Corrente elétrica, potência, resistores e leis de Ohm Material

Capítulo
33
Corrente elétrica,
potência, resistores
e leis de Ohm
Material adaptado pelo
Prof. Márcio Marinho
FÍSICA
NICOLAU, TORRES
E PENTEADO
ANOTAÇÕES EM AULA
Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência,
resistores e leis de Ohm
ANTES DE TUDO
• TEMPERATURA
• EQUILÍBRIO
• VASOS COMUNICANTES
• EQUILÍBRIO ELETROSTÁTICO
• ELETRODINÂMICA
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Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência,
resistores e leis de Ohm
Corrente elétrica
Corrente elétrica é o nome dado ao movimento ordenado de
cargas elétricas.
Nos condutores metálicos, os portadores de carga elétrica que
constituem a corrente são os elétrons.
Nas soluções iônicas, os portadores de carga elétrica da
corrente são íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions).
Nos gases ionizados, os portadores de carga da corrente
elétrica são íons e elétrons.
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Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência,
resistores e leis de Ohm
33.1
Corrente elétrica
Por convenção, o sentido da corrente elétrica é contrário ao do
movimento das cargas negativas livres.
e
STUDIO CAPARROZ
i
o
A intensidade média im da corrente elétrica é dada por:
coulomb (C)
coulomb por
C
segundo
s
im =
q
t
segundo (s)
A unidade de medida C recebe o nome de ampère (A).
s
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33.1
Sentido da Corrente elétrica
I – real (o mesmo dos elétrons livres)
II – convencional (contrário ao dos elétrons livres)
e
VA
o
VB
STUDIO CAPARROZ
i
VA < VB
Obs. Os elétrons se movimentam do polo de menor para o
maior potencial elétrico.
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resistores e leis de Ohm
Efeitos da corrente elétrica
Ao se estabelecer uma corrente elétrica em um material
condutor, podemos sempre identificar pelo menos um
dos cinco efeitos descritos a seguir.
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33.2
Efeitos da corrente elétrica
LUSOIMAGES/SHUTTERSTOCK
Efeito térmico
Também conhecido como efeito Joule,
esse efeito surge devido às colisões
entre os átomos do condutor e os
elétrons livres que constituem a
corrente elétrica. O efeito Joule ocorre
em equipamentos elétricos que geram
calor, como aquecedores e chuveiros.
Aquecedor elétrico
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33.2
Efeitos da corrente elétrica
Efeito químico
O efeito químico é a base da eletrólise e acontece quando
uma solução eletrolítica é atravessada por uma corrente
elétrica e sofre decomposição.
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33.2
MARCO MEROLA/LOOK AT SCIENCES/SCIENCE PHOTO LIBRARY/LATINSTOCK
Efeitos da corrente elétrica
Efeito luminoso
A passagem de uma corrente
elétrica através de um gás
rarefeito pode ionizá-lo,
liberando energia em forma de
luz. As lâmpadas fluorescentes
e os letreiros em neon são
aplicações práticas desse efeito.
Lâmpada de plasma
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33.2
Efeitos da corrente elétrica
Efeito fisiológico
Esse efeito acontece quando uma corrente elétrica atravessa
um organismo vivo. Nesse caso, a corrente elétrica afeta
o sistema nervoso e provoca contrações involuntárias
no organismo.
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33.2
Efeitos da corrente elétrica
Efeito magnético
Esse efeito, que sempre se manifesta, é caracterizado pelo
surgimento de um campo magnético nas proximidades
do condutor por onde circula a corrente elétrica. O efeito
magnético serve como base para a construção de motores
elétricos, microfones, alto-falantes, transformadores etc.
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33.2
Corrente elétrica contínua e alternada
1 – CONTÍNUA (DC) 
Uma corrente é considerada
contínua quando o fluxo dos elétrons passa pelo fio do
circuito sempre em um mesmo sentido, ou seja, é sempre
positiva ou sempre negativa. É o que ocorre nas baterias e
pilhas.
2 –
ALTERNADA
(AC)

A corrente alternada é
caracterizada por um fluxo alternado no sentido dos
elétrons. Neste contexto, eles estão mudando de direção
a todo momento, estima-se que 120 vezes por segundo.
É o que ocorre nas tomadas das nossas residencias, por
exemplo.
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GRAFICAMENTE
A área do gráfico da intensidade de corrente
elétrica (i) em função do tempo (t), nos dará a
variação da carga elétrica (q)
ADILSON SECCO
q
N
q = “área” sob i  t
Vamos entender melhor
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33.1
Corrente elétrica
Lei dos nós
Nos circuitos elétricos, o ponto para o qual concorrem três ou
ADILSON SECCO
mais condutores é denominado nó.
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33.1
Corrente elétrica
Lei dos nós
A partir do princípio da conservação das cargas elétricas,
podemos obter uma importante propriedade das correntes
elétricas, conhecida como lei dos nós ou primeira lei
de Kirchhoff.
