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O interruptor desse abajur é mágico.
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Ou quase isso.
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Se eu apertar ele,
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algo dramático vai acontecer.
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Isso é impressionante, não é?
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Tudo bem, pode não parecer impressionante no primeiro momento, mas a capacidade de
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criar luz com o apertar de um botão é incrível.
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Até uns 200 anos atrás, algo assim era inacreditável, basicamente mágico.
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E pensando assim, a eletricidade é o mais próximo que nós temos de magia.
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É possível enviar informações invisíveis pelo ar com ondas de rádio.
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É possível transmitir energia por distâncias da escala do planeta Terra.
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E é possível mudar a composição química da matéria usando a eletricidade.
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E todos esses efeitos mágicos começam aqui.
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Com o apertar de um interruptor.
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Quando eu apertar esse interruptor de novo, eu vou conectar a lâmpada a um fluxo de partículas que tem carga elétrica, chamada elétrons.
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E esses elétrons vão começar a se mover através de um fio de cobre que conecta o
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interruptor até a lâmpada.
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E assim que eu apertar o interruptor de novo, a lâmpada acende imediatamente.
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E eu não sei se vocês já se perguntaram o que eu vou perguntar agora, mas a resposta
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é bem mais interessante do que parece.
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Quando eu aperto o interruptor, em quanto tempo os elétrons chegam na lâmpada?
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Parece instantâneo,
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mas essa resposta seria a resposta errada.
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Primeiro, o movimento dos elétrons no fio é muito lento, de aproximadamente 1 metro a cada 12 horas.
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Segundo, a corrente que alimenta a lâmpada é o que nós chamamos de corrente alternada.
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Então, o que isso significa? Que os elétrons da corrente alternada não se movem em uma única direção.
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Eles vão para frente, e aí eles vão para trás, e aí eles vão para frente, e de volta para trás,
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em um vai e vem repetido.
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Ou seja, os elétrons que estão agora nesse interruptor nunca vão nem chegar na lâmpada.
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E mesmo assim, a lâmpada acendeu muito rápido.
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Mais rápido do que dá para notar.
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Como?
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Se você assistir esse vídeo até o final, você vai entender os fundamentos da eletricidade
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e vai conseguir responder as seguintes perguntas.
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O quão rápido as cargas elétricas se movem em um fio?
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O quão rápido a eletricidade se move em um fio?
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E como as cargas elétricas se movem na corrente alternada?
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E como que tudo isso acende uma lâmpada?
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Então é melhor a gente começar do começo.
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Durante décadas de experimentos, no fim do século XVIII e começo do século XIX,
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a humanidade descobriu como a força elétrica funcionava.
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A força elétrica é a força entre objetos que têm cargas elétricas.
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E existem dois tipos de cargas elétricas,
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chamadas de carga negativa e carga positiva.
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Cargas opostas se atraem.
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No caso, positivo atrai negativo e negativo atrai positivo.
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E cargas iguais se repelem.
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Positivo repele positivo e negativo repele negativo.
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No começo do século XX, nós entendemos que a matéria como conhecemos é formada de átomos,
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e que os átomos são formados de pedaços menores ligados pela força elétrica.
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Um átomo é um núcleo de carga elétrica positiva, com elétrons de carga elétrica
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negativo orbitando o núcleo, e tudo isso se mantém unido pela força elétrica.
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Se o elétron recebe energia, ele pode se separar do átomo e se transformar em uma
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carga elétrica livre.
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Um elétron livre.
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Todo tipo de carga elétrica pode gerar correntes elétricas, mas o caso mais comum e de maior interesse é o caso em que elétrons livres formam a corrente
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elétrica através de condutores.
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Condutores são definidos como materiais que permitem a passagem de cargas em movimento
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com facilidade.
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E eles são o oposto de resistores, que são materiais que resistem à passagem de cargas
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em movimento.
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O material que compõe o resistor muitas vezes esquenta quando uma corrente elétrica passa
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por ele.
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E esse calor é gerado justamente pela resistência à passagem de correntes elétricas. Já os condutores, por definição, têm pouca
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resistência elétrica e para todos os efeitos práticos permitem que elétrons
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se movam livremente. Ou pelo menos quase isso, mas logo a gente vai entrar nos detalhes.
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A corrente elétrica que está acendendo a minha lâmpada é o resultado do movimento
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dos elétrons através de um fio condutor de córporeo.
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E agora que nós sabemos do que eletricidade é feita, nós podemos aprender a criar eletricidade,
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que significa aprender a mover os elétrons.
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E uma das formas de fazer isso é usando a força elétrica.
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Cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem.
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Se o nosso objetivo é mover elétrons através de um fio, nós podemos simplesmente colocar
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um monte de cargas negativas em uma das pontas do fio e um monte de cargas positivas do outro lado.
