Diferença de potencial

Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Física
Ensino Médio, 3° Ano
Diferença de potencial
Física, 3° Ano do Ensino Médio
Diferença de potencial
DIFERENÇA DE POTENCIAL
Curiosamente, os pássaros conseguem pousar sobre fios elétricos,
encapados ou não, sem levar choque. Aparentemente causa
grande espanto quando analisado, pois quando um fio
desencapado é tocado, libera grande descarga elétrica. Com os
pássaros é diferente.
Image: Birds on a wire/ Paul Anderson/ Creative
Commons
A distância entre as patas dos
pássaros é bem curta, não é
suficiente para gerar um
potencial elétrico entre dois
pontos (DDP). Logo não se
forma um caminho fechado
para a existência da corrente
elétrica.
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Diferença de potencial
DIFERENÇA DE POTENCIAL
Tensão elétrica ou diferencial de potencial (ddp) é a diferença de
potencial entre dois pontos.
A ddp também pode ser
explicada como a
quantidade de energia
gerada para movimentar
uma carga elétrica. Na
figura ao lado, a bateria é
a fonte geradora de
energia que oferece uma
diferença de potencial
entre seus terminais.
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Diferença de potencial
DIFERENÇA DE POTENCIAL
Por exemplo, dois reservatórios que tenham diferentes níveis de água
interligados por uma mangueira apresentam uma diferença de
potencial (ddp).
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Diferença de potencial
DIFERENÇA DE POTENCIAL
DIFERENÇA
NO NÍVEL DA
ÁGUA
Se abrirmos
o registro
www.fundacentro.gov.br/.../3_Segur%20Eletricidade%20_.
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Diferença de potencial
DIFERENÇA DE POTENCIAL
Para termos um
movimento de água, é
necessário um
desnível de água
(pressão).
O mesmo acontece
com os elétrons.
Para que eles se
movimentem, é
necessário termos
uma pressão elétrica.
...NÃO HÁ
MAIS
DESNÍVEL.
À pressão exercida sobre os elétrons, chamamos de tensão
elétrica ou d.d.p. (diferença de potencial).
www.fundacentro.gov.br/.../3_Segur%20Eletricidade%20_.
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DIFERENÇA DE POTENCIAL
Unidade de medida da tensão elétrica:
Símbolo - V
Unidade - VOLTS (V)
Image: Bela Nemeth/ GNU Free Documentation
License
Diferença de potencial ou Tensão elétrica - É a pressão exercida
sobre os elétrons livres para que estes se movimentem no interior de
um condutor.
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Diferença de potencial
DIFERENÇA DE POTENCIAL
Movimento desordenado
A carga elétrica tem a
propriedade de atração ou
repulsão entre prótons e
elétrons.
Devido à propriedade de
atração e repulsão, quando
oferecemos um potencial
positivo, este tende a atrair os
elétrons, causando um
movimento ordenado deles em
um único sentido e direção.
Movimento ordenado
BATERIA
Deve existir uma diferença de potencial (DDP) em volts (V) para o movimento
dos elétrons.
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Diferença de potencial
DIFERENÇA DE POTENCIAL
• Criando polos (positivos e negativos) nos
extremos, a ddp provoca um movimento
ordenado dos elétrons, originando assim uma
corrente elétrica.
A
A
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Diferença de potencial
DIFERENÇA DE POTENCIAL
No circuito elétrico, o gerador, no exemplo abaixo é a pilha, a qual oferece
uma ddp que origina uma corrente elétrica, que percorre o circuito, faz
acender a lâmpada e retornar à pilha.
Image: Acmefixer/ GNU Free Documentation License
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TRABALHO E DIFERENÇA DE POTENCIAL
A ddp é quantidade de energia gerada para movimentar uma carga, portanto,
o gerador necessita liberar energia elétrica para movimentar uma carga
eletrizada.
A fórmula para calcular a ddp a partir desse conceito é:
U = Eel / q
ou
U = TAB
/q
Onde:
•U= Diferença de potencial ou tensão elétrica;
•Eel= Energia elétrica;
•TAB = Trabalho realizado por uma carga do ponto A ao ponto B;
•q= Quantidade de carga eletrizada.
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Diferença de potencial
TRABALHO E DIFERENÇA DE POTENCIAL
O trabalho da força elétrica resultante sobre uma carga que não depende da
forma da trajetória e sim dos pontos de partida (A) e de chegada (B).
Para alterar o valor do trabalho, seria necessário variar o valor da carga ou
os pontos de partida e de chegada.
U = VA - VB,
a
B
então a fórmula U = TAB / q também
pode ser escrita como
A
VA - VB = TAB / q
b
VA – Potencial elétrico em A
VB – Potencial elétrico em B
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Diferença de potencial
TRABALHO E DIFERENÇA DE POTENCIAL
E
Quando uma carga elétrica é posta em
repouso num ponto A de um campo
elétrico, ela fica sujeita a uma força
elétrica e desloca-se espontanamente.
Neste caso, a força elétrica realiza um
trabalho positivo.
A
B
Fel
d
VA > VB
E
Para haver um trabalho positivo, observandose a fórmula TAB = q (VA – VB), percebe-se que:
- Quando q > 0
- Quando q < 0
V A – VB > 0
V A – VB < 0
VA > VB
B
Fel
d
VA < VB
VA < VB
A
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DIFERENÇA DE POTENCIAL
Também é possível calcular a ddp de um circuito tendo as grandezas de
corrente e resistência:
U= I.R
Onde:
•U= ddp ou tensão elétrica;
•I= corrente elétrica;
•R= resistência elétrica.
I
V
R
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DIFERENÇA DE POTENCIAL
Se analisarmos, poderemos calcular a ddp também através da potência
elétrica:
U= P/I
Onde:
Bipolo
i
•P= potência elétrica;
•I= corrente elétrica.
U
POTÊNCIA ELÉTRICA
Pot = U.i
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Múltiplos e Submúltiplos
Para valores elevados, utilizamos
os múltiplos e para valores muito
baixos, os submúltiplos.
GV
MV
kV
Para descer um
degrau, caminhe com
a vírgula
3 casas à direita.
V
mV
V
Para subir um
degrau, caminhe com
a vírgula
3 casas à esquerda.
nV
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TRANSFORMAÇÃO DE UNIDADES
Nome
Símbolo
Como se relaciona
com o volt
Usando a
notação
científica
Múltiplos
quilovolt
megavolt
kV
MV
1kV = 1.000
1MV = 1.000.000 V
1kV = 1x10³ V
1MV = 1x10⁶ V
Submúltiplos
milivolt
mV
1mV = 0,001V
1mV = 1x 10⁻³ V
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TRANSFORMAÇÃO DE UNIDADES
13,8 kV
= 13.800 V
13,8 quilovolts = 13,8 KV = 13,8 x 10³ V
34,5 kV
= 34.500 V
34,5 quilovolts = 34,5KV = 34,5 x 10³ V
220 V
= 0,22 kV
220 volts = 0,22 KV = 0,22 x10³ V
127 V
= 0,127 kV
127 volts = 0,127 KV = 0,127 x 10³ V
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MEDIÇÃO DA DDP
VOLTÍMETRO – Equipamento utilizado para aferir a ddp em um circuito élétrico.
Image:m PACO/ GNU Free Documentation License
O voltímetro deve ser ligado em paralelo para fazer a medição.
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VOLTÍMETRO
A graduação máxima da escala maior que a
tensão medida.
A leitura deve ser a mais próxima possível
do meio da escala.
Ajustar o zero (sempre na ausência de
tensão).
Não mudar a posição de utilização do
aparelho.
Imagem: Oguenther, 5/5/2011/ Public Domain
www.fundacentro.gov.br/.../3_Segur%20Eletricidade%20_
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DIFERENÇA DE POTENCIAL
Considera um circuito elétrico constituído por 1 pilha de 3 Volts, 1 interruptor e
2 lâmpadas de resistências distintas ligadas em série com a pilha.
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Diferença de potencial
DIFERENÇA DE POTENCIAL
Ao medir a d.d.p. aos terminais da pilha, o voltímetro registra 3 Volts
A d.d.p. 1.ª lâmpada + d.d.p. 2.ª lâmpada = 2 + 1 = 3 V
V
X
V
3V
X
3V
X
X
V
V
2V
1V
POTÊNCIA ELÉTRICA
Instala-se o voltímetro em paralelo à bateria ou às lâmpadas.
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DIFERENÇA DE POTENCIAL
Considere um circuito elétrico constituído por 1 pilha de 3 Volts, 1 interruptor e 2
lâmpadas ligadas agora em paralelo com a pilha.
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DIFERENÇA DE POTENCIAL
Ao medir a d.d.p. na pilha e nas lâmpadas, os resultados foram os
seguintes:
V
3V
Num circuito em paralelo
como o deste exemplo, a
d.d.p. do ramo principal é
igual à d.d.p. em cada
um dos outros .
V
X
X
V
3V
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DIFERENÇA DE POTENCIAL
A diferença de potencial
entre os extremos de uma
associação em série de dois
resistores de resistências
10Ω e 100 Ω é 220V. Qual é
a diferença de potencial
entre os extremos do resistor
de 10 Ω?
Resposta
U = R.i
Ueq = Req.i
220 = 110.i
i = 220/110
i = 2A
10 Ω
100 Ω
Para o resistor de 10 Ω.
U = R.i
220v
U = 10.2
U = 20A
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Diferença de potencial
Problematização:
Diariamente, acionamos interruptores para acender e apagar lâmpadas.
Você é capaz de explicar este fenômeno fisicamente?
Em grupo, organizem uma explicação científica para ser socializada.
Image: Jorts/ GNU Free Documentation License
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Diferença de potencial
Revisão bibliográfica
CALÇADA, C. S.; SAMPAIO, J. L. Física Clássica – Mecanica, São Paulo:
Atual,1985.
ALVARENGA, B.; MÀXIMO, A. Física - Ensino Médio, São Paulo: Scipione, 2008.
vol. 1.
Sites:
www.fundacentro.gov.br/.../3_Segur%20Eletricidade%20_.
http://www.infoescola.com/fisica/tensao-eletrica/
www.brasilescola.com/.../por-que-passaros-nao-tomam-choque-fios
Tabela de Imagens
n° do
slide
direito da imagem como está ao lado da
foto
link do site onde se consegiu a informação
Data do
Acesso
2
19
PACO/ GNU Free Documentation License
20
Oguenther, 5/5/2011/ Public Domain
26
Jorts/ GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Birds_on_
a_Wire_-_geograph.org.uk__551515.jpg?uselang=pt-br
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Circuit1.jp
g
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Conventio
nal_Joule_Thief_with_red_LED.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ohm%27s
_Law_with_Voltage_source.svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Volt%C3%
ADmetro.png
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Millivoltm
eter2-og.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FFOE003.j
pg
21/08/2012
14
Birds on a wire/ Paul Anderson/ reative
CommonsAtribuição-Partilha nos Termos da
Mesma Licença 2.0 Genérica
Bela Nemeth/ GNU Free Documentation
License
Acmefixer/ GNU Free Documentation
License
inductiveload/ Public Domain
7
10
21/08/2012
21/08/2012
21/08/2012
21/08/2012
21/08/2012
22/08/2012