Em qualquer nó de um circuito elétrico, a soma das
intensidades de correntes que chegam ao nó é igual
à soma das intensidades de correntes que saem dele.
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33.1
EXEMPLO 1
Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um
condutor metálico, quais portadores de carga elétrica entram
em movimento ordenado?
EXEMPLO 2
Quando as extremidades do f io metálico indicado na f igura
são submetidas a uma diferença de potencial U = νB – νA,
em que νA = 20 V e νB = 60 V, em que sentido se movem
seus elétrons livres? Qual é o sentido convencional da
corrente elétrica gerada?
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resistores e leis de Ohm
EXEMPLO 3
Cerca de 106 íons de Na penetram em uma célula nervosa,
em um intervalo de tempo de 1 ms, atravessando sua
membrana. Calcule a intensidade da corrente elétrica
através da membrana, sendo e = 1,6 · 10-19 C a carga
elétrica elementar.
+
EXEMPLO 4
Um fio de cobre é percorrido por uma corrente elétrica
constante, de intensidade 10 A. Sendo de 1,6 · 10-19 C a
carga elétrica elementar, determine:
a) o módulo da carga elétrica que atravessa uma seção
transversal do condutor, durante um segundo;
b) a quantidade de elétrons que atravessa a citada seção,
durante um segundo.
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EXEMPLO 5
A intensidade da corrente elétrica que passa por um
condutor metálico varia com o tempo, de acordo com o
diagrama a seguir: Determine:
a) o módulo da carga elétrica total que passa por uma
seção transversal desse condutor, nos 8 segundos;
b) a intensidade média de corrente elétrica nesse intervalo
de tempo.
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resistores e leis de Ohm
EXEMPLO 6
Três fios condutores de cobre, F1, F2 e F3, estão interligados por solda,
como mostra a figura, e são percorridos por correntes elétricas de
intensidades i1, i2 e i3, respectivamente, sendo i1 = 2 A e i2 = 6 A nos
sentidos indicados. Determine:
a) o sentido e a intensidade da corrente elétrica no fio F3;
b) o sentido em que os elétrons livres percorrem o fio F3;
c) a quantidade de elétrons livres que passa por uma seção transversal
do fio F3 em cada segundo, sendo e = 1,6 · 10-19 C a carga elétrica
elementar.
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resistores e leis de Ohm
EXEMPLO 7
(FCC-SP) O circuito mostrado na figura é formado por uma
bateria (B) e cinco lâmpadas (L). O número junto a cada
lâmpada indica a corrente que passa pela lâmpada, em
ampères: Qual é a corrente que passa pelo ponto X?
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resistores e leis de Ohm
Potência e energia elétrica
Potência é a grandeza física que indica a rapidez com que
determinado trabalho é realizado ou a rapidez com que
determinada quantidade de energia é convertida de uma
forma em outra. Assim:
joule (J)
P=
τ
t
joule por
J
segundo
s
A unidade de medida
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segundo (s)
J
recebe o nome de watt (W).
s
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resistores e leis de Ohm
33.3
Potência e energia elétrica
Para a maioria dos equipamentos elétricos, a quantidade de
energia correspondente a 1 J é muito pequena. Por essa
razão, as companhias elétricas medem a quantidade de
energia elétrica consumida em quilowatt-hora (kWh).
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resistores e leis de Ohm
33.3
Potência e energia elétrica
Um quilowatt-hora (1 kWh) corresponde à energia elétrica
consumida por um equipamento de potência 1 kW (1.000 W)
durante 1 hora (3.600 s). Portanto:
1kWh = 1kW · h
1kWh = 1.000 W · 3.600 s
1kWh = 3,6 · 106 J
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33.3
Potência elétrica
A potência elétrica P é dada por:
P=U·i
watt (W)
ampère (A)
volt (V)
Energia elétrica
A energia elétrica Eel é dada por:
Eel = P·t
watt (W)
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ampère (A)
volt (V)
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33.3
EXEMPLO 8
(UFRGS-RS) O rótulo de um chuveiro elétrico indica 4
500 W e 127 V. Isso significa que, ligado a uma rede
elétrica de 127 V, o chuveiro consome:
a) 4 500 joules por segundo.
b) 4 500 joules por hora.
c) 571 500 joules por segundo.
d) 4 500 calorias por segundo.
e) 4 500 calorias por hora.
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EXEMPLO 9
Por um chuveiro elétrico circula uma corrente de 20 A
quando ele é ligado a uma tensão de 220 V.
Determine:
a) a potência elétrica recebida pelo chuveiro;
b) a energia elétrica consumida pelo chuveiro em 15
minutos de funcionamento, expressa em kWh.
c) a elevação da temperatura da água ao passar pelo
chuveiro com vazão igual a 50 gramas por segundo,
supondo que ela absorva toda a energia dissipada. Use:
calor específico da água = 4,0 J/g °C.
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resistores e leis de Ohm
EXