Elettricità: da generazione a distribuzione; Aspetti storici e proposta didattica per l'insegnamento

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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. Elettricità: da generazione a distribuzione; Aspetti storici e proposta didattica per l'insegnamento. Rivista scientifica multidisciplinare di nucleo di conoscenza. anno 04, Ed. 03, vol. 04, pp. 51-102. Marzo 2019. ISSN: 2448-0959.

La fisica è legata ai bisogni fondamentali degli esseri umani, alla salute, all'alloggio, al cibo, ai trasporti, tra gli altri. Tuttavia, c'è stato un tempo dalla disciplina fisica presenta uno dei più alti tassi di fallimento nelle scuole. Questo essere percepito da molti studenti come: molto difficile, astratto, oltre non in relazione alla vita di tutti i giorni. Tuttavia, questa percezione è attribuita da diversi ricercatori al metodo di insegnamento tradizionale utilizzato dalle scuole, che evidenzia con maggiore intensità la memorizzazione di fatti, formule, simboli, teorie e modelli senza fornire allo studente la contestualizzazione di Contenuti, oltre a non preoccuparsi di esplorare i contesti in cui sono state proposte le leggi e le teorie, generando così la dogmatizzazione delle conoscenze scientifiche. Pertanto, questa ricerca mira a comprendere il processo di sviluppo dall'inizio dell'elettricità alla sua applicazione pratica su scala commerciale, al fine di produrre una proposta di materiale didattico-sperimentale appropriato che può essere Utilizzato nelle scuole superiori o corsi di istruzione superiore. A tal fine, una rassegna bibliografica è stata sviluppata in letteratura specializzata, e l'importanza è stata verificata nell'approccio dell'insegnamento della fisica, adottando le strategie di sperimentazione e lo studio storico della scienza, elaborando infine una proposta di Materiale didattico-sperimentale relativo ai processi sin dalla generazione della distribuzione di energia elettrica, sottolineando il suo contesto storico e sociale, permettendogli di promuovere il dibattito, la ricerca, la conoscenza fisica della vita Facilitando così la comprensione del contenuto studiato.

Parole chiave: elettricità, sperimentazione, insegnamento e fisica di apprendimento.

1. INTRODUZIONE

È stato diagnosticato per molti anni le difficoltà che esistono nella fisica didattica. Tra di essi possiamo evidenziare il disincanto degli studenti in relazione alla disciplina, percependolo come molto difficile, astratto e senza legami con la vita quotidiana, causando così alti tassi di disapprovazione. Tuttavia, questa concezione è dovuta al modello di insegnamento tradizionale utilizzato dalle scuole, che sottolineano con maggiore veemenza la memorizzazione di fatti, formule, simboli, teorie e modelli che sembrano non avere alcuna relazione tra loro, oltre a non preoccuparsi di Esplora i contesti in cui sono state proposte le leggi e le teorie, contribuendo così ad una dogmatizzazione delle conoscenze scientifiche (Martins, 2006; Bonadiman, 2004).

Dato questo problema, sono state espresse proposte che portano allo sviluppo di un insegnamento della fisica, che contribuisce alla formazione di un cittadino cosciente, aggiornato e partecipativo nella realtà dell'ambiente che vive. Così, questo lavoro mira a comprendere il processo di sviluppo dall'inizio dell'elettricità alla sua applicazione pratica su scala commerciale, al fine di produrre una proposta di materiale didattico-sperimentale appropriato che può essere utilizzato Nelle scuole superiori o nei corsi di istruzione superiore. A tal fine sono stati selezionati i seguenti obiettivi specifici: ricerca in letteratura specializzata, al fine di identificare le origini e il processo di sviluppo dei concetti relativi all'elettricità; Identificare l'importanza della sperimentazione alleata alla storia della scienza come strategia, permettendo una conoscenza espressiva e coerente nell'insegnamento della fisica; Costruire un modello che coinvolge i processi di generazione in distribuzione di energia elettrica e elaborare un materiale didattico per lo studio di un tale esperimento.

2. L'INIZIO DELL'ELETTRICITÀ STATICA

2,1 LE PRIME SCOPERTE DEI FENOMENI ELETTRICI

Secondo l'archeologia, l'uomo ha osservato fenomeni naturali fin dalla preistoria, ma ci è voluto molto tempo per registrare questo insieme di avvenimenti e solo più tardi e che la ricerca di spiegazioni razionali è iniziata. Nello studio dell'elettricità, è stato verificato l'esistenza di fenomeni particolari molto prima della vecchiaia, ma solo in questo periodo è che questi fenomeni cominciarono a essere studiati, e analizzati nella ricerca di prove che spiegherebbero il verificarsi di questi.

Secondo Luz e Álvares (2000), i primi fenomeni elettrici sono stati osservati dai greci nell'antichità. Il matematico e filosofo Thales de Mileto nel sesto secolo A. C. è stato colui che ha osservato che un pezzo di ambra, una resina fossile, dopo essere stato atried con una pelle animale, acquisirebbe la proprietà di attrarre corpi luminosi. Osservando questo fenomeno, Thales nel tentativo di spiegarlo attraverso il pensiero filosofico, attribuito alle sostanze capaci di elettrificazione avere un'anima, e questo a sua volta attratto i pezzi di materia inanimata. Si è verificato che il primo tentativo di spiegare l'elettrificazione per attrito è molto vecchio, tuttavia i fenomeni legati all'elettricità sono stati dimenticati per diversi anni a causa della mancanza di applicazione pratica.

Solo circa 2000 anni più tardi diversi studiosi cominciarono a fare osservazioni più sistematiche sui fenomeni elettrici. In questo contesto può essere evidenziato: il medico inglese William Gilbert, che ha ripreso le osservazioni di Thales ha scoperto che non era solo l'ambra che possedeva la proprietà di attrarre corpi, sia che siano leggeri o meno. Questa constatazione è stata ottenuta attraverso un apparato molto sensibile, costruito da Gilbert chiamato Versorium, utilizzando questo apparato può controllare l'esistenza di forze elettriche di altri oggetti come diamante, zaffiro, opale, ametista, cristallo tra Altri, come descritto nel suo lavoro di magnete. Per spiegare questa attrazione, Gilbert ha usato l'ipotesi di effluvio, un fatto interessante è che, anche se gli esperimenti di Gilbert sono stati condotti con molta attenzione e più volte, non osservava la ripulsione dei corpi elettrificati, questo è stato osservato solo dal Fisico tedesco Otto von Guericke, quando ha riprodotto gli esperimenti di Gilbert. Questo fatto gli permise di osservare che quando i corpi sono elettrificati da attrito, possono attrarre o respingere altri corpi. Al fine di meglio osservare questo fenomeno Guericke costruito un apparato costituito da una grande sfera di zolfo che potrebbe essere spostato da una manovella, questa è la prima macchina elettrostatica da costruire; Con questo si può anche percepire che "l'elettricità" potrebbe spostarsi da un corpo all'altro attraverso il contatto, tuttavia non ha cercato spiegazioni per questo fenomeno, perché credeva che questo comportamento fosse naturale, a causa delle virtù esistenti nel corpo. (TORRES, FERRARO e SOARES, 2010).

Figura 1-macchina elettrostatica von Guericke. Fonte: ASSIS, 2010, pag. 68.

Come descritto nel corso di questo sottocapitolo, nel corso degli anni ci sono state diverse scoperte relative ai fenomeni elettrici, tuttavia nessuna spiegazione è stata formulata per questi fenomeni. Solo dalla scoperta dei materiali conduttivi e isolanti che questo è accaduto.

2,2 LE PRIME SPIEGAZIONI DEI FENOMENI ELETTRICI

Con la continuità degli studi relativi ai fenomeni elettrici, Gaspar (2003) ricorda la scoperta fatta da Stephen Gray in 1730 sulla conduttività dei materiali. Si rese conto strofinando un tubo di vetro chiuso con due tappi di sughero, che entrambi avevano la capacità di attrarre piccole piume. Continuando i suoi esperimenti si adatta al sughero utilizzando la corda altri materiali come un piccolo tronco di legno con una palla d'Avorio sulla punta, filamenti metallici o spago, e ha scoperto che tutti attirano i piccoli corpi leggeri che sono stati Collocato nella sua vicinanza, ma ha notato che se è stato utilizzato per fare questo collegamento un filo metallico il fenomeno di attrazione non è stato verificato. In questo modo ha classificato i materiali per lo styling di coloro che meglio guidano l'elettricità dei conduttori, a differenza di altri che non conducono, o fuorviano l'elettricità, dando loro il nome di isolatori. Queste osservazioni servirono come base per l'emergere dell'idea che l'elettricità fosse un fluido che potesse spostarsi da un corpo all'altro (SILVA e PIMENTEL, 2008). In questo contesto, vale la pena menzionare le proposte di Charles Dufay che hanno svolto un ruolo importante nel spiegare il fenomeno dell'attrazione e della ripulsione, quando ha eseguito diversi esperimenti hanno scoperto che c'erano due comportamenti per i materiali, alcuni si comportavano come il vetro, e altri come la resina, proponendo così due tipi di elettricità: una vetrelettrica e un'elettricità resinosa. Whittaker cita le percezioni di Dufay sul fenomeno dell'attrazione e della ripulsione:

[…] Che ci sono due elettriche di una natura totalmente diversa, cioè quella di solidi trasparenti, come vetro, cristallo, & C., e quella di corpi bituminosi o resinosi, come ambra, Copal, sigillatura-cera, & C. Ognuno di essi respinge gli organismi che hanno contratto un'elettricità della stessa natura, e attira quelli la cui elettricità è di natura contraria. Vediamo anche che i corpi che non sono essi stessi elettrici possono acquisire una di queste elettriche e che allora i loro effetti sono simili a quelli degli organismi che l'hanno comunicata a loro (1973, pag. 40).

Questo fatto lanciò l'idea del fluido vitreo e del fluido resinoso, quindi l'elettricità contenuta in un corpo era quella che possedeva in eccesso, e questa nuova ipotesi ottenne grande accettazione nel corso del XVIII secolo.

Figura 2-rappresentazione della ripulsione e attrazione tra corpi elettrificati
. Fonte: TORRES, FERRARO E SOARES, 2010, pag. 14.

