismus konzentriert, in dem es keine Artikulation zwischen physikalischen Phänomenen und der Welt gibt, in der der Schüler eingefügt wird, auf Davon ist Bonadiman et al. Drücken Sie die Folgen einer solchen Unterrichtsmethode aus.

Angesichts dieses Unterrichtsmodells lernen die Schüler wenig oder gar nichts von der Physik. Was sie oft lernen, ist, es nicht zu mögen, diese Abneigung mit Ihnen für den Rest Ihres Lebens. Für viele Menschen bedeutet das Sprechen in der Physik, unangenehme Erinnerungen zu warnen, wobei es sogar sehr üblich ist, Ausdrücke wie diese zu hören: "Physik ist eine Sache für Verrückte!" (BONADIMAN et al., 2004, S. 2).

Daher wurden Vorschläge gemacht, die zur Entwicklung einer Bildung führen, die auf die vollständige Bildung von Individuen ausgerichtet ist, so Lopes, Martins und Rios bestätigen, dass diese "in der Lage sein müssen, die aktuellen technologischen Fortschritte und die Handeln Sie in einer begründeten, bewussten und rechenschaftspflichtigen Art und Weise angesichts ihrer Möglichkeiten und Eingriffe in die sozialen Gruppen, in denen sie leben "(2011, S. 2). So sind diese Vorschläge im Einklang mit den Leitlinien der nationalen Curriculum-Parameter für die High School (NPC), die eine Vision der Physik auf die Bildung eines zeitgenössischen reflektierenden und aktiven Bürger konzentriert zu konstruieren zielt schlägt die Richtungen Über Physik:

Die Physik sollte daher als eine Reihe von spezifischen Kompetenzen dargestellt werden, die es uns ermöglichen, die natürlichen und technologischen Phänomene wahrzunehmen und mit ihnen umzugehen, die sowohl im unmittelbaren Alltag als auch im Verständnis des Universums vorhanden sind, die zu möglichen Entfernte Lösungen, die auf Prinzipien, Gesetzen und Modellen basieren, die von ihm gebaut wurden (BRASIL, 2002, S. 59).

Es ist jedoch notwendig, Strategien zu entwickeln, die solche Vorschläge ermöglichen, und damit die zuvor aufgezeigten Mängel zu überwinden. In diesem Zusammenhang lohnt es sich, das Werkzeug des Experimentierens hervorzuheben, denn nach Ansicht mehrerer Forscher wurde es als Lehrstrategie ernannt, um motivierende Aktivitäten zu bieten, bei denen es das Zusammenspiel des Schülers mit Materialien gibt, die ihn zum Nachdenken führen, Die Phänomene hinterfragen, handhaben, beobachten und verstehen und so eine sinnvolle und konsequente Lehre und Lernen ermöglichen (LOPES, MARTINS und RIOS, 2011; ARAÚJO und ABIB, 2003; SILVA, 2010). Es ist wichtig zu klären, dass Experimente nicht nur als Motivator im Lernen angegangen werden sollten, da es Oliveira et al. (2010) Mehr als Aufmerksamkeit sollte das Gefühl der Neuheit durch eine experimentelle Aktivität, um ein Wissen näher an den Studenten zu konstruieren.

Im Rahmen des Experimentierens betonen wir die Bedeutung des historischen Ansatzes der Wissenschaft im Lehr-und Lernprozess, denn diese Strategie ermöglicht es dem Schüler, über seine Vorstellungen über das Wesen der Wissenschaft, ihre Entwicklung, zu reifen, Seine Grenzen, seine Beziehungen zu anderen Bereichen, um die Debatte der Ideen zu fördern und so zum Aufbau eines kritischen Individuums in der gegenwärtigen Gesellschaft beizutragen (HYGINO, SOUZA und LINHARES, 2012). Complemando, können wir die Meinung von Martins (2006) über diesen Ansatz in der Lehre der Physik zitieren:

Das richtige Studium einiger historischer Episoden ermöglicht es, die Zusammenhänge zwischen Wissenschaft, Technologie und Gesellschaft zu verstehen, was zeigt, dass die Wissenschaft nicht isoliert von allen anderen ist, sondern Teil einer historischen Entwicklung ist, einer Kultur eines Die menschliche Welt leidet unter Einflüssen und beeinflusst damit viele Aspekte der Gesellschaft (2006, S. 1).

Er nimmt in den zitierten Literaturen fest, dass es viele Barrieren gibt, damit eine solche Strategie definitiv eine Schlüsselrolle im Unterricht spielen kann, aber seit einigen Jahren haben die Pädagogen die Bedeutung der Betonung des Prozesses des Bauwesens wahrgenommen. Die Geschichte der Menschheit, um andere Ansätze im Unterricht so zu ergänzen, dass sich solche Vorschläge in den nationalen curricularen Parametern für das Gymnasium niederschlagen.

Auf der Grundlage dessen, was wir im theoretischen Rahmen besprochen haben, schlagen wir die Ausarbeitung eines didaktischen Materials über Elektrizität vor, das seinen Prozess von der Erzeugung bis zur Verteilung anspricht, um den Ansatz der Wissenschaftsgeschichte zum Experimentieren zu verbinden, Das Verständnis für die physikalischen Phänomene zu ermöglichen, um den Abstand zwischen Technologie und Benutzer zu verringern.

7. MATERIALIEN UND METHODEN

Um diese Arbeit zu erarbeiten, führten wir zunächst bibliographische Forschungen durch, die sich auf die historische Entwicklung von den Anfängen der Elektrizität bis hin zu ihrer praktischen Anwendung im kommerziellen Maßstab beziehen, wobei wir die an der Wissensaufbau. Im Anschluss an die Arbeit war es effektiv, das Thema in Bezug auf die Verwendung von Experimenten, verbunden mit dem historischen Studium der Wissenschaft, als didaktisch-pädagogischen Vorschlag in der Verbesserung der Lehre und des Lernens der Physik zu vertiefen, die ihre Punkte hervorhob. Positiv und seine Grenzen.

Nach diesem Prozess der Vertiefung wurde ein Vorschlag von didaktischem Material für die Lehre von Elektrizität ausgearbeitet, da die Erzeugung in den großen Anlagen die Verteilung, für diese wurde im Physiklabor des IFNMG-Campus Januária, ein Modell, Die Prozesse, aus denen das elektrische System besteht, demonstrieren, wobei sie als Quelle der Energie primär auf die Kraft der Winde setzen. Für die Herstellung eines solchen Experiments wurden kostengünstige Materialien und Schrott verwendet: Holz, Papier, Farben, laminierte Drähte, LEDs, Transformator, Generator, Schaum und Kunststoffpropeller.

Nach der Konstruktion des Experiments haben wir einen Vorschlag für ein experimentelles Drehbuch erarbeitet, das im Anhang dieser Arbeit zu finden ist, das auf einen offenen Ansatz ausgerichtet ist, der die Analyse, Beobachtung, Handhabung, Reflexion der Phänomene ermöglicht, So wird die Debatte der Ideen gefördert. Es wird auch vorgeschlagen, die Untersuchung des evolutionären Prozesses der Nutzung von Strom für kommerzielle Zwecke, die Hervorhebung der Faktoren, die diesen Kurs beeinflusst, zum Beispiel die Entwicklung der Ausrüstung für die Durchführung einer solchen Tätigkeit und die Entdeckungen von Wissenschaftlern in dieser Angelegenheit, die zur Verbesserung bestehender Projekte beigetragen haben. Dieses Thema kann durch Recherchen in Büchern, Zeitschriften, Webseiten und so weiter erforscht werden, wobei es im Ermessen des Lehrers liegt, mögliche Änderungen vorzunehmen.

8. RESULTS UND DISCUSSION

Basierend auf der bibliographischen Forschung über den Prozess der Wissensentwicklung über die Jahre hinweg, beginnend mit den Studien aus den ersten Beobachtungen von elektrischen Phänomenen seine praktische Anwendung mit der Implantation des elektrischen Stromsystems In der heutigen Gesellschaft vorherrschend, wurde die Bedeutung des Beitrags jeder Entdeckung von den Gelehrten der Zeit im Prozess des Aufbaus der Wissenschaft erreicht, die Schaffung noch eine realistischere Konzeption über diese Charaktere in diesem Kontext der Ständiger Wandel, der das Verständnis von Wissenschaft als sozial und historisch aufgestellte Studie begünstigt.

Wir können auch die effektive Zusammenarbeit von Experimenten im Lernprozess sehen, aber damit die Schüler eine aktive Rolle beim Aufbau von Wissen entwickeln können, ist es notwendig, eine geeignete Lehrmethode anzuwenden. Um dies zu tun, wenn er ein Experiment benutzt, muss der Lehrer über die Weitergabe von Wissen hinausgehen, was die Erweiterung der Horizonte durch die Schüler ermöglicht und sie nicht nur auf Beobachtung beschränkt. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, die Artikulation zwischen den theoretischen Konzepten und dem täglichen Leben des Schülers zu reflektieren, zu erforschen, zu artikulieren und so eine Debatte über Ideen zu schaffen, die zur Bildung eines bewussteren, aktualisierten, interaktiven So etablieren wir eine neue Vision der Physik.

9. ABSCHLIEßENDE ÜBERLEGUNGEN

In dieser Arbeit versuchen wir, den Prozess der historischen Entwicklung der Elektrizität zu verstehen und zu identifizieren, wie die Nutzung von Elektrizität in bestehenden Technologien kann den Studenten helfen, die Inhalte zu verstehen. Dafür suchen wir aus der bibliographischen Forschung, untersuchen die Beiträge der Wissenschaftler dieses Themas und die daraus resultierenden Veränderungen im Weltszenario, die sich aus der Evolution des Wissens ergeben. Darüber hinaus haben wir versucht, die Bedeutung des Experimentierens und das historische Studium der Wissenschaft zu analysieren, als Lehrstrategie, um effektiv zu verstehen, die Inhalte im Unterricht studiert. Schließlich stellen wir die Produktion eines Unterrichtsmaterials vor, das sich mit den Prozessen des aktuellen elektrischen Systems befasst.

Durch das, was erforscht und analysiert wurde, wird wahrgenommen, dass die praktische Anwendung von Elektrizität dem Schüler helfen kann, die Konzepte zu verstehen, die mit der Erforschung elektrischer Phänomene verbunden sind, vorausgesetzt, dass dieses Thema einen angemessenen Ansatz sowohl für die Phase der Entwicklung und die Realität des Lernenden. So kann nachgewiesen werden, dass Experimente als effiziente Lehrstrategie angezeigt werden, wenn sie die Debatte über Ideen, Formulierungen, Testerscheinungen und Untersuchungssituationen antun und so wissen können, wie man die Aufbau von körperlichem Wissen.

Wir können auch daraus schließen, dass die Unzulänglichkeit in der Abfolge der Inhalte eine deformierte Sicht der Physik durchläuft und so das Verständnis ihrer Konzepte behindert, so dass die Haupttätigkeit der Studierenden der Physik die Einprägung von Symbolen, Formeln, Theorien und Regeln. Wenn man jedoch den historischen Ansatz der Wissenschaft benutzt und die Ursprünge der Konzepte und ihren Entwicklungsprozess betont, schafft sie eine Situation, die es dem Schüler eher ermöglicht, die untersuchten Konzepte zu kontextualisieren und sich so der Wissenschaftliches Wissen zum kognitiven Universum des Schülers, das an der Störung des hartnäckigen dogmatischen Unterrichts mitarbeitet.

Schließlich, auf der Grundlage der untersuchten Lehrstrategien, schlagen wir ein Material über die Prozesse von der Erzeugung bis zum Stromverbrauch, durch die ordnungsgemäße Nutzung dieser, kann die Debatte, Forschung, Motivation, Forschung, Reifung und Die Reflexion des Schülers über seine Vorstellungen von der Natur der Wissenschaft und die Nutzung der natürlichen Ressourcen, die auch in der sozialen Bildung des Bürgers beitragen, kann schließlich das physische Wissen mit dem täglichen Leben in Beziehung setzen und auch die Dogmatisierung der Wissenschaft brechen.

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annektieren

EXPERIMENTAL ROADMAP

ELECTRICITY: VON GENERATION TO DISTRIBUTION

THEORETICAL INTRODUCTION

Derzeit gilt der Stromsektor als einer der Bereiche von Bedeutung auf dem Arbeitsmarkt, aufgrund der großen Nachfrage nach Strom in der heutigen Gesellschaft. Es ist wichtig zu betonen, dass der Strom, den wir haben, so dass ein komfortableres und angenehmeres Leben, eine Form der sekundären Energie ist, das heißt, es ist eine Quelle der Primärenergie für seine Produktion, zum Beispiel Kohle, Öl, Erdgas, Uran, Zuckerrohrprodukt, Flussgewässer, Wind, Sonne, unter anderem.

In Brasilien besteht der elektrische Sektor aus dem System der Erzeugung, Übertragung und Verteilung. Der Erzeugungsprozess wird in großen Mühlen durchgeführt, wo Primärquellen verwendet werden, um die Energie zu liefern, die der Rotation des Generators möglich ist, und das verwandelt sie in elektrische Energie. Auf diese Weise ähneln die Anlagen der Nutzung des Generators und differenzieren sich durch die primäre Energiequelle, die für die Bewegung des Generators verwendet wird, haben wir zum Beispiel den Einsatz in Wasserkraftwerken des Wasserfalls, im thermoelektrischen Wasserdampf, in Windkraft. Diese unentbehrliche Ausrüstung hat heute ihre Funktionsweise auf der Grundlage der Gesetze, die der Physiker Michael Faraday entdeckt hat: Elektromagnetische Induktion, die in der Entstehung eines elektrischen Stroms besteht, der in einem Kreislauf aufgrund der elektromotorischen Kraft induziert wird. Dort induziert, wenn es eine Variation des magnetischen Flusses in dieser Region gibt. Der durch diesen Generator gewonnene Strom variiert periodisch von Intensität und Richtung, d.h. er ist ein Wechselstrom.

Kurz nach der Erzeugung wird der Strom an die Aufladestationen geschickt, wo mit dem Einsatz von Transformatoren die Erhöhung der Spannung, wodurch die Intensität des Stroms abnimmt, weil die in den Mühlen vorhandenen Generatoren nicht in der Lage sind, Die hohen Spannungen, die benötigt werden, um die Energie vom Erzeugungspunkt auf die Verteilungspunkte zu übertragen. Es ist für die Übertragung von elektrischer Energie in Wechselstrom aufgrund der Leichtigkeit bei der Erhöhung oder Reduzierung der Spannung, weil während der Übertragung die Notwendigkeit, die Spannung zu erhöhen, so dass die Verluste durch Joule Effekt sind die kleinste mögliche, wie Reduzieren Sie die Spannung in den Umspannwerken in der Nähe der Verbraucherzentralen.

Der ideale Transformator ist ein elektrisches Gerät, das mit wechselndem elektrischem Strom arbeitet und die Modifikation einer mitgelieferten Spannung bewirkt. Dieser Apparat besteht im Wesentlichen aus einem Kern aus ferromagnetischem Material, in dem sich elektrytische Kupferdrähte befinden, die zwei Spulen bilden. Die Spule, die mit der Schaltung verbunden ist, die die zu transformierende Spannung liefert, wird als primäre Wicklung bezeichnet, und die Spule, die die bereits umgebaute Spannung erhält, wird als Sekundärwicklung bezeichnet. Seine Funktionsweise basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, wie folgt: Wenn eine Spannung auf die Primärwicklung aufgetragen wird, beginnt ein wechselnder elektrischer Strom durch die Wendungen dieser Wicklung zu gehen und sich innerhalb eines Feldes zu etablieren. Magnetisch, dass konsequent imanta den Eisenkern. Aufgrund der mitgelieferten Spannung wird das Magnetfeld im Eisenkern festgestellt, wird aufeinanderfolgende Schwingungen, die zu einem variablen magnetischen Fluss durch die Sekundärwicklung, so dass eine Spannung in der Sekundärwicklung.