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Os elétrons vão ser repelidos pelas cargas negativas e atraídos pelas positivas.
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Então eles vão se mover da ponta negativa em direção à ponta positiva.
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Essa é basicamente a lógica de como a bateria funciona.
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Um dos lados da bateria está cheio de cargas negativas e o outro de cargas positivas.
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E aí quando você conecta as pontas com um fio, uma corrente elétrica surge.
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E aqui uma nota de cuidado. A corrente elétrica, por definição, se move do lado
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positivo para o lado negativo, enquanto os elétrons se movem da carga negativa para
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a positiva. Então sim, a corrente elétrica se move de forma contrária aos elétrons.
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E sim, isso é bem chato de levar em conta. A razão disso é porque, historicamente,
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nós primeiro aprendemos como a eletricidade funciona. E só um século depois, nós descobrimos
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que são cargas negativas que compõem a eletricidade.
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A descrição de elétrons fugindo de cargas negativas em direção a cargas positivas
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não é a forma mais completa de descrever como e por que elétrons se movem.
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A presença de cargas negativas e positivas cria uma coisa chamada campo elétrico.
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O campo elétrico é o que, de fato, comunica a força elétrica das cargas.
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É a interação entre esse campo e uma partícula carregada que gera o movimento,
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que gera uma corrente elétrica.
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Cargas elétricas geram campos elétricos naturalmente,
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mas cargas elétricas não são a forma mais conveniente de gerar eletricidade.
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A forma mais conveniente de gerar campos elétricos e eletricidade, por consequência,
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é usando imãs.
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Os imãs têm campos magnéticos.
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Campos magnéticos e elétricos são expressões diferentes
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do mesmo fenômeno físico do eletromagnetismo.
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Por isso, é possível transformar campos magnéticos em campos elétricos usando o movimento.
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Quando um campo magnético se move, ele induz um campo elétrico.
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E quando um ímã se move, o seu campo magnético se move junto e induz um campo elétrico,
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que pode mover elétrons e produzir eletricidade.
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É usando esse princípio que a eletricidade é produzida em usinas de energia elétrica de todos os tipos.
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Salvo a energia solar, que é diferente, né?
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No caso de usinas hidrelétricas, como a usina de Itaipu, a água caindo de uma
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elevação gira turbinas com um ímã cercado de fios condutores. O giro da turbina faz um ímã girar,
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que gera um campo elétrico intenso. Isso inicia uma corrente elétrica nos fios condutores ao
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redor do ímã. O movimento da água caindo é transformado em movimento de um ímã, que gera
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um campo elétrico, que então gera a corrente elétrica. E é essa corrente elétrica que pode transmitir a energia da água caindo em Itaipu por quase
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o Brasil inteiro de forma eficiente.
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Perfeito!
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Então, agora nós temos todos os ingredientes para responder às três perguntas do começo
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do vídeo.
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A primeira, qual é a velocidade dos elétrons dentro de um fio com uma corrente elétrica?
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Para isso, vamos pensar no mundo microscópico dentro de um fio condutor.
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O fio está de alguma forma conectado a uma fonte de energia elétrica, que pode ser cargas ou imãs em movimento,
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que geram um campo elétrico. Condutores são excelentes em transportar campos elétricos,
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da mesma forma que eles transportam cargas. Então, o campo elétrico permeia todo condutor.
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O condutor está cheio de elétrons livres e o campo elétrico começa a mover esses elétrons.
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A velocidade média desses elétrons devido ao campo elétrico é chamada de velocidade de arraste,
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ou velocidade de deriva. A velocidade de arraste depende tanto da intensidade do
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campo elétrico quanto das propriedades do material condutor.
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O caminho através do fio não é uma reta perfeita. O fio é cheio de átomos, e os
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átomos são formados por partículas de carga positiva e negativa.
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Esses átomos no caminho limitam o quão rápido um elétron pode se mover mesmo em um condutor.
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Um condutor simplesmente permite que elétrons se movam com facilidade, mas ainda existe uma velocidade limite para esse movimento.
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Em um condutor usual, a velocidade de arraste dos elétrons é de 1 metro para cada 12 horas.
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Ou seja, demoraria 2 dias para um elétron sair de um interruptor e alcançar uma lâmpada
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a apenas 4 metros de distância.
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E com isso nós respondemos à primeira pergunta, que era qual é a velocidade de elétrons
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dentro de um fio condutor.
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Mas não vá embora ainda, porque nós acabamos de começar.
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Quando eu aperto o interruptor, a lâmpada acende ou apaga imediatamente.
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Mas eu acabei de falar que a velocidade dos elétrons dentro de um fio é extremamente baixa.
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Se os elétrons se movem tão devagar dentro de um fio, então deveria demorar dias para a lâmpada acender.