Secondo Silva e Pimentel (2008), gli studi di Dufay furono continuati dal francese Jean-Antoine Nollet. Ha creato diversi esperimenti per esporre e dimostrare gli effetti elettrici, proponendo con queste nuove spiegazioni per i fenomeni osservati, e tali delucidazioni sono state accettate in tutti i paesi d'Europa. Per chiarire i fenomeni elettrici Nollet, usato l'idea del movimento, in cui le due correnti di fluido elettrico, si muoverebbe in direzioni opposte. Secondo Nollet, quando abbiamo colpito un corpo, il suo fluido sfugge causando una corrente di effluente, questa perdita, ma viene ripristinata da una corrente affluente dello stesso fluido proveniente dall'esterno. Questo sistema predomina per qualche tempo, tuttavia quando Benjamin Franklin presenta nel suo libro una spiegazione completamente diversa, circa i fenomeni elettrici le idee di Nollet sono abbandonate, e attualmente non è nemmeno ricordato.

Luz e Álvares (2000) e Gaspar (2003) affermano che nel corso del XVIII secolo, l'Europa visse un periodo in cui la ricca società, non si interessava ai principi religiosi, e cercò un bell'aspetto e divertimento. In questo contesto i fenomeni elettrici hanno avuto un grande successo, uno dei fenomeni che divennero di moda erano lo shock e il bacio elettrico, così diverse persone eseguivano diversi spettacoli anche in piazze pubbliche. Benjamin Franklin osservando uno di questi spettacoli era interessato ai fenomeni elettrici e da allora iniziò i suoi studi, sviluppando il concetto di fluido unico. Questa idea del fluido unico di Franklin era basata sulla proposta che i corpi erano formati dalla materia comune e dalla materia elettrica, ed era questa materia elettrica, chiamata anche fuoco elettrico che ha reso il corpo in grado di attrarre o respingere altri corpi. Così Franklin ha spiegato che quando abbiamo un corpo all'altro, l'elettrificazione è dovuta all'accumulo di fluido da parte di uno dei corpi, mentre l'altro perderebbe quel fluido. Dopo aver stabilito che il corpo che ha ricevuto il fluido è stato chiamato positivo e ciò che ha perso negativo.

Vale quindi la pena notare che la teoria dei fluidi unica di Franklin è parzialmente corretta in relazione alle idee attuali sul processo di elettrificazione di attrito. Attualmente sappiamo che in realtà c'è un trasferimento di cariche elettriche tra i corpi, tuttavia questo scambio di carichi è effettuato dal passaggio di elettroni da un corpo all'altro e non a causa dello scambio di fluidi come ha dichiarato Franklin. Tuttavia, è stato possibile solo spiegare correttamente il processo di elettrificazione, all'inizio del ventesimo secolo, dopo la scoperta degli elettroni.

Pertanto, con l'evoluzione del modello atomico, sappiamo oggi che gli elettroni trovati negli strati elettronici più lontani dal nucleo possono spostarsi da un corpo all'altro. Così possiamo spiegare i vari processi di elettrificazione.

3. LO SVILUPPO DELL'ELETTRICITÀ NEL XVIII SECOLO

Secondo Tolentino e Rocha-Filho (2000) e ancora Germano, Lima e Silva (2012) nel XVIII secolo, gli studi relativi all'elettricità divennero più sistematici, e per questo sono stati costruiti diversi apparati sperimentali, tra i quali possiamo Evidenziare le macchine elettrostatiche costruite sulla base della macchina von Guericke. Tuttavia, non c'era flusso continuo, perché le cariche elettriche generate da queste macchine producevano solo scintille intense, o potevano fluire attraverso le estremità metalliche, e ancora essere immagazzinate dalle bottiglie di Leyden conosciute oggi per Condensatori.

Nei primi giorni di elettricità non c'erano apparecchi che consentivano la conservazione dell'elettricità per un lungo periodo. Entro l'anno 1800 l'unico mezzo per produrre una corrente elettrica era attraverso lo scarico della bottiglia di Leyden attraverso un conduttore. La prima prova della bottiglia di Leyden risale al 1745, quando secondo Rocha (2011), sacerdote e. G. von Kleist e professore presso l'Università di Leyden Pieter van Musschenbroek, prodotto quasi in concomitanza un tale dispositivo nel tentativo di Trovare un modo per ridurre la perdita di carico. In questo contesto è degno di nota che l'idea che i corpi caricati, quando esposti all'aria, hanno perso la loro carica elettrica per mezzo dell'evaporazione del fluido elettrico. Sulla base di queste idee, gli studiosi hanno effettuato il seguente esperimento: essi Tamparam con un tappo una bottiglia di vetro, riempito con acqua, poi attaccare un chiodo attraverso il coperchio, che è venuto a contatto con l'acqua, quindi tenendo la bottiglia con una mano, Elettrificata l'unghia utilizzando una macchina elettrostatica; Dopo tale procedura ha posto la bottiglia sotto una superficie non isolante, e quando si tocca l'unghia ha ricevuto un grande shock. Dopo il successo di un tale esperimento, questo è stato divulgato e molte persone hanno tentato senza successo di riprodurre questa procedura, perché secondo i rapporti quando trasportano la bottiglia hanno lasciato isolato. Nel corso del tempo alla bottiglia è stato migliorato, ma questo apparato ha prodotto solo una corrente transitoria.

Tuttavia solo dopo le scoperte di Luigi Galvani e successivamente la creazione della prima cellula di Alessandro volta divenne possibile spiegare in dettaglio i fenomeni elettrici osservati.

Con la pubblicazione della monografia di Galvani, il nuovo fenomeno osservato ha un'ampia diffusione soprattutto nei centri di ricerca europei. In questo contesto, il professore di fisica presso l'Università di Pávia Alessandro Giuseppe Anastásio volta, conoscendo l'esperienza di Galvani ha deciso di riprodurlo, così come tutti gli sperimentatori del tempo. Nel ripetersi dell'esperienza, Alessandro volta accettò dapprima con Galvani, credendo che gli animali producevano elettricità. Tuttavia, approfondendo i loro studi nel settore, indagando ulteriormente l'esperimento, volta propone una nuova spiegazione per il fenomeno osservato (TOLENTINO e ROCHA-FILHO, 2000).

Secondo Martins (1999), Alessandro volta ripetendo più volte alcune alterazioni nell'esperimento di Galvani, scoprì che il contatto non era necessario esattamente con il muscolo di rana, perché le contrazioni si sono verificate anche quando diversi punti di I nervi della coscia erano collegati per mezzo di un arco bimetallico. Indirizzando la loro attenzione sull'importanza di utilizzare diversi metalli nella verifica di un tale fenomeno, volta osserva che quando un arco bimetallico viene utilizzato nel circuito, le contrazioni sono più forti di quelle con arco monometrico. Questo serve come base per volta proporre che i metalli non giocano il ruolo di conduttore di elettricità animale, ma che l'elettricità proviene da un'origine esterna, risultante dalla differenza dei metalli che formano l'arco, così sono i metalli che producono un tale effetto. E la rana, tuttavia, avrebbe funzionato come un rivelatore molto sensibile di elettricità, reagendo sia a questa elettricità metallica che a qualsiasi forma di elettricità. Tuttavia, in questo periodo c'è un'importante osservazione fatta dal fisico Johann Georg Sulzer. Mise la lingua tra due dischi d'argento e piombo realizzato che a contatto con i bordi dei dischi, sentiva un gusto scomodo. Tornando alla conoscenza di tale esperienza, riprodotto, dopo aver fatto alterazioni compreso il suo bulbo oculare, si può osservare che quando il contatto elettrico è stato stabilito, un senso di luce è stato percepito. Tali fatti servirono a rafforzare le ipotesi di ritorno che non era necessario contattare con i muscoli, per il verificarsi di contrazioni, e che i metalli erano i generatori di elettricità stessi. Tuttavia queste idee hanno affrontato grossi problemi, perché gli esperimenti che hanno portato alla scoperta di tale elettricità (prodotta dal contatto tra metalli diversi), animali usati, in modo che potessero essere interpretati come provenienti da Elettricità animale.

Si pone così una polemica tra volta e Galvani, quest'ultimo non accettò l'interpretazione di volta, perché aveva dimostrato che si verificava contrazioni, quando stabilì il contatto tra il nervo e il muscolo usando i metalli uguali. Andando oltre, Galvani Mostra intorno 1794, che non era necessario impiegare qualsiasi metallo per ottenere l'elettricità, tale ipotesi partì dall'osservazione del verificarsi di contrazioni mettendo il nervo crural sezionato di una rana dissezionata a contatto con il muscolo di gamba. Tale esperienza, che dimostrerebbe l'elettricità animale, non è stata accettata da volta, poiché in questo caso le contrazioni delle zampe delle rane si sono verificate a causa di una stimolazione meccanica. E così procede, nel tentativo di scoprire prove che dimostrano le sue ipotesi (MARTINS, 2000; TOLENTINO e ROCHA-FILHO, 2000).

Secondo il chiarimento di Martins (1999), volta tentò di rilevare l'elettricità generata da metalli diversi per mezzo di un elettroscopio, ma non riuscendo e assumendo che la tensione elettrica generata fosse troppo debole per essere rilevata da tale strumento, costruisce un apparato sensibile: l'elettrolita. Utilizzando tale apparato, in 1796, volta è in grado di rilevare tensioni elettriche deboli generate da diversi conduttori. Ma questo non era sufficiente, perché al tempo voleva dimostrare che le sue idee erano fondate, e per questo egli cerca di produrre utilizzando coppie metalliche, forti effetti elettrici; Come risultato di questa ricerca è nato per lo stack.

Figura 8-riproduzione del disegno delle batterie allegate alla lettera di Alessandro volta a Royal. In figura 1 è rappresentata la versione chiamata da coppe a catena rotonda. Nelle figure da 2 a 4, sono rappresentati pali con un numero crescente di dischi metallici. Fonte: TOLENTINO e ROCHA-FILHO, 2000, pag. 38.

Come la lettera di ritorno inviata alla Royal Society, per la costruzione del suo dispositivo, ha impilato dischi d'argento e zinco, separati da cartone imbevuto di soluzione salina. Indietro suggerisce che altri metalli potrebbero anche essere utilizzati, come: stagno, piombo e rame, ma la migliore combinazione era argento e zinco. Questo dispositivo è stato costruito in modo che i dischi inferiori erano d'argento e i dischi di zinco superiore, avendo i terminali di questi fili collegati per guidare l'elettricità. Oltre alla pila, volta ha testato una disposizione, posizionando contenitori affiancati di vetro, legno o ceramica, riempito a metà con una soluzione di sale o con un barreLa, in modo che tali contenitori fossero collegati da una serie di lame, i cui terminali erano un argento , depositato su rame, e l'altro di zinco (o stagno), immersi nel successivo contenitore. Nella lettera di ritorno, egli discute solo gli effetti fisiologici, perché hanno chiamato più attenzione in quel periodo. Tuttavia, con la batteria è stato possibile studiare il comportamento della corrente elettrica e dei suoi effetti, oltre a verificare la decomposizione delle sostanze (CHAGAS, 2000; MAGNAGHI e ASSIS, 2008).

4. I PROGRESSI DELL'ENERGIA ELETTRICA NEL XIX SECOLO

4,1 BREVE INTRODUZIONE ALLA STORIA DELL'ELETTROMAGNETISMO

Nel corso del XIX secolo, con la scoperta della pila di Alessandro volta tutta la produzione di energia elettrica procedeva da reazioni elettrochimiche, essendo questo grande uno dei componenti fondamentali per la scoperta che era il punto di riferimento di questo secolo: le leggi dell'elettromagnetismo.

Secondo Rocha (2011) fino all'inizio del XIX secolo, elettricità e magnetismo sviluppato senza legami, e sono stati considerati campi distinti. Tuttavia, nei primi due decenni di questo secolo, le opere sperimentali che hanno cercato di dimostrare il rapporto tra i fenomeni elettrici, termici, magnetici, chimici e ottici sviluppati considerevolmente. In questo contesto possiamo evidenziare il lavoro di uno degli scienziati che hanno difeso la relazione esistente tra magnetismo ed elettricità: Hans Christian Oersted, la cui scoperta si traduce nell'unificazione di questi campi, dando origine al ramo della fisica, chiamato Elettromagnetismo.

Sulla base della conoscenza che il passaggio della corrente elettrica su un filo, provocato l'emissione di luce e riscaldamento, lo scienziato Oersted approfondisce i suoi studi conducendo esperimenti, al fine di confermare le sue ipotesi. Come Alvares e Luz chiarificano questo lavoro rigoroso, è riuscito a 1820, quando Oersted, quando si assembla un circuito elettrico con un ago magnetico, si rese conto che:

Senza corrente nel circuito, l'ago magnetico è stato orientato nella direzione nord-[…]sud, stabilendo una corrente nel circuito, Oersted ha osservato che l'ago magnetico deviato,[…] interrompendo la corrente, l'ago tornò alla sua posizione iniziale, lungo la Direzione nord-sud (LUZ e ALVARES, 2000, pag. 210).

Questo fenomeno osservato da Oersted, ha provocato un grande salto nella società scientifica, motivando diversi scienziati dell'Europa a indagare sulle cause di tale evento. Secondo la visione di Oersted, questo fatto era dovuto al movimento nella direzione opposta della corrente elettrica, che era composta da due flussi di carichi (positivi e negativi), all'interno dei fili. La riunione consecutiva e la separazione di queste accuse generò il conflitto elettrico. Supponendo che questo conflitto elettrico non limitava all'interno dei fili, essendo anche esistente nell'ambiente intorno al filo; Oersted, spiega che la deviazione sul filo è dovuta all'interazione tra il conflitto elettrico dell'esterno di questo con i poli magnetici del magnete. Tuttavia, la sua teoria aveva pochi aderenti; Solo i risultati sperimentali sono stati leggermente accettati dalla comunità scientifica (CHAIB e ASSIS, 2009).

Uno degli studiosi di questo secolo che merita anche di essere prominente è il francese André-Marie Ampère. Nel suo lavoro si dedicò alla chimica e alla matematica, mostrando alcun interesse per i fenomeni elettrici e magnetici fino a quando non divenne consapevole del 1820 dell'esperienza di Oersted mentre frequentava le esibizioni di Arago presso l'Academie des Sciences di Parigi. Tuttavia ampère nel vedere una tale presentazione, osserva che le opere di Oersted sarebbe incompleta, avviando una ricerca nel tentativo di elucitake la natura del fenomeno. Riproducendo l'esperimento di imatura dell'ago, suggerisce una nuova visione che difende il principio di azione e reazione tra il filo e il magnete. Così spiega che i fenomeni osservati nell'esperienza di Oersted si verificano a causa dell'esistenza di correnti elettriche all'interno dell'ago. Tuttavia per difendere questa proposta, ampere ha dovuto dimostrare impiegando solo circuiti elettrici, la capacità di riprodurre gli effetti di un magnete su un altro e anche di un circuito chiuso su un magnete. Questi esperimenti sono stati pubblicati in due parti nel volume 15 degli Annales de Chimie et de physique de 1820 (GUERRA, REIS e BRAGA, 2004).

Secondo Dias e Martins (2004), un altro formidabile contributo all'elettromagnetismo fu la scoperta di Michael Faraday in 1831 di induzione elettromagnetica. È noto che nel laboratorio di Humphry, dove Faraday ha iniziato la sua carriera scientifica giocando il ruolo di ausiliari, ha incontrato molto il mondo della scienza, facendo così un grande sperimentatore, che è stato estremamente utile per lo sviluppo di Il loro lavoro legato all'elettromagnetismo. Il suo interesse per questo campo iniziò nel 1821, quando il redattore degli Annali della filosofia, Richards Phillips lo invitò a scrivere un articolo di revisione sull'elettromagnetismo. Per eseguire questa funzione ha rifatto diversi esperimenti, oltre a studiare diverse teorie, proponendo così nuovi esperimenti.

Quando si studia la forza magnetica, proveniente da un filo conduttore, utilizzando un ago imanthated, Faraday ha notato che invece dei poli dell'ago che soffrono un'attrazione e una ripulsione, tendono a ruotare intorno al filo. Da questa osservazione ha dedicato in particolare a questo argomento, che lo ha portato a pubblicare un articolo, dove ha presentato esperimenti che hanno permesso di verificare la rotazione di un filo conduttore intorno a un magnete e anche il movimento opposto. Con la pubblicazione di questo articolo una comunicazione è stata stabilita attraverso lettere con Ampère, a seguito di questo contatto Faraday ha incontrato il libro: Manuel d'Electricité dynamique, scritto da Demonferrand, dove ha assicurato che una corrente elettrica che passa Da un conduttore potrebbe indurre una corrente costante in un altro posto nelle vicinanze. Questo fatto lo interessava molto, avviando così gli studi di Faraday legati al fenomeno dell'induzione, e quindi costruisce diversi esperimenti nella ricerca di evidenze sperimentali che spiegano questo fenomeno. Come descritto nelle loro riviste, dopo anni di prova del primo esperimento di successo, è stato concretizzato il 29 agosto 1831. Per realizzare tale lavoro ha costruito un anello di ferro dolce, contenente diversi fili di rame gira avvolto intorno ad esso, questo essere separati da due lati: A e B. così, è stata eseguita la seguente procedura:

I due avvolgimenti sul lato B sono Stati Uniti per formare uno singolo, e la sua estremità è stata collegata ad un filo di rame che passa sopra un ago magnetic[…]o. Così, l'ago quando si muove indicherebbe il passaggio di una corrente dal lato B dell'anello. Uno dei turni del lato A è stato collegato con una batteria e, […]con il passaggio della corrente dal lato A, proveniente dalla batteria, una corrente è stata rilevata sul lato B dell'anello (DIAS e MARTINS, 2004, p. 525).

Così è stato possibile visualizzare la magnetizzazione dell'ago. Tuttavia, l'effetto trovato in questo esperimento non era da un magnete su una corrente, ma da una corrente elettrica su un altro. Dopo diverse riflessioni sul risultato del suo esperimento, Faraday prosegue i suoi studi, e quando prova un nuovo esperimento in cui utilizza un cilindro di ferro e l'elica L, procedette come segue:

Tutti i fili sono Stati Uniti in una singola elica e collegato all'elica indicatore, a distanza, dal filo di rame, poi il ferro è stato collocato tra i poli della barra magnetic[…]a. Ogni volta che il contatto magnetico nel nord o sud è stato stabilito o rotto, c'era movimento magnetico nell'elica indicatore. […] Ma se il contatto elettrico (cioè attraverso il filo di rame) è stato rotto, allora gli interruttori e contatti non ha prodotto alcun effetto (FARADAY, apud DIAS e MARTINS, 2004, p. 527).

Pertanto, ottiene finalmente una corrente elettrica indotta dall'azione di un magnete e quindi e osservato il fenomeno dell'induzione per la prima volta. È importante sottolineare che, a causa dell'aggregazione di energia elettrica, con il magnetismo, generando un nuovo ramo della scienza, e di conseguenza con le scoperte di leggi di induzione, nuove possibilità e grandi innovazioni emergono per le industrie, aprendo le porte al Investimenti nella produzione di energia elettrica su scala più ampia.

4,2 L'INIZIO DELLE MACCHINE ELETTRICHE

La costruzione di motori elettrici è stato il primo passo verso le innovazioni tecnologiche che esistevano oggi, che non erano nemmeno sognato nei primi anni del XIX secolo. Con l'uso di motori elettrici è diventato possibile rivoluzionare l'industria, permettendo così un mondo di strutture. Tuttavia, per il consolidamento di tale strumento, diversi ricercatori sono stati coinvolti in tale attività, e molto doveva essere sviluppato, migliorato e provato fino a quando siamo arrivati ai motori in grado di generare abbastanza elettricità per il loro uso nel settore.

Secondo Pomilio (2012), i primi motori DC (che lavorano con la corrente continua), sono stati costruiti approssimativamente in 1831, da Faraday. Ha costruito un generatore, costituito da un disco di rame di circa 30 cm di diametro. È importante sottolineare in questo contesto l'invenzione dell'inglese Willian Sturgeon, che nel 1825 ha verificato che quando una corrente elettrica è stata applicata ad un filo conduttore, che ha coinvolto un nucleo di ferro, è stata trasformata in un magnete, avendo la sua forza interrotta quando il La corrente è stata sospesa, quindi è stata inventata una parte molto importante nella costruzione di macchine elettriche rotanti: l'elettromagnete.

Continuando il processo di costruzione di macchinari, vale la pena sottolineare l'invenzione intorno 1833 a circa il commutatore scienziato W. Ritchie, chiedere questo importante nei motori elettrici. L'interruttore è un pezzo chiave nei motori DC, in quanto hanno la funzione di scambiare periodicamente la direzione della corrente sul rotore in modo tale da garantire che la coppia abbia sempre la stessa direzione, impedendo così al rotore di essere fermato in una posizione di e Equilibrio (ALVES, 2003). Più tardi intorno 1837 il lavoro di Thomas Davenport e sua moglie Emily ha portato il brevetto di un motore CC già migliorato. Ma oltre a questi motori rudimentali hanno una resa molto bassa, non c'era abbastanza potere per fornire tali dispositivi. Tuttavia, appare in 1873 1 mezzi di minimizzare il problema di spreco di energia, grazie alla scoperta della Dinamo reversibile dallo scienziato belga Zenobe grame. È stato uno dei più importanti collaboratori nello sviluppo di macchine elettriche, la Dinamo è il risultato del suo lavoro ispirato alla macchina di Antônio Pacinotti. Come citato da Souza et al (2010), l'equipaggiamento originario consisteva in:

[…] Un anello di ferro massiccio con asse di rotazione verticale intorno al quale sono stati avvolti 16 bobine elettriche regolarmente distanziate da cunei di legn[…]o. Le bobine erano collegate in serie e ogni connessione tra due di queste bobine era collegata ad una lama di un collettore di sollecitazione, situata alla base dell'asse rotante verticale dell'anello. Questa struttura circolare è comunemente nota come "armatura" o "anello" di Pacinotti (pag. 5).

Figura 9-macchina costruttore italiano Antonio Pacinotti. F
onte: Souza et al, 2010, pag. 5.

Facendo un adattamento alla macchina, Zenobe Grame sostituì il nucleo di ferro solido, da un anello laminato costituito da fasci di fili di ferro, essendo isolati l'uno dall'altro. Ha anche aggiunto 16 bobine nell'anello, con conseguente 32 bobine. Questa adeguatezza ha avuto l'obiettivo di diminuire le correnti indotte nel nucleo, e limitando il polso della tensione generata che esce dalla macchina, contribuendo all'aumento del campo magnetico sulle bobine, generando così una migliore prestazione della macchina, perché in questo modo Non ci sarebbero perdite significative nel processo di generazione e trasformazione dell'energia. Così è stato sviluppato intorno 1869, l'apparecchiatura conosciuta al momento come anello di grame. Un evento importante che vogliamo evidenziare si è verificato nel 1873 nella Mostra di Vienna è stato quello di scoprire la reversibilità di Dynamo. Quando Grame collegato due Dinamo corrente diretta in parallelo, con solo una di queste macchine, il dispositivo di azionamento, è stato percepito che uno di loro ha cominciato a ruotare, applicando così una coppia sul suo asse, agendo come un motore (SOUZA et al, 2010; POMILIO, 2012).

Figura 10-illustrazione del grame. macchina S
OURCE: Souza et al., 2010, pag. 8.

Tuttavia, le macchine Grame sono state strumentali nel svelare il processo di produzione delle conoscenze scientifiche del XIX secolo nel campo dell'elettricità, così è diventato possibile generare energia elettrica in quantità necessaria per soddisfare la domanda Esistente nei settori industriali.

4,3 USO DELL'ENERGIA ELETTRICA PER SCOPI COMMERCIALI-LO SCONTRO TRA THOMAS EDISON E NIKOLA TESLA

Intorno all'inizio del XIX secolo, il sistema di illuminazione a gas comincia ad emergere, sostituendo le candele e le lampade ad olio. Subito dopo si pone l'idea dell'uso dell'elettricità nell'illuminazione, sviluppando in questo modo la lampada ad arco, ma tali strumenti oltre a non essere economici erano estremamente luminosi per essere utilizzati a casa; E si percepisce presto che l'uso del filamento nelle lampade sarebbe la migliore alternativa per ottenere la luminosità desiderata. Pertanto, i ricercatori iniziano il loro lavoro al fine di trovare il materiale appropriato da utilizzare nel filamento. In questo contesto possiamo evidenziare l'inventore Thomas Alva Edison, che sviluppa le sue opere inventando la lampada ad alto vuoto, con filamento carbonizzato di bambù. Da lì investe nell'espansione e nell'utilizzo dell'energia elettrica, creando la sua società di energia elettrica, alimentando la corrente continua.

L'importante inventore e imprenditore Thomas Edison che molto eccita nel XIX secolo, contribuendo all'avvento del sistema di generazione e distribuzione di energia, è nato in una famiglia di classe media l'11 febbraio, 1847 nella città di Milano Ohio, Stati Uniti d'America. La sua vita scolastica era breve, perché aveva problemi a scuola e secondo il suo insegnante era molto interrogatorio e inquieto. Così lascia la scuola molto presto, ottenendo sua madre che era l'insegnante responsabile per la sua educazione, suscitando il suo interesse per la scienza. Fin dall'inizio Thomas comincia a lavorare per ottenere i soldi per compiere i suoi esperimenti. E all'età di 21 anni, ha registrato la sua prima invenzione: la macchina di voto; Tuttavia, non ottiene il riconoscimento atteso. Cercando di diventare un inventore indipendente, raggiungendo nuovi orizzonti si trasferisce a New York. Dopo aver attraversato un momento molto difficile, ha il suo contratto firmato alla Western Union Company quando vende a lei la sua invenzione dell'indicatore automatico di quotazioni di borsa. Intorno al 1876, cinque anni dopo la sua assunzione era già un famoso inventore, e l'ampiezza delle sue attività spinge la costruzione del grande centro di ricerca Menlo Park. In questo ambiente costituito da laboratori e laboratori, circondati da assistenti e tecnici qualificati, Edison propone di produrre ogni dieci giorni una nuova invenzione, ma non riesce a raggiungere tale obiettivo, ma è vero che in un periodo di quattro anni è riuscito a brevettare 300 invenzioni, tra di loro possiamo evidenziare il fonografo, il microfono a carbone, cinetograph (macchina del film), Vitascope (proiettore pellicola schermo), contatore di energia elettrica, Ditafone, Kinetoscopio (scatola con immagini girato all'interno), Lampada a incandescenza, la creazione di una centrale elettrica tra gli altri, che insieme ha modificato il mondo, consacrando definitivamente la tecnologia (CORRÊA, 2011).

Nell'anno 1882 la Edison Eletric Light Company, appartenente a Thomas Edison, sviluppa la prima centrale elettrica al mondo per scopi commerciali, situata su Pearl Street Street a New York. La centrale elettrica che ha fornito corrente continua a circa 59 clienti, ha avuto diversi generatori di vapore e per operare in singola tensione, dovrebbero essere 800 metri di distanza dai punti di consumo. Ma il successo di Edison è presto minacciato dall'imponente arrivo delle proposte di utilizzo della corrente alternata, dal suo rivale Nikola Tesla che intendeva superare i limiti della corrente continua (LAMARÃO, 2012; CORRÊA, 2011).

Secondo FUKE (2010), il grande sostenitore della corrente alternata, il serbo-croato Nikola Tesla Nato il 10 luglio 1856, dal momento che l'età di 19 progredisce in studi di ingegneria elettrica quando entra nel Politecnico di Graz, Austria, lì conosce un campo di ricerca che vi intrighi molto: l'elettricità; E da questo momento Egli anela a comprendere le sue leggi. La sua carriera professionale inizia intorno al 1881, quando diventa ingegnere elettrico presso la National Telephone Company di Budapest. Intorno al 1882 si reca a lavorare presso la Continental Edison Company di Parigi, migliorando l'equipaggiamento elettrico. È importante sottolineare che è in questo periodo che idealizza lo strumento in cui credeva fosse possibile generare corrente alternata, che fino ad allora era considerata impossibile dagli scienziati, questo è il motore a induzione. Con l'obiettivo di ampliare la sua conoscenza della corrente elettrica, esce nell'anno 1884 negli Stati Uniti dove comincia a lavorare in compagnia di Thomas Edison, dove dopo aver guadagnato il rispetto dell'imprenditore, è stato attribuito alla funzione di perfezionare le dinamo di La corrente continua al fine di ottenere un miglioramento dell'efficienza. Se un tale obiettivo è stato compiuto con successo sarebbe stato ricompensato con 50000 dollari. Così Tesla si sforza per un anno nel miglioramento di tali strumenti, ottenendo un'efficienza redditizia per l'azienda di Edison; Ma non ha ricevuto il suo premio come concordato, che lo porta a dimissioni (WHITE, 2003).

Nel frattempo, mentre sviluppava il suo straordinario lavoro presso Edison General Eletric, Tesla divenne famosa nei circoli specializzati. E così, dopo le sue dimissioni ha fondato circa 1886 nella sua azienda: la Tesla Electric Light e Manufacturing Company. Tuttavia i loro investitori finanziari non hanno sostenuto le loro idee di sviluppo del motore AC, poiché ancora una volta è portato a lasciare che il lavoro diventi di nuovo frustrato. Ma dopo molti combattimenti, le idee di Tesla sono accolte anche dall'ingegnere George Westinghouse, proprietario della Westinghouse Electric Company, che finanzia lo sviluppo dei suoi dispositivi e presto Compra il suo brevetto. Va chiarito che fino a questo periodo prevalse gli attuali resti divulgati e distribuiti da Edison, ma le opere di Tesla hanno permesso di generare e distribuire elettricità in corrente alternata, al fine di superare i limiti del suo concorrente (HARF , 2010).

Figura 11-fotografia del motore a induzione, inventato da Nikola Tesla in 1882.
Fonte: disponibile su www.teslasociety.com.

In questo modo arriva la battaglia conosciuta delle correnti, dove due idee contestano il loro spazio. D'altra parte, la corrente continua, che fino ad ora soddisfaceva le esigenze della società, d'altra parte la corrente alternata era più facilmente sia nella generazione che nella trasmissione di energia, superando le difficoltà del suo concorrente nel sollevare il Tensione di lavoro ed essere trasmessa a lunghe distanze fino a raggiungere il consumatore. Tuttavia, le idee di Tesla avevano più vantaggi, guadagnando così la preferenza; Ma Edison non soddisfatto si sforza di scoraggiare l'uso della corrente alternata, per questo nella sua campagna arriva ad eseguire gli animali per mezzo di elettrocuzione, al fine di mostrare i rischi esistenti nella trasmissione della corrente alternata, che secondo essa non si è verificato Con la corrente continua. Tuttavia tali appelli non hanno raggiunto il risultato desiderato, come lo era per la società Westinghouse utilizzando le idee di Tesla, quella scelta per il grande progetto di generazione di energia che consisteva di Riging le cascate del Niagara al fine di produrre elettricità, Generando energia sufficiente per fornire l'industria Bufallo a New York City, segnando una nuova era di elettricità. In considerazione di ciò, Nikola Tesla vince una tale disputa, e da lì la corrente alternata è stata legittimata come un modo per produrre e distribuire energia (GUIMARÃES, 2010).

Figura 12-la prima centrale idroelettrica più importante al mondo: Cascate del Niagara in 1895, un anno prima della fine della struttura. Fonte: disponibile su www.teslasociety.com

5. ELETTRICITÀ: IL PERCORSO DI GENERAZIONE IN CONSUMO

L'elettricità è diventata indispensabile per la sopravvivenza dell'essere umano, essendo utilizzato per gli scopi da domestico a industriale. Attualmente, grazie allo sviluppo tecnologico, c'è una diversità di apparecchiature elettroniche nelle residenze, industrie, ospedali, tra gli altri luoghi che presuppone la fornitura di energia elettrica per il suo funzionamento; In questo modo, l'elettricità è essenziale per il progresso tecnologico. Tuttavia non è un'energia primaria, cioè per la sua produzione è necessario utilizzare una fonte di energia primaria, come il carbone, il petrolio, il gas naturale, l'uranio, il prodotto della canna da zucchero, le acque del mare e del fiume, il vento, il sole, tra gli altri.

Figura 13-Brasile matrice elettrica in 2011. F
onte: BRASIL, 2012, pag. 31.

Secondo la società di ricerca energetica, il bilancio energetico nazionale (BNE) sottolinea che nel 2011 il 81,7% dell'elettricità prodotta in Brasile proviene da centrali idroelettriche, il che costituisce la principale fonte di contribuzione.

Di solito le fonti primarie sono lontane dalla popolazione che consuma, ed è necessario investire nella trasmissione di energia. In questo modo il sistema elettrico brasiliano è costituito dalla generazione, trasmissione e distribuzione di energia.

Nella generazione, grandi centrali producono l'elettricità che viene poi trasmessa alla sottostazione di potenza, che normalmente solleva la tensione e la invia ai sistemi di trasmissione ad alta tensione. Viene poi inoltrato alla sottostazione vicino al centro di consumo che genera la media e bassa tensione, e quindi, attraverso le linee di distribuzione, vengono trasformati in tensioni appropriate da consegnare al consumatore finale attraverso la linea di servizio ( Ferreira et al, 2010, pag. 20).

5,1 GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA IN BRASILE

Secondo il grafico presentato nella figura 13, abbiamo che la matrice elettrica in Brasile consiste nell'uso di fonti rinnovabili e non rinnovabili per la produzione di energia elettrica. In questo modo è importante chiarire come queste fonti siano utilizzate negli impianti idroelettrici, termoelettrici, nucleari e eolici per la produzione di energia.

Attualmente, la potenza dell'acqua viene utilizzata nelle centrali idroelettriche per la generazione di energia elettrica. Questi a loro volta sono fondamentalmente formate da: serbatoio, diga, fuoriuscita e casa di potenza. Il serbatoio si presenta quando l'acqua è argonata con la creazione di una diga, questo a sua volta è costruito per accumulare acqua. La fuoriuscita ha la funzione di controllare il livello dell'acqua del serbatoio, soprattutto nella stagione delle piogge, perché permette all'acqua di fluire direttamente nel canale di perdita senza dover passare attraverso la Power House. Infine, la Power House è il luogo in cui opera la centrale elettrica e si trovano i gruppi turbina-generatore e ausiliari.

Figura 14-elementi principali di una centrale idroelettr
ica. Fonte: adattato da www.portalsaofrancisco.com.br

Nelle centrali idroelettriche, l'energia elettrica viene acquisita dalla trasformazione energetica. Fondamentalmente il suo funzionamento consiste nella trasformazione della potenziale energia esistente tra il livello del serbatoio e il fiume dopo la diga, in energia cinetica quando l'acqua che esce dal serbatoio viene condotta per mezzo di condotte, essendo incisa nelle lame di Turbine che li fanno ruotare. Questa turbina è collegata ad un generatore, che di conseguenza entra in moto, trasformando l'energia cinetica in energia elettrica, dopo questo processo di generazione dell'energia viene trasmessa alle sottostazioni elevatrici, dove la tensione fornita dai generatori È alto per mezzo di trasformatori (MOTA, 2010).

Figura 15-figura schematica di una centrale idroelettrica
. Fonte: www.portalsaofrancisco.com.br

Mentre negli impianti termoelettrici il movimento del generatore è ottenuto dalla combustione di combustibili fossili come carbone, olio derivato da petrolio o gas naturale, o da combustibili rinnovabili come bagassa di canna da zucchero, foglie, ramoscelli, avanzi di legna da ardere, carbone Rifiuti minerali e anche organici. Indipendentemente dagli impianti termoelettrici a combustibile hanno un funzionamento simile, che consiste nel seguente processo: durante la combustione del combustibile nella caldaia, genera vapore dall'acqua che circola attraverso una vasta rete di tubi che coprono le sue pareti. Questo vapore viene utilizzato per muovere le lame di una turbina il cui rotore ruota insieme all'asse di un generatore, effettuando così la trasformazione dell'energia termica in energia cinetica e subito dopo in energia elettrica. In questo sistema di generazione, dopo l'incidenza del vapore nelle turbine viene raffreddato in un condensatore, diventando nuovamente in acqua, iniziando in questo modo un nuovo ciclo (SILVA e CARVALHO, 2002).

Figura 16-rappresentazione schematica di una centrale termoelettric
a. Fonte: www.alterima.com.br/

Secondo pegollo (2006), nelle centrali nucleari viene utilizzato l'uranio composto dall'U-235 (isotopo con 92 protoni e 143 neutroni) come combustibile, grazie alla sua proprietà di fissione raggiunta da neutroni a bassa energia. Il processo di generazione di energia consiste nella fissione nucleare, cioè nella rottura dell'uranio all'interno di un reattore nucleare, producendo una grande quantità di calore, che servirà a riscaldare l'acqua in una caldaia e trasformarlo in vapore, da lì il metodo per generare L'energia assomiglia a quelle degli impianti termici convenzionali, la differenza è nel combustibile utilizzato.

Possiamo anche evidenziare le centrali eoliche, che utilizza la fonte alternativa di energia eolica. Il suo funzionamento consiste nel trasformare l'energia cinetica dei venti in energia meccanica quando vengono incise nelle lame delle turbine eoliche che sono accoppiate in generatori, che a loro volta vengono utilizzati per convertire l'energia meccanica in energia elettrica . Tuttavia, queste piante sono installate in regioni con venti costanti (PENTEADO e TORRES, 2010).

Figura 17: componenti di un Aerogenerator.
Fonte: www.alterima.com.br

È importante chiarire che tutte le centrali elettriche sono simili all'uso del generatore per rendere la trasformazione dell'energia, ma la fonte primaria che fornisce l'energia per la rotazione del generatore è ciò che differenzia i tipi di Piante. In questo contesto, è importante sottolineare il principio di funzionamento di questa apparecchiatura.

5,2 FUNZIONAMENTO DEI GENERATORI

I generatori sono dispositivi in grado di convertire l'energia meccanica in energia elettrica, sono composti fondamentalmente da un rotore (magnete), che ruota all'interno di uno statore (bobina), causando l'apparizione di una corrente elettrica. Quando un movimento rotante viene prodotto nei turni, attraverso, ad esempio, il movimento di una turbina negli impianti idroelettrici, vi è una variazione nel flusso magnetico attraverso il giro, causando una corrente elettrica di emergere nel circuito a causa della forza elettromotrice indotta Questo appare in questo. Questo fenomeno noto come induzione elettromagnetica obbedisce alle leggi di Faraday e Lenz (MUSSOI, 2006).

Per capire la legge di Faraday è necessario conoscere il concetto di flusso magnetico, e per fare questo analizzeremo il caso di una superficie di un'area planare inserita in un campo magnetico uniforme. In questo caso la superficie è designata come normale, A e θ è l'angolo formato tra il campo magnetico e la superficie normale, come mostrato nella figura seguente.

Figura 18-rappresentazione del flusso magnetico su una superficie piana.
Fonte: disponibile su: www.brasilescola.com

 

Così, possiamo definire il flusso magnetico rappresentato dalla lettera Φ (FI), come il prodotto tra il campo magnetico, l'area della superficie piana e il coseno dell'angolo formato, cioè:

Se l'unità di flusso magnetico è definita dal sistema internazionale di unità (SI), come Weber (WB). In questo modo possiamo percepire che il flusso magnetico è correlato al numero di linee di induzione che attraversano la superficie, in modo da poter concludere che maggiore è il numero di linee che attraversano la superficie più grande sarà il valore del flusso magnetico (luce e ALVARES, 2000).

Secondo Penteado e Torres (2010), possiamo ora enunciare le leggi di Faraday, che sottolinea che: ogni volta che c'è una variazione del flusso magnetico attraverso un circuito, una forza elettromotrice indotta (ε) appare in questo circuito, che può essere calcolato da equazione f:

Dove è il tasso di variazione del flusso magnetico, e N è il numero di turni.

Avendo già discusso le situazioni in cui una corrente indotta appare nel circuito variandone il significato, possiamo sottolineare le leggi di Lenz che determina il senso della corrente.

Secondo Luz e Alvares (2000), quando Faraday studiò il fenomeno dell'induzione, percepì il fenomeno dell'alternanza del senso corrente indotto, ma non riuscì a elaborare una legge che consentirebbe di definire un tale fenomeno. Questo è stato possibile solo dopo la divulgazione del lavoro di Faraday, con gli studi dello scienziato russo Heinrich Lenz. Ha scoperto che il senso della corrente indotta appare in modo che origina un campo magnetico indotto, che si oppone alla variazione dell'induttore del campo magnetico, notare nella figura seguente:

Figura 19-rappresentazione della direzione della corrente indotta in un loop.
Fonte: LUZ E ALVARES, 2000, pag. 299.

In questo modo possiamo interpretare la legge di Lenz come segue:

Quando la corrente indotta è stabilita in virtù di un aumento del flusso magnetico, il suo significato è tale che il campo creato da esso si è sentito in contrasto con il campo magnetico all'interno del circuito. Quando la corrente indotta è stabilita in virtù di una diminuzione del flusso magnetico, il suo significato e tale che il campo creato da essa ha la stessa direzione del campo magnetico all'interno del circuito (LUZ e ALVARES, 2000, p. 300).

