eletrodinamica corrente eletrica

ELETRODINÂMICA
Prof. SIMONE CARMO DA SILVA
ELETRODINÂMICA
É a parte da Física que estuda os
efeitos da corrente elétrica.
Introdução
Nas aulas anteriores, os condutores estavam em
equilíbrio eletrostático, ou seja, os elétrons livres
possuíam um movimento desordenado decorrente
da agitação térmica.
Considere um fio condutor de tal maneira que não
haja diferença de potencial nos seus extremos.
A
B
UAB = 0
Os elétrons livres deste fio movem-se em todas as
direções com movimento desordenado.
Corrente Elétrica
Denomina-se Corrente Elétrica ao
movimento ordenado de cargas
elétricas em um condutor.
Introdução
Quando se estabelece uma diferença de potencial nos extremos do
fio condutor, os elétrons livres do fio passam a se deslocar
ordenadamente da extremidade B para a extremidade A.
A
E
B
UAB  0
VA > VB
Agora as cargas elétricas possuem um movimento ordenado e os
fenômenos elétricos decorrentes deste movimento preferencial das
cargas serão analisados pela eletrodinâmica.
Natureza
• Quanto a natureza, a corrente elétrica pode
ser classificada em: Eletrônica e iônica.
• Corrente eletrônica: É aquela constituída pelo
deslocamento dos elétrons livres. Ocorre
principalmente em condutores metálicos.
• Corrente iônica: É aquela constituída pelo
deslocamento dos íons positivos negativos,
movendo-se simultaneamente em sentidos
opostos. Ocorre nas soluções eletrolíticas:
Soluções de ácidos, sais ou bases, e nos
gases ionizados: Lâmpadas fluorescentes.
CORRENTE ELÉTRICA
+
+
++
+
Líquido
+
Corrente iônica
+
Gás
Corrente iônica
Sólido
Corrente eletrônica
CORRENTE ELÉTRICA
ddp =(VA – VB)
VA
VB
Bateria é um exemplo
de Gerado elétrico
+
Pólo positivo é de maior potencial
(VA)
Pólo negativo é de menor potencial (Vb)
+
As cargas se
movimentam
em todas as
direções.
Porem, não
temos
corrente
elétrica.
+
E
i
ddp =(VA – VB)
Corrente elétrica
é o movimento
ordenado de
cargas elétricas
Corrente elétrica
eletrônica é o
movimento
ordenado de
elétrons
CORRENTE ELÉTRICA ( i )
Condutores iônicos
+ ÍONS
++
+
- ÍONS
Corrente
elétrica iônica é
o movimento
ordenado de
ÍONS
SENTIDO DA CORRENTE ELÉTRICA
E
Sentido
convencional
da corrente
+
-
• O sentido
convencional
da corrente
elétrica é o
sentido
imaginário das
cargas
positivas, isto
é, o mesmo do
i E
iE
+
Sentido
real da
corrente
+
-
Sentido
convencional
da corrente
+
-
ELETRÔNICA E ELETRICIDADE BÁSICA
Eletrodinâmica
Corrente elétrica
O sentido da corrente é convencionado como o deslocamento das cargas livres positivas
do condutor. É chamada corrente convencional a corrente de cargas positivas num
condutor metálico, enquanto a corrente real é a corrente das cargas livres negativas, isto
é, dos elétrons.
INTENSIDADE DA CORRENTE
ELÉTRICA ( i )
S = área da secção
transversal
Nº
Carga Carga
elétrons “e” Total (C)
-19
-19
01
1,6.10 1,6.10
-19
02
03
-19
1,6.10-19 3,2.10
1,6.10 4,8.10
INTENSIDADE DA CORRENTE
ELÉTRICA ( i )
ΔQ
i=
Δt
ΔQ= carga elétrica
Δt = tempo
A intensidade de corrente
elétrica ( i ), é dada pela quantidade
de carga Δq que passa durante um
tempo (Δt) através de uma secção
transversal de um condutor.
UNIDADE DE CORRENTE
ELÉTRICA
1 Coulomb
i=
=1 Ampère
1segundo
1C
i=
=1 A
1s
Unidade
do S.I
Unidades
coulomb/segundo
(ampére) (A)
GA
Para cada degrau
descido, multiplique
por 10-3
MA
kA
A
1mA = 10 A
-6
1µA = 10 A
mA
A
nA
-3
Para cada degrau
subido, multiplique
por 103
TIPOS DE CORRENTE ELÉTRICAS
CORRENTE ELÉTRICA CONTÍNUA
• É aquela que
mantém o
sentido de
+
deslocamento
constante.
i
t(s)
I(A)
0
3
1
3
2
3
3
3
i(A)
3
1
2
3
t(s)
É aquela que mantém sentido
de deslocamento constante.
Quando além do sentido a
intensidade também se
mantém constante, a corrente é
chamada de corrente continua
constante.
CORRENTE ELÉTRICA ALTERNADA
A
t
60 ciclos
por
É aquela cuja sentido e segundo
a intensidade variam
periodicamete .
• Exemplo
• Se em uma secção transversal
de um condutor passar 30C em
6s. Temos uma corrente de:
30C
ΔQ
=
= 5A
i=
6s
Δt
Quantos elétrons são necessários para termos a corrente de 1A
Exemplo
Pela secção de um condutor circulam
5 bilhões de elétrons a cada milésimo
de segundo. Qual a intensidade da
corrente?
Solução
• O valor da carga é
proporcional aos 5
bilhões de elétrons:
• Q=n*e
• Q=5.109*1,6.10-19
• Q= 8.10-10 C
• O tempo de um milésimo
de segundo corresponde
à 0,001 s = 1.10-3s, logo
Q
i
t
10
8.10
i
3
1.10
7
i  8.10 A
ELEMENTOS DE UM CIRCUITO
ELÉTRICO
i
Dispositivo
de
manobra
+
-
Gerado
r
Lâmpada
Dispositivo
de
manobra
Gerado
r
i
Lâmpada
E
Dispositivo
de manobra
fechado
+
-
Gerado
r
RESISTOR ELÉTRICO
Dispositivo elétrico que
transforma toda a energia
ELÉTRICA consumida em
TÉRMICA
R
R
Resistores, para que servem?
Lei de OHM
• Em condutor que está sendo percorrido
por uma corrente elétrica, os elétrons ao
longo do seu percurso pelo condutor,
sofrem uma oposição à sua passagem.
• A medida desta oposição é dada por uma
grandeza chamada de resistência elétrica
( R ).
R
RESISTENCIA É A MEDIDA DA
DIFICULDADE QUE AS CARGAS
ELETRICAS ENCONTRAM AO
ATRAVESSAR UM CONDUTOR
ELETRÔNICA E ELETRICIDADE BÁSICA
Eletrodinâmica
1ª Lei de Ohm
A Lei de Ohm nos diz que a relação entre a
tensão elétrica aplicada no circuito e a corrente
é igual a uma constante chamada resistência
elétrica, ou seja:
1ª Lei de Ohm
Lei de Ohm – Materiais Ôhmicos
Quando a resistência de um material não varia com a d.d.p.
aplicada, dizemos que o material é ôhmico, e portanto a
resistência é constante e o gráfico da d.d.p. pela corrente é
uma reta.
Exemplo:
Materiais ôhmicos:
U
Tgα=
I
=R
10
30
40
𝑅=
=
=
=5Ω
2
6
8
Materiais não ôhmicos:
A RESISTENCIA VARIA
2ª Lei de Ohm
Com essa experiência, Ohm observou que a
variação de resistência depende do material, do
comprimento e da área enunciando a segunda
lei: “A resistência elétrica do condutor é
diretamente proporcional ao seu comprimento
(L), inversamente proporcional a sua área de
secção (A) e depende ainda do material com
que é feito este condutor
”.
2ª Lei de Ohm
Ohm realizou estudos a fim de analisar o
comportamento da resistência elétrica dos
materiais, variando a resistência R de quatro
formas diferentes:
ELETRÔNICA E ELETRICIDADE BÁSICA
Eletrodinâmica
2ª Lei de Ohm
1° Caso – Aplicou uma mesma ddp em dois
condutores de mesma área, comprimento e
material, constatando que a corrente
elétrica foi a mesma para os dois condutores.
2° Caso – Aplicou uma mesma ddp em dois
condutores de mesmo comprimento e
material, mas a área do segundo é igual ao
dobro da área do primeiro, constatando-se
um aumento da corrente elétrica.
ELETRÔNICA E ELETRICIDADE BÁSICA
Eletrodinâmica
2ª Lei de Ohm
3° Caso – Aplicou uma mesma ddp em dois
condutores de mesmo material e área, mas
o comprimento do segundo é igual ao
dobro do primeiro, constatando uma
diminuição da corrente elétrica.
4° Caso – Aplicou uma mesma ddp em
dois condutores de mesmo comprimento
e área, porém de materiais diferentes,
constatando que a corrente em cada
material é diferente.
Exercícios:
1) Um circuito apresenta uma ddp de 10V e uma
corrente de 2ª, qual a resistência R nesse circuito?
2) Um fio de cobre, ao ser submetido a uma tensão de
24V, deixa passar uma corrente de 0,2A. Qual é o valor
da resistência do fio?
3) A resistência de um condutor é 20. Calcule a
intensidade da corrente quando este condutor for
submetido a uma tensão de 9V.
4) Que aparelhos do nosso cotidiano utilizam a Lei de
Joule como princípio de funcionamento?
Exercícios:
1- Através de uma seção reta de um condutor, passam 1,2.102
Coulombs num intervalo de 10 minutos. Qual a corrente, em
Ampères?
2- A lâmpada do farol de um automóvel é percorrida por uma
corrente de 2,0 A, durante os 10 segundos em que fica acesa.
a) Qual a quantidade de carga, em Coulombs, que passa por
uma seção do filamento, durante esse tempo?
b) Qual o número de elétrons que atravessa uma seção do
filamento durante 10s?
Potência elétrica
Potência é a relação entre o trabalho realizado e o tempo
gasto para realizá-lo. A potência de um equipamento mede
a taxa de transformação de energia elétrica em trabalho.
Sua unidade é o Watt (W), e sua medição se dá através do
Wattímetro.
Deduzindo as equações que seguem em termos de
potência elétrica, temos:
Potência Elétrica
(P) POTENCIA em watt = (W);
(U) DDP , TENSAO em volt = (V);
(I) CORRENTE ELETRICA em ampère = (A).
(R) RESISTENCIA em ohm(Ω)
(𝜏) TRABALHO em joule (J)
(Δt) VARIACAO DE TEMPERATURA(s)
Potência Elétrica
• É norma prática gravar-se, nos aparelhos
elétricos, a potência elétrica que eles
consomem, bem como o valor da ddp a que
deve ser ligado.
• Assim um aparelho que traz a inscrição
(60 W – 120 V) consome a potência elétrica
de 60 W, quando ligado entre dois pontos
cuja ddp é 120 V.