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Então, como é que o interruptor consegue acender uma lâmpada na hora?
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Na hora.
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A resposta é que a velocidade dos elétrons no fio não é a velocidade da eletricidade.
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E mais, a eletricidade não é só os elétrons no fio.
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A eletricidade é a combinação dos elétrons no fio mais o campo elétrico que move os
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elétrons.
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Inclusive, o fio está sempre cheio de elétrons em todas as partes, inclusive perto da lâmpada
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que você quer acender.
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O que faz a lâmpada acender é que ao apertar o interruptor você permite que o campo elétrico alcance os elétrons próximos à lâmpada
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e mova eles, e isso acende a lâmpada.
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O que liga a lâmpada não são os elétrons que passam pelo interruptor,
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e sim o campo elétrico que agora atravessa todo o circuito que conecta a lâmpada,
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o interruptor e a fonte dessa energia.
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Uma boa maneira de visualizar isso é pensar em uma mangueira conectada a uma torneira.
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Se a mangueira está vazia e você liga a torneira, a água tem que sair da torneira, percorrer
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toda a mangueira e então sair do outro lado.
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E isso demora.
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Mas se a mangueira já estiver cheia de água, quando você liga a torneira, a água saindo
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dela empurra a água que está logo na frente, que então passa esse empurrão para frente
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sucessivamente até chegar na água que já estava perto da saída da mangueira.
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E como resultado, você tem a impressão de que dessa vez a água saiu da mangueira quase que instantaneamente.
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Esse segundo caso é o caso mais próximo de como fios elétricos funcionam.
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O fio sempre está preenchido de elétrons,
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e o campo elétrico empurra esses elétrons para frente.
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E com qual velocidade esse campo elétrico se espalha?
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Com a velocidade da luz.
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Ou seja, a velocidade da eletricidade é a velocidade da luz.
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Segunda pergunta respondida.
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Mas calma que ainda falta uma dúvida que eu tenho certeza que vai tirar o sono de muita gente.
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Agora nós entendemos o porquê de as lâmpadas acenderem e apagarem instantaneamente,
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mesmo com elétrons se movendo bem devagar dentro de um fio. Só tem mais um problema.
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A corrente do fio da lâmpada é corrente alternada. Os elétrons são empurrados e puxados.
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Isso significa que, na média, os elétrons não saem do lugar.
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Então, como que esse vai e vem da corrente alternada consegue produzir energia?
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Uma lâmpada é um resistor elétrico e não um condutor.
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Sempre que um elétron tenta cruzar um resistor, ele sofre uma resistência extrema,
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então ele perde a sua energia.
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E essa energia geralmente é liberada na forma de calor,
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e normalmente o elétron pararia de se mover.
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Mas em um circuito elétrico, o elétron é forçado a continuar se movendo pelo campo elétrico.
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Então, o campo elétrico empurra o elétron para frente e o resistor rouba
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essa energia, dando calor para a lâmpada. Quando o elétron é puxado de volta pelo
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campo elétrico alternado, ele novamente acelera, ganha energia do campo, mas
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novamente tem a sua energia roubada pelo resistor. E então o ciclo se repete.
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O movimento de vai e vem dos elétrons é tipo tentar fazer fogo girando um palito
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sobre galhos secos. A verdade é que não importa se, na média, os elétrons vão saindo do lugar,
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porque a cada momento existe atrito roubando a energia do movimento e transformando-a em calor.
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E isso é verdade tanto no caso de uma fogueira, enquanto nós tentamos fazer fogo com palitos,
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quanto no caso de uma lâmpada aquecendo um filamento de tungstênio a milhares de graus para fazê-la brilhar.
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De certa forma, lâmpadas são fogueiras modernas em que, ao invés de girar palitos com a mão,
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usinas elétricas giram elétrons.
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O que importa para transmitir energia como eletricidade
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é que exista algo no circuito elétrico tentando impedir o movimento do elétron.
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E isso vai gerar um gasto de energia,
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energia que pode ser utilizada de todas as formas.
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Inclusive, a analogia da fogueira é bem mais precisa do que parece.
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O fogo é uma reação química,
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e reações químicas são determinadas pela troca e movimento de elétrons.
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Eletricidade é como a versão máxima do controle do fogo, e que nós abrimos mão de tudo,
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menos do movimento dos elétrons, que é onde a energia de verdade está.
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Eu espero que todos vocês tenham ficado fascinados, porque eu fiquei.
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E se possível, deixem um gostei nesse vídeo e um comentário para ajudar o canal a crescer.
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Muito obrigado e até a próxima!
![. [Inteligência Artificial] Módulo 1 - Introdução à Inteligência Artificial aula 1](https://ruhnrawpgxrzdrgaohnf.supabase.co/storage/v1/object/public/images/video/L9mwwD9Lpig/thumbnail.jpg)