È importante notare che nei generatori di corrente alternata mentre il loop ruota 1/4 indietro, il suo flusso magnetico è in aumento. Ma quando si completa il 1/4 il successivo, il flusso magnetico sta diminuendo. È per questo motivo che la corrente indotta che sorge nel circuito ha la sua direzione alternata. I generatori in impianti idroelettrici, termoelettrici, eolici e nucleari hanno una funzione analoga a quella descritta. Tuttavia, si può affermare che in tutte le centrali elettriche Generatori sono indispensabili.

5,3 2.4.3-IL RUOLO DELLE SOTTOSTAZIONI NELL'IMPIANTO ELETTRICO BRASILIANO

Dopo l'intero processo di generazione della potenza elettrica è necessario guidarla le sottostazioni elevatrici, perché i generatori di corrente alternata che generano regolarmente una tensione di 13,8 KV non possono fornire le alte tensioni richieste per la trasmissione. In questo modo nelle sottostazioni è possibile aumentare le tensioni attraverso i trasformatori. È importante ricordare che i trasformatori sono utilizzati anche per abbassare la tensione nelle sottostazioni inferiori nei centri di consumo. Pertanto, senza questi apparecchi, non sarebbe possibile trasmettere e distribuire energia elettrica in corrente alternata (LEÃO, 2009).

5,4 TRASFORMATORI DI

Il primo modello commerciale di un trasformatore fu costruito da William Stanley intorno al 1885, quando lavorò per l'imprenditore George Westinghouse. Il suo lavoro si basa su progetti rudimentali della società Ganz e gli inventori Gaulard Lucien e Jonh Dixon Gibbs, utilizzati per la prima volta in 1886 nel sistema di potenza del Great Barrington, Massachusetts dalla società Westinghouse Electric Da allora l'azienda ha subito diverse modifiche (riduzione delle dimensioni, maggiore efficienza, miglioramento della capacità) ed è stata utilizzata nei vari rami dell'elettronica (Edison TechCenter).

Il trasformatore ideale è un dispositivo elettrico che funziona con la corrente elettrica alternata, effettuando la modifica di una tensione in dotazione. Questo apparato consiste fondamentalmente di un nucleo fatto di materiale ferromagnetico, dove sono laminati fili di rame elettrolitico, formando due bobine. Come si può vedere nella figura seguente, la bobina che è collegata al circuito che fornisce la tensione da trasformare è chiamata avvolgimento primario, e la bobina che riceve la tensione già trasformata è denominata avvolgimento secondario (TORRES, FERRARO e SOARES, 2010).

Figura 20-rappresentazione schematica di un trasformatore.
Fonte: NEVES e MUNCHOW, 2010, pag. 79.

Per quanto per il funzionamento del trasformatore, secondo Gaspar (2003) si basa sul principio di induzione elettromagnetica. Quando si applica una tensione all'avvolgimento primario, una corrente alternata passa attraverso i giri di questo avvolgimento, stabilendo al suo interno un campo magnetico che di conseguenza Imanta il nucleo di ferro. A causa della tensione fornita si alterna il campo magnetico stabilito nel nucleo di ferro, presenterà oscillazioni consecutive, risultante in un flusso magnetico variante attraverso l'avvolgimento secondario. In questo modo, sappiamo che, come menziona la legge Faraday, appare una tensione indotta nell'avvolgimento secondario.

Così possiamo scrivere dalla legge di Faraday, il rapporto tra le tensioni nel primario e secondario di un trasformatore ideale:

Dove N2 è il numero di giri sull'avvolgimento secondario, e N1 è il numero di giri sull'avvolgimento primario. In questo modo possiamo dimostrare che se il numero di giri sull'avvolgimento secondario e superiore all'avvolgimento primario (N2 > N1) il trasformatore viene utilizzato per aumentare la tensione, e nel caso inverso (N2 < N1) il trasformatore si abbasserà.

È importante sottolineare che non è possibile cambiare la tensione quando si utilizza la corrente continua, poiché non presenta un flusso magnetico variante, quindi in queste condizioni la tensione nell'avvolgimento secondario sarebbe nulla. Questo è uno dei fattori che rende più fattibile l'uso della corrente alternata nelle trasmissioni come descritto di seguito.

5,5 PROCESSO DI TRASMISSIONE DELL'ENERGIA ELETTRICA

Come già accennato, gli impianti di produzione di energia elettrica sono generalmente distanti dai consumatori, in quanto sono installati in luoghi favorevoli all'uso di benefici naturali, pertanto, è necessario installare reti di Trasmissione di potenza, permettendo così il trasporto di energia dai punti di generazione alla distribuzione.

Le reti di trasmissione possono essere di tipo aree, sentieri sotterranei o metallici. Tuttavia, in Brasile, la trasmissione è dominata da linee a causa di lunghe distanze. Secondo Leo (2009), queste linee consistono principalmente di conduttori, isolatori, strutture di supporto e fulmini. Tra le caratteristiche richieste per i conducenti, possiamo evidenziare l'alta conduttività elettrica, costi ridotti, basso peso specifico, resistenza meccanica adeguata e alta resistenza alla corrosione e all'ossidazione. Pertanto, i materiali di solito utilizzati sono alluminio e rame. Per quanto riguarda gli isolatori possiamo evidenziare che giocano il ruolo di sospendere, fissare e separare, essendo sottoposto a forze meccaniche ed elettriche. In questo modo è necessario che essi forniscano grande resistenza al passaggio della superficie di corrente di dispersione, e che sono ragionevolmente coerenti per evitare la rottura sotto le condizioni di tensione che devono sopportare. Per questo, gli isolatori dei tipi sono utilizzati: su disco, perno, sospensioni, e sottostazione e isolatori pilastro linea, questi sono costruiti da porcellana smaltata, vetro temperato o polimeri di gomma, come questi materiali offrono Tutte le caratteristiche necessarie per un isolatore. Gli altri componenti delle linee di trasmissione sono le strutture e i cavi che contribuiscono rispettivamente al supporto e alla protezione delle linee.

Secondo Leite (2012), nella trasmissione di energia elettrica, la scelta della corrente alternata è stato scelto, con tensioni da 69 KV a 500 KV. Poiché 500 KV è necessario per studiare quale tipo di corrente impiegato sarà più economicamente praticabile per effettuare tale trasmissione. Il fattore principale che influenza l'uso della corrente alternata è la facilità nel sollevare o ridurre la tensione, perché durante la trasmissione avrà la necessità di aumentare la tensione in modo che le perdite di effetto Joule sono il più piccolo possibile, e ridurre il Sottostazioni vicino ai centri di consumo.

5,6 L'IMPORTANZA DELLE LINEE DI DISTRIBUZIONE

Come abbiamo accennato nei precedenti sottocapitoli dopo che l'energia è stata generata e trasmessa, è distribuita nel modo più efficiente possibile ai consumatori. Generalmente le reti di distribuzione operano almeno con due tensioni, un'alta tensione per i grandi consumatori come industrie e grandi edifici commerciali o residenziali che a loro volta hanno una sottostazione che riduce la tensione, soddisfacendo così il Esigenze di alimentazione della vostra attrezzatura. E una bassa tensione, destinata a piccoli utilizzatori come residenze, in questo tipo di distribuzione chiamato secondario, la tensione primaria che in Brasile è 13,8 KV passare da trasformatori situati in pali pubblici, dove la tensione viene abbassata al necessario livello di fornitura di apparecchi elettrici, vale a dire per 127 o 220 V (BOLSONI, 2012).

Figura 22-schema rappresentativo del sistema di generazione, trasmissione e distribuzione dell'energia elettric
a. Fonte: adattato da www.redeinteligente.com

5,7 2.4.6-IL CONSUMO DI ENERGIA ELETTRICA NEL MONDO ATTUALE

L'elettricità è diventata fondamentale per lo sviluppo tecnologico e scientifico nel mondo attuale, e di conseguenza è diventata una priorità nella vita quotidiana dell'essere umano, possiamo esprimere tali prove con l'affermazione di Ferreira et al:

Il settore dell'energia elettrica, sempre più spesso, si è consolidato con una delle aree strategiche per lo sviluppo della società attuale, a causa della crescente domanda di tecnologie, che generalmente lavorano sulla base di questo contributo, e sono indispensabili per sollevare la Standard di vita o di benessere, così come lo standard economico della società nel suo complesso. È facile vedere che l'elettricità è responsabile per il funzionamento di vari servizi e attrezzature che rendono la vita più pratico e confortevole (2010, pag. 18).

Tuttavia, l'elettricità che raggiunge il consumatore è presente sotto forma di una corrente alternata sinusoidale, con frequenza costante, ma c'è una varietà di dispositivi elettronici che devono essere alimentati con corrente continua, per esempio, il Computer, telefoni cellulari, fotocamere fotografiche, tra gli altri, nasce così la necessità di un circuito raddrizzatore corrente, cioè un circuito che trasforma la corrente alternata in corrente continua.

Per quanto riguarda la classificazione dei raddrizzatori Pomilio (2012) afferma che essi possono essere classificati in controllato o incontrollato, in base alla loro capacità di regolare il valore della tensione di uscita; Monofasica, trifase, ecc. In base al numero di fasi della tensione di ingresso alternata; Mezza onda o onda intera, a seconda del tipo di collegamento degli elementi raddrizzatori. Quando si utilizzano apparecchiature che richiedono per il suo funzionamento ad alta potenza, è necessario utilizzare raddrizzatori trifase, questi a loro volta devono essere preparati in modo tale da evitare di danneggiare le apparecchiature elettriche vicine o reti. "Gli alimentatori convenzionali trifase utilizzano raddrizzatori a diodi, o tiristore quando si desidera un certo controllo del flusso di potenza e della tensione di uscita" (BARBI et al, 2002, pag. 1). Vale la pena sottolineare che il processo di rettifica della corrente non sarà approfondito, in quanto questo non è l'obiettivo di questo lavoro.

6. L'INSEGNAMENTO E L'APPRENDIMENTO DELLA FISICA

Anche se la fisica è una delle aree, con concetti così presenti nella nostra vita quotidiana, è stato verificato per un tempo che questa disciplina non è riuscita nelle scuole a motivare gli studenti e lo percepiscono come difficile, astratto, oltre a non in relazione alla Giorno per giorno (SOUZA et al., 2009). Secondo Martins (2006), e Bonadiman (2004), questa visione è il risultato dell'insegnamento tradizionale utilizzato dalle scuole, questo è un modello incentrato sul formalismo dove non c'è articolazione tra fenomeni fisici e il mondo in cui lo studente è inserito, su Di quel Bonadiman et al. Esprimere le conseguenze di tale metodo di insegnamento.

In vista di questo modello di insegnamento, gli studenti poco o nulla imparano dalla fisica. Ciò che spesso imparano è non piacerlo, portando quell'avversione con te per il resto della tua vita. Per molte persone, parlare in fisica significa avvertire ricordi spiacevoli, essendo anche molto comune sentire espressioni come questa: "la fisica è una cosa pazzesca!" (BONADIMAN et al., 2004, pag. 2).

Pertanto, sono state espresse proposte che portano allo sviluppo di un'educazione diretta alla piena formazione degli individui, così Lopes, Martins e Rios affermano che questi "devono essere in grado di comprendere gli attuali progressi tecnologici e la Agire in modo motivato, consapevole e responsabile in considerazione delle loro possibilità e interferenze nei gruppi sociali in cui vivono "(2011, pag. 2). Così, queste proposte sono coerenti con le linee guida dei parametri curricolari nazionali per la scuola superiore (NPC), che mira a costruire una visione della fisica focalizzata sulla formazione di un cittadino contemporaneo riflessivo e attivo suggerisce le direzioni A proposito di fisica insegnamento:

La fisica dovrebbe essere presentata, quindi, come una serie di competenze specifiche che ci permettono di percepire e affrontare i fenomeni naturali e tecnologici, presenti sia nella vita quotidiana immediata che nella comprensione dell'universo che portano a possibili Soluzioni lontane, basate su principi, leggi e modelli da essa costruiti (BRASIL, 2002, pag. 59).

Tuttavia, è necessario adottare strategie che consentano tali proposte, superando così le carenze riscontrate in precedenza. In questo contesto, vale la pena sottolineare lo strumento della sperimentazione, perché secondo diversi ricercatori è stato nominato come una strategia didattica al fine di fornire attività motivanti dove c'è l'interazione dello studente con i materiali, che lo porta a riflettere, Interrogare, manipolare, osservare e comprendere i fenomeni coinvolti, fornendo così un insegnamento e un apprendimento significativi e coerenti (LOPES, MARTINS e RIOS, 2011; ARAÚJO e ABIB, 2003; SILVA, 2010). È importante chiarire che la sperimentazione non deve essere affrontata solo come un motivatore nell'insegnamento dell'apprendimento, in quanto si avvicina Oliveira et al. (2010) più che attirare l'attenzione dovrebbe essere utilizzata la sensazione di novità fornita da un'attività sperimentale per costruire una conoscenza più vicina allo studente.

Giustamente alla sperimentazione, sottolineiamo l'importanza dell'approccio storico della scienza nel processo di insegnamento e apprendimento, perché questa strategia permette allo studente di maturare sulle loro concezioni sulla natura della scienza, il suo sviluppo, I suoi limiti, le sue relazioni con altri domini al fine di promuovere il dibattito delle idee, contribuendo così alla costruzione di un individuo critico nella società attuale (HYGINO, SOUZA e LINHARES, 2012). Complemando, possiamo citare l'opinione di Martins (2006) su questo approccio nell'insegnamento della fisica:

Lo studio corretto di alcuni episodi storici permette di comprendere le interrelazioni tra scienza, tecnologia e società, dimostrando che la scienza non è una cosa isolata di tutti gli altri, ma fa parte di uno sviluppo storico, una cultura di un Il mondo umano soffre di influenze e, a sua volta, influenza molti aspetti della società (2006, pag. 1).

Egli percepisce nelle letterature citate che ci sono molte barriere per una tale strategia di svolgere definitivamente un ruolo chiave nell'insegnamento, ma per alcuni anni gli educatori hanno percepito l'importanza dell'enfasi del processo di costruzione della scienza lungo il Storia dell'umanità, per integrare altri approcci nell'insegnamento, in modo tale che tali proposte siano state riflesse nei parametri curricolari nazionali per le scuole superiori.

Sulla base di ciò che abbiamo discusso in tutto il quadro teorico proponiamo l'elaborazione di un materiale didattico sull'energia elettrica, affrontando il suo processo di generazione in distribuzione, in modo da permetterci di combinare l'approccio della storia della scienza alla sperimentazione, Permettendo la comprensione dei fenomeni fisici coinvolti per diminuire la distanza tra la tecnologia e l'utente.

7. MATERIALI E METODI

Per elaborare questo lavoro, abbiamo inizialmente condotto ricerche bibliografici riferendosi allo sviluppo storico dall'inizio dell'elettricità alla sua applicazione pratica su scala commerciale, evidenziando i personaggi coinvolti nella Processo di costruzione della conoscenza. Proseguendo il lavoro, è stato efficace approfondire il tema riguardante l'uso della sperimentazione, alleato allo studio storico della scienza, come proposta didattica-pedagogica nel miglioramento dell'insegnamento e dell'apprendimento della fisica, evidenziando i suoi punti Positivo e i suoi limiti.

Dopo questo processo di approfondimento, una proposta di materiale didattico è stata elaborata per l'insegnamento dell'elettricità, dal momento che la generazione nei grandi impianti la distribuzione, per questo è stato costruito nel laboratorio di fisica del IFNMG-Campus Januária, un modello, Dimostrando i processi di cui è costituito l'impianto elettrico, avendo come fonte di energia primaria alla forza dei venti. Per produrre un tale esperimento è stato utilizzato materiali a basso costo e rottami come: legno, carta, vernici, fili laminati, LED, trasformatore, generatore, schiuma e elica di plastica.

Dopo la costruzione dell'esperimento, abbiamo elaborato una proposta di uno script sperimentale che si trova nell'appendice di questo lavoro, essendo indirizzato ad un approccio aperto, permettendo l'analisi, l'osservazione, la manipolazione, la riflessione dei fenomeni coinvolti, Promuovendo così il dibattito delle idee. Si suggerisce anche l'indagine del processo evolutivo dell'uso dell'elettricità per scopi commerciali, evidenziando i fattori che hanno influenzato questo corso, ad esempio, lo sviluppo delle attrezzature necessarie per l'esecuzione di tale attività e la Scoperte di studiosi in questa materia che hanno contribuito al miglioramento dei progetti esistenti. Questo tema può essere esplorato attraverso la ricerca in libri, riviste, pagine Web, e ecc, essendo a discrezione dell'utente docente per apportare eventuali modifiche.

8. RISULTATI E DISCUSSIONE

Sulla base della ricerca bibliografica sul processo di sviluppo della conoscenza nel corso degli anni, iniziando gli studi dalle prime osservazioni dei fenomeni elettrici sua applicazione pratica con l'impianto del sistema di energia elettrica Predominante nella società attuale, è stato verificato l'importanza del contributo di ogni scoperta raggiunta dagli studiosi del tempo nel processo di costruzione della scienza, generando anche una concezione più realistica di questi personaggi in questo contesto di Cambiamento costante, favorendo la comprensione della scienza come uno studio socialmente e storicamente situato.

Possiamo anche vedere l'efficace collaborazione di sperimentazione nel processo di apprendimento, tuttavia in modo che gli studenti possano sviluppare un ruolo attivo nella costruzione delle conoscenze, è necessario utilizzare una metodologia didattica appropriata. Per fare questo quando si utilizza un esperimento, l'insegnante deve andare oltre la trasmissione della conoscenza, permettendo l'espansione degli orizzonti da parte degli studenti, rendendoli non solo limitati all'osservazione. È necessario in questo contesto riflettere, ricercare, articolare tra i concetti teorici e la vita quotidiana dello studente, fornendo così un dibattito di idee, che contribuirà alla formazione di un più consapevole, aggiornato, interattivo, Stabilendo così una nuova visione della fisica.

9. CONSIDERAZIONI FINALI

In questo lavoro cerchiamo di comprendere il processo di sviluppo storico dell'elettricità e di identificare come l'uso dell'elettricità nelle tecnologie esistenti possa aiutare lo studente a comprenderne i contenuti. Per questo cerchiamo dalla ricerca bibliografica, indagare i contributi forniti dagli studiosi di questo tema e i conseguenti cambiamenti nello scenario mondiale derivante dall'evoluzione della conoscenza. Inoltre, abbiamo cercato di analizzare l'importanza della sperimentazione e dello studio storico della scienza, come strategia didattica, per comprendere efficacemente i contenuti studiati in aula. Infine, facciamo la produzione di un materiale didattico, affrontando i processi coinvolti nell'attuale sistema elettrico.

Attraverso ciò che è stato ricercato e analizzato, si percepisce che l'applicazione pratica dell'elettricità può aiutare lo studente a comprendere i concetti coinvolti nello studio dei fenomeni elettrici, a condizione che questo tema abbia un approccio adeguato sia alla fase di Sviluppo e la realtà del discente. Così, si può verificare che la sperimentazione sia indicata come una strategia didattica efficiente, quando si opportunizza il dibattito di idee, formulazione, prove ipotesi e situazioni di indagine, permettendo così di saper elaborare il Costruzione di conoscenze fisiche.

Possiamo anche dedurre che l'inadeguatezza nella sequenza dei contenuti passa una visione deformata della fisica, ostacolando così la comprensione dei suoi concetti, quindi l'attività principale degli studenti della fisica è la memorizzazione di simboli, formule, teorie e Regole. Tuttavia, quando si utilizza l'approccio storico della scienza, sottolineando le origini dei concetti e il loro processo di sviluppo, crea una situazione che è più probabile per consentire allo studente di contestualizzare i concetti studiati, avvicinandosi così alla Conoscenza scientifica dell'universo cognitivo dello studente, collaborando all'interruzione dell'insegnamento dogmatico persistente.

Infine, sulla base delle strategie didattiche studiate, proponiamo un materiale sui processi dalla generazione al consumo di energia elettrica, attraverso il corretto utilizzo di questo, può promuovere il dibattito, la ricerca, la motivazione, la ricerca, la maturazione e Riflessione dello studente circa le sue concezioni della natura della scienza, e l'uso di risorse naturali, contribuendo anche nella formazione sociale del cittadino, infine in grado di relazionare la conoscenza fisica alla vita quotidiana, anche rompere la dogmatizzazione della scienza.

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annesso

ROADMAP SPERIMENTALE

ELETTRICITÀ: DALLA GENERAZIONE ALLA DISTRIBUZIONE

INTRODUZIONE TEORICA

Attualmente il settore dell'energia elettrica, è considerato uno dei settori di rilievo nel mercato del lavoro, a causa della grande domanda di energia elettrica nella società di oggi. È importante sottolineare che l'elettricità che abbiamo, permettendo così una vita più confortevole e piacevole, è una forma di energia secondaria, cioè è necessaria una fonte di energia primaria per la sua produzione, ad esempio il carbone, Olio, gas naturale, uranio, prodotto di canna da zucchero, acque del fiume, vento, sole, tra gli altri.

