A energia elétrica não chega a sua casa da maneira que te ensinaram na escola ou que você aprendeu em algum lugar. Este tipo de abordagem de como funciona, com os elétrons percorrendo dois cabos , levando e trazendo de volta a energia é apenas um modelo educativo para facilitar melhor o entendimento da questão; pois a maneira correta é mais complexa apesar de não ser tão difícil assim seu entendimento.
Se aprende que os cabos de energia são como um cubo fechado que dentro deles, através de um fio de metal que conduzem os elétrons e assim, cabe a central de energia empurrar e puxar de volta a energia 60 vezes por segundo ( ciclos), e quando na sua casa estes ciclos de elétrons passam pelo seu equipamento elétrico, eles ligam ele e o fazem funcionar. porém, se fosse apenas dessa maneira, ninguém gastaria a energia. não teríamos gastos de energia. Não há um cabo de energia que vai da central até a sua casa e outro que faz o oposto. Na verdade, existem brechas físicas, quebras na linha e os elétrons em si, não tem energia potencial.
Durante as décadas de 1860 e 1870, a ciência deu grandes saltos no entendimento de como funciona o mundo e o universo. Foi nessa época que o físico escocês James Clerk Maxwell descobriu que a luz é feita de campos elétricos e magnéticos oscilantes. Tais campos oscilam perpendicularmente entre eles, e vivem em fase. Se um está em sua fase máxima, o mesmo acontece com o outro.
Maxwell, fez assim as equações que governam o comportamento dos campos elétricos e magnéticos e por entre estas ondas. hoje conhecidas como Equações de Maxwell.
Depois, em 1883, John Henry Poynting, um dos discípulos de Maxwell, imagina a conservação da energia. Se a energia é conservada localmente em cada região do espaço, deveria ser possível rastrear o caminho por onde ela passa. como a energia que vem até a gente desde o Sol. Ela demora 8 minutos viajando até chegar a gente e durante este tempo, a energia é armazenada e transmitida através dos campos elétricos e magnéticos da luz.
Poynting elaborou então, uma equação capaz de descrever o fluxo de energia. ou seja: quanta energia magnética passa por determinada área por segundo. Isso ficou conhecido como Vetor de Poynting. Dessa maneira, passou-se a saber então, que a energia flui perpendicularmente em relação aos campos magnéticos e elétricos.( indo adiante por entre ambos.) e essa é a mesma direção em que viaja a luz. fazendo com que tenha sentido, pois a luz leva energia desde a sua fonte até seu destino. e isso funciona não somente para a luz, como também para cada vez que coincidem campos elétricos e magnéticos.
Sempre que existem campos elétricos e magnéticos juntos, existe um fluxo de energia. e é possível calculá-lo usando o Vetor de Poynting.
Por exemplo, em um circuito simples , em que de um lado está conectado por cabos uma bateria e no outro uma lâmpada, a bateria em si mesma tem um campo elétrico mas como as cargas não se movem , não há campo magnético. e assim a bateria não perde a energia. quando essa bateria é conectada ao circuito de cabos, o seu campo elétrico se estende por este circuito na velocidade da luz. este campo elétrico empurra elétrons que se acumulam em algum momento na superfície do cabo condutor gerando assim cargas negativas e daí passam pela lâmpada e a ascende e em seguida se reduzem em cargas positivas no sentido contrário ao voltar pelo outro cabo até a bateria. Tais cargas em sua superfície, criam um pequeno campo elétrico dentro dos cabos fazendo com que os elétrons viajem preferencialmente em uma direção. sendo que a velocidade em que viajam é muito lenta. ao redor de um décimo de milímetro por segundo. e isto é a corrente convencional que por definição flui contrária ao sentido dos elétrons. e isto porque a carga na superfície dos condutores também cria um campo elétrico por fora dos cabos. e a corrente dentro dos cabos cria um campo magnético fora deles. passando a existir uma combinação de campos elétricos e magnéticos no espaço ao redor do circuito. Assim , segundo a Teoria de Poynting, deveria haver um fluxo de energia. e é possível determinar a direção deste fluxo usando a Regra da mão direita.
Ao redor da bateria, o campo elétrico está abaixo e o campo magnético está dentro do envolto. assim, dessa maneira, a luz flui pra fora e para a direita da bateria. assim, ao redor da bateria, é possível perceber que a energia é irradiada para fora. A energia passa para o lado de fora através dos lados da bateria em direção aos campos desta. através dos cabos também acaba acontecendo o mesmo. e na lâmpada, o Vetor de Poynting informa que dentro da lâmpada, ela está obtendo energia de dentro do campo e se a energia é vetorial, ela está chegando de todas as direções até a lâmpada. tomando inúmeros caminhos até a lâmpada. mas sempre sendo transmitida através dos campos elétricos e magnéticos.
Dessa maneira, é lógico então que não pagamos todos meses para termos elétrons entrando e saindo dos cabos.
É difícil de se acreditar que a energia flui através do espaço em volta dos cabos , mas é o que realmente acontece.
Dessa maneira a energia chega até a nossas casas, embora os elétrons trafeguem em duas direções, ao usarmos o modelo de Poynting, percebemos por fim que a energia flui em apenas uma direção. Da bateria até a lâmpada. e assim, são os campos e não os elétrons que levam a energia. e os elétrons, na verdade não se movem quase nada ou até mesmo nada!
E se no lugar de uma bateria, colocarmos uma fonte de corrente alternada, a direção da corrente então se reverte a cada meio ciclo. Ou seja: Tanto os campos elétricos como os magnéticos, se invertem ao mesmo tempo. e dessa maneira, a todo instante, o Vetor de Poynting segue apontando da mesma direção, da fonte até a lâmpada. E da mesma forma como ocorre com a corrente contínua, também ocorre com a alternada.
E é assim verdadeiramente que a energia elétrica flui desde a central até a sua casa.
E dentro dos cabos os elétrons se movem de trás para a frente. mas não carregam a energia. é fora dos cabos que os campos elétricos e magnéticos viajam da central elétrica até nossos lares.
E isso foi comprovado da forma mais prática e trágica possível quando foram instalados campos submarinos de telégrafos no primeiro cabo transatlântico instalado em 1858.
Ele funcionou apenas um mês e nunca funcionou realmente bem pois na verdade ocorreram inúmeros tipos de distorções ao enviar sinais. Ao enviar tantos sinais por debaixo do mar, os pulsos se distorciam e se alongavam. Era difícil fazer a distinção entre os pontos e os números do código morse. Foi então feito um enorme debate entre os cientistas da época e Oliver Heaviside e GF Fitzgerald descobriram o motivo; É que os campos ao redor dos cabos o que na verdade levavam a energia e a informação. e então, foi provado que isto era correto. Para ilhar e proteger o cabo submarino, o condutor de cobre central foi envolto em material isolante e introduzido em uma capa de ferro. O ferro era para proteger o cabo , mas como bom condutor acabava interferindo com a propagação de campos eletromagnéticos já que aumentava a capacitância do cabo.
E por isto hoje a maioria dos cabos de energia elétrica são suspensos bem no alto em torres, pois a própria terra úmida funciona como um condutor. e é melhor ter um grande espaço no ar que isole os cabos do chão.
Fonte: Veritasium en espanõl no YouTube.