So können wir aus Faradays Gesetz schreiben, dem Verhältnis zwischen den Spannungen in der Primär-und dem Sekundärverhältnis eines idealen Transformators:

Wobei N2 die Anzahl der Kurven auf der Sekundärwicklung ist, und N1 ist die Zahl der Kurven auf der primären Wicklung. Auf diese Weise können wir nachweisen, dass, wenn die Anzahl der Kurven auf der Sekundärwicklung und höher als in der primären Wicklung (N2 > N1), der Transformator verwendet wird, um die Spannung zu erhöhen, und im umgekehrten Fall (N2)<N1) o transformador estará abaixando a tensão. o="" transformador="" estará="" abaixando="" a=""></N1) o transformador estará abaixando a tensão.>

Nach den Prozessen der Erzeugung, Übertragung und Verteilung erreicht der Strom jedoch den Verbraucher präsentiert sich in Form von Sinus-Wechselstrom, mit konstanter Frequenz von 60 Hz im Falle von Brasilien, aber es gibt eine Vielzahl von Geräten Elektronik, die mit Gleichstrom gefüttert werden muss, ergibt sich also aus einem Stromkorrektur, also einem Schaltkreis, der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.

ZIELE

  • Analysieren Sie das Experiment, um seine Komponenten und die Funktion zu identifizieren, die von ihnen ausgeführt werden.
  • Verstehen Sie die Phänomene, bei denen der Betrieb der vorhandenen Geräte auf dem Modell basiert.
  • Die Prozesse der Stromerzeugung,-übertragung und-verteilung zu kennen und so den Abstand zwischen Technik und Anwender zu minimieren.

MATERIALS USED

Für die Konstruktion des Modells, das in dieser experimentellen Praxis verwendet werden soll, wurden folgende Materialien verwendet: Ein Tisch von 100×106 cm, hölzerner Zahnstocher (popsicé und Grill), zwei Transformatoren, Farben in verschiedenen Farben, emaillierter Kupferdraht, 23 LEDs 2, 5V, Karton, Druckermotor, Propeller.

Abbildung 1-Maquette repräsentativ für die Komponenten der elektrischen Anlag
e. Quelle: Persönliche Datei des Forschers.

ASSEMBLY PROCEDURES

Für die Montage des Modells wurde zunächst Sprühfarben verwendet, um den Fluss, Wälder, Straßen, Berge, Häuser und Gebäude zu malen. Als Nächstes wurden die Häuser, Gebäude, quadratischen Bänke, Bäume, Stöcke und das Stromerzeugungssystem mit einem Propeller, der an einen Generator gekoppelt war, gebaut und auf dem Tisch befestigt, und die Terminals des Generators wurden an den Transformatoreneingang angeschlossen. An der Aufzugsstation gelegen, so dass die Erhöhung der Spannung durch den Generator.

Figur 2-Generationen-System einer Windkraftanlage, neben der Spannhebehation. Que
lle: Persönliche Datei des Forschers.

Anschließend wurde es an die Ausgangsterminals des Transformators emaillierte Kupferdraht angeschlossen, um das Kraftübertragungssystem der Windkraftanlage zur Absenkstation in der Nähe des Verbraucherzentrums durchzuführen, wo mittels eines Transformators Die Spannung wurde gesenkt.

Figur 3-Übertragungsnetz und Spannungsabsenkstation, in der Nähe der Verbraucherzentrale. Q
uelle: Persönliche Datei des Forschers.

So wurde mit Hilfe des emaillierten Drahtes die Verbindung zu den Terminals der Leistung des Transformators hergestellt, um dann die Stromverteilung an die Verbraucher zu erzielen, wo LEDs zur Darstellung der öffentlichen Beleuchtung verwendet wurden.

Bild 4-Energien-Verteilungsnetze in der Verbraucherzentrale. Qu
elle: Persönliche Datei des Forschers.

EXPERIMENTAL ROADMAP – PART I

In Teil I dieser experimentellen Praxis wird die Analyse des Modells durchgeführt werden, um seine Komponenten zu studieren, die Anhebung von Hypothesen über die Rolle, die von ihnen gespielt wird.

  1. Identifizieren Sie die Komponenten dieses Modells. Welche Prozedur sollte zunächst durchgeführt werden, um seine Operation durchzuführen?
  2. Was ist die Funktion des Generators in den Windkraftanlagen? Diskutieren Sie das Betriebsprinzip dieser Geräte.
  3. Wenn wir das Modell beobachten, können wir die Prozesse überprüfen, aus denen sich die brasilianische Elektrik zusammensetzt. Besprechen Sie die Funktion des Transformators in diesen Prozessen.
  4. Wäre es möglich, die Stromspannung zu erhöhen, während man noch einen Transformator benutzt? Wenn wir den Strom in der Übertragung von Strom weiter verwenden, wäre es notwendig, es in Wechselstrom vor der Verteilung umzuwandeln? rechtfertigen.
  5. Mit einem Voltmeter messen Sie die Spannung, die in die Terminals des Spannungsbetub-Transformators ein-und ausläuft. Unmittelbar nach der Messung der Spannung an den Ein-und Ausgangsterminals für den spannungssenkenden Transformator. Kommentar zu den erzielten Ergebnissen? Sind sie mit den erwarteten übereinstimmen?
  6. Diskutieren Sie die bestehenden Vorteile der Nutzung der Windenergie im Vergleich zu anderen Erzeugungsarten.

EXPERIMENTAL ROADMAP – PART II

In Teil zwei dieser Praxis wird das Wissen über die historische Entwicklung der Nutzung von Strom für kommerzielle Zwecke vertieft werden, durch Forschung in Büchern, Zeitschriften, Artikeln und im Internet (Quellen mit Glaubwürdigkeit) Förderung Also eine Unterrichtsdebatte.

  1. Nach zehn Jahren seit den ersten Untersuchungen zum Elektromagnetismus durch den Physiker Michael Faraday kommt dies zur Ausarbeitung der Gesetze der elektromagnetischen Induktion im Jahr 1831. In diesem Forschungsbereich, der die Arbeit von Faraday durchgeführt wurde, entwickelt dies den ersten Generator. Dieses Gerät wurde jedoch nicht aus einer damals beeinflussten Anwendung extrahiert, sondern markierte den Beginn neuer Erfindungen, die sich aus Studien über den Elektromagnetismus ergaben. Untersuchen und diskutieren Sie im Klassenzimmer den Beitrag der wichtigsten Wissenschaftler in den Entwicklungsprozess der Generatoren.
  2. Es ist bekannt, dass Thomas Edison als erster in den Ausbau und die Nutzung von Strom für kommerzielle Zwecke investiert hat und das erste Kraftwerk, das Strom lieferte, einpflanzten. Diskutieren Sie den historischen Kontext, in den diese Vorschläge eingefügt wurden.
  3. Durch die Studien des kroatischen Nikola Tesla wurde es möglich, Strom im Wechselstrom zu erzeugen und zu verteilen, um die Grenzen seines Konkurrenten zu überwinden. Suchen und diskutieren: Welche historischen und sozialen Faktoren die Entdeckung von Tesla beeinflussten. Da sich der Prozess des Einsteckens der elektrischen Anlage in Wechselstrom im Laufe der Jahre ereignete. Welche Vorteile sich im Vergleich zur aktuellen Entwicklung ergeben, begünstigte die Umsetzung dieses Systems.
  4. Es ist bekannt, dass der elektrische Strom, der den Verbraucher erreicht, abwechselnd ist, aber es gibt eine große Vielfalt an Geräten, die nur funktionieren, wenn sie mit kontinuierlichem Strom gefüttert werden, so dass es notwendig ist, einen Gleichrichter zu verwenden. Suchen Sie, welche Gerätetypen mit Wechselstrom arbeiten und welche mit Strom arbeiten.
  5. Heute leben wir umgeben von Elektro-und Elektronikgeräten, die für unser Wohlbefinden unverzichtbar sind. Wir müssen uns jedoch darüber im Klaren sein, dass wir eine natürliche Ressource verwenden, um den für den Betrieb dieser Geräte erforderlichen Input zu produzieren. Dieses Thema listet die vorhandenen Geräte in ihrem Haus auf und erarbeitet Strategien, die einen sparsameren Verbrauch ermöglichen.

[1] Diplom-Physikalischer Professor.

[2] Doktortitel in Agrartechnik, Master in Angewandter Physik, Diplom-Physiker. Professor EBTT.

[3] Studium der Bauingenieurwesen, Facharzt für Qualitatiologie, Professor EBTT.

Verfasst: Dezember 2018.

Genehmigt: März 2019.

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