In Brasile il settore elettrico è costituito dal sistema di generazione, trasmissione e distribuzione. Il processo di generazione viene eseguito in grandi mulini, dove le fonti primarie vengono utilizzate per fornire l'energia possibile alla rotazione del generatore, e questo lo trasforma in energia elettrica. In questo modo le piante assomigliano all'uso del generatore e si differenziano per la fonte primaria di energia utilizzata per spostare il generatore, abbiamo, ad esempio, l'uso nelle centrali idroelettriche di caduta d'acqua, nel vapore acqueo termoelettrico, in energia eolica. Questa apparecchiatura indispensabile oggi ha il suo funzionamento basato sulle leggi scoperte dal fisico Michael Faraday: induzione elettromagnetica, che consiste nell'emergere di una corrente elettrica indotta in un circuito a causa della forza elettromotrice Indotta lì, quando c'è una variazione del flusso magnetico in quella regione. La corrente ottenuta attraverso questo generatore varia periodicamente da intensità e direzione, cioè è una corrente alternata.

Poco dopo la generazione, l'energia elettrica viene inviata alle stazioni elevatrici, dove con l'uso di trasformatori sono l'aumento della tensione, diminuendo così l'intensità della corrente, perché i generatori esistenti nei mulini non sono in grado di fornire Le alte tensioni necessarie per trasmettere l'energia dal punto di generazione ai punti di distribuzione. Si è optato per la trasmissione di energia elettrica in corrente alternata a causa della facilità nel sollevare o ridurre la tensione, perché durante la trasmissione avrà la necessità di aumentare la tensione in modo che le perdite di Joule effetto sono il più piccolo possibile, come Ridurre la tensione nelle sottostazioni vicino ai centri di consumo.

Il trasformatore ideale è un dispositivo elettrico che funziona con la corrente elettrica alternata, effettuando la modifica di una tensione in dotazione. Questo apparato consiste fondamentalmente di un nucleo fatto di materiale ferromagnetico, dove sono laminati fili di rame elettrolitico, formando due bobine. La bobina che è collegata al circuito che fornisce la tensione da trasformare è chiamata avvolgimento primario, e la bobina che riceve la tensione già trasformata è denominata avvolgimento secondario. Il suo funzionamento si basa sul principio dell'induzione elettromagnetica, come segue: quando si applica una tensione all'avvolgimento primario, una corrente alternata inizia a passare attraverso i giri di questo avvolgimento, stabilendo all'interno di un campo Magnetico che di conseguenza Imanta il nucleo di ferro. A causa della tensione fornita si alterna il campo magnetico stabilito nel nucleo di ferro, presenterà oscillazioni consecutive, determinando un flusso magnetico variabile attraverso l'avvolgimento secondario, mostrando così una tensione indotta nel Avvolgimento secondario.

Così possiamo scrivere dalla legge di Faraday, il rapporto tra le tensioni nel primario e secondario di un trasformatore ideale:

Dove N2 è il numero di giri sull'avvolgimento secondario, e N1 è il numero di giri sull'avvolgimento primario. In questo modo possiamo dimostrare che se il numero di giri sull'avvolgimento secondario e superiore all'avvolgimento primario (N2 > N1) il trasformatore viene utilizzato per aumentare la tensione, e nel caso inverso (N2<N1) o transformador estará abaixando a tensão. o="" transformador="" estará="" abaixando="" a=""></N1) o transformador estará abaixando a tensão.>

Tuttavia, dopo i processi di generazione, trasmissione e distribuzione, l'elettricità raggiunge il consumatore si presenta sotto forma di sinusoidale corrente alternata, con frequenza costante di 60 Hz nel caso del Brasile, tuttavia c'è una varietà di elettrodomestici L'elettronica che deve essere alimentata con corrente continua, quindi si pone la necessità di un circuito raddrizzatore corrente, cioè un circuito che trasforma la corrente alternata in corrente continua.

OBIETTIVI

  • Analizzare l'esperimento al fine di identificare i suoi componenti e la funzione da loro eseguita.
  • Comprendere i fenomeni coinvolti in cui il funzionamento delle apparecchiature esistenti si basa sul modello.
  • Conoscere i processi di generazione, trasmissione e distribuzione di energia elettrica, contribuendo così a minimizzare la distanza tra tecnologia e utente.

MATERIALI UTILIZZATI

Per la costruzione del modello da utilizzare in questa pratica sperimentale sono stati utilizzati i seguenti materiali: un tavolo di 100×106 cm, stuzzicadenti in legno (popsicé e barbecue), due trasformatori, vernici in vari colori, filo di rame smaltato, venti tre LED 2, 5V, cartone, motore della stampante, elica.

Figura 1-Maquette rappresentativo dei componenti dell'impianto elettrico
. Fonte: file personale del ricercatore.

PROCEDURE DI ASSEMBLAGGIO

Per assemblare il modello è stato inizialmente utilizzato vernici spray per dipingere il fiume, foreste, strade, montagne, case e edifici. Successivamente, le case, gli edifici, le panche quadrate, gli alberi, i pali e il sistema di generazione di energia che impiegano un'elica accoppiata ad un generatore sono stati costruiti e fissati sul tavolo, e i terminali del generatore erano collegati all'ingresso del trasformatore. Situato presso la stazione elevatrice, in modo da effettiificare l'aumento della tensione fornita dal generatore.

Figura 2-sistema di generazione di un impianto eolico, accanto alla stazione di sollevamento di ten
sione. Fonte: file personale del ricercatore.

Successivamente, è stato collegato ai terminali di uscita del filo di rame smaltato trasformatore al fine di effettuare il sistema di trasmissione della potenza della centrale eolica alla stazione di abbassamento vicino al centro di consumo, dove per mezzo di un trasformatore è stato Abbassata la tensione.

Figura 3-rete di trasmissione e stazione di abbassamento della tensione, vicino al centro consume
r. Fonte: file personale del ricercatore.

Così, utilizzando il filo smaltato, il collegamento è stato fatto ai terminali dell'uscita del trasformatore, quindi effettuando la distribuzione di elettricità ai consumatori, dove i LED sono stati utilizzati per rappresentare l'illuminazione pubblica.

Figura 4-reti di distribuzione dell'energia nel centro consumer.
Fonte: file personale del ricercatore.

TABELLA DI MARCIA SPERIMENTALE – PARTE I

Nella parte I di questa pratica sperimentale sarà eseguita l'analisi del modello, al fine di studiare i suoi componenti, sollevando ipotesi sul ruolo da loro svolto.

  1. Identificare i componenti di questo modello. Quale procedura deve essere eseguita inizialmente per eseguire il suo funzionamento?
  2. Nei mulini a vento qual è la funzione del generatore? Discutere il principio di funzionamento di questa apparecchiatura.
  3. Osservando il modello, possiamo verificare i processi di cui è costituito l'impianto elettrico brasiliano. Discutere la funzione eseguita dal trasformatore in questi processi.
  4. Sarebbe possibile aumentare la tensione di corrente mentre si utilizza ancora un trasformatore? Se abbiamo usato la corrente continua nella trasmissione di elettricità, sarebbe necessario convertirlo in corrente alternata prima della distribuzione? giustificare.
  5. Utilizzando un voltmetro misurare la tensione che entra e esce i terminali del trasformatore di spinta di tensione. Immediatamente dopo aver misurato la tensione ai morsetti di ingresso e uscita per il trasformatore di abbassamento della tensione. Commentare i risultati raggiunti? Sono coerenti con il previsto?
  6. Discutere i vantaggi esistenti di utilizzare l'energia eolica in relazione ad altri tipi di generazione.

TABELLA DI MARCIA SPERIMENTALE – PARTE II

Nella seconda parte di questa pratica si approfondisce la conoscenza relativa allo sviluppo storico dell'uso dell'elettricità per scopi commerciali, attraverso la ricerca in libri, riviste, articoli e su Internet (fonti con credibilità) promuovendo Quindi un dibattito in aula.

  1. Dopo dieci anni dalla prima indagine sull'elettromagnetismo da parte del fisico Michael Faraday, questo viene all'elaborazione nell'anno 1831 delle leggi dell'induzione elettromagnetica. In questo campo di ricerca che è stato eseguito il lavoro di Faraday, questo sviluppa il primo generatore. Tuttavia, questo apparato non è stato estratto qualsiasi applicazione che ha influenzato al momento, ma ha segnato l'inizio di nuove invenzioni risultanti da studi sull'elettromagnetismo. Indagare e discutere in Aula il contributo dei principali studiosi nel processo di sviluppo dei generatori.
  2. È noto che Thomas Edison è stato il primo a investire nell'espansione e nell'uso dell'elettricità per scopi commerciali, impiantando la prima centrale elettrica che ha fornito energia corrente. Discutete il contesto storico in cui sono state inserite queste proposte.
  3. Attraverso gli studi del croato Nikola Tesla, è diventato possibile generare e distribuire elettricità in corrente alternata, al fine di superare i limiti del suo concorrente. Cerca e commenta: quali fattori storici e sociali hanno influenzato la scoperta di Tesla. Come il processo di inserimento dell'impianto elettrico in corrente alternata si è verificato nel corso degli anni. Ciò che i vantaggi presentati in relazione alla corrente continua, favorito l'attuazione di questo sistema.
  4. È noto che la corrente elettrica che raggiunge il consumatore è alternata, tuttavia c'è una grande varietà di elettrodomestici che funzionano solo quando sono alimentati con corrente continua, quindi è necessario utilizzare un raddrizzatore. Cerca i tipi di apparecchi che funzionano con corrente alternata e che funzionano con la corrente continua.
  5. Oggi viviamo circondati da elettrodomestici elettrici ed elettronici, indispensabili per il nostro benessere. Tuttavia, dobbiamo essere consapevoli che usiamo una risorsa naturale per produrre l'input necessario per il funzionamento di questi elettrodomestici. Questo tema elenca i dispositivi esistenti nella loro casa e elabora strategie che consentono un consumo più economico.

[1] Laureato in fisica, professore.

[2] PhD in ingegneria agraria, Master in fisica applicata, laureato in fisica. Il professor EBTT.

[3] Laureato in ingegneria civile, specialista in ingegneria della qualità, professor EBTT.

Inviato: dicembre, 2018.

Approvato: Marzo 2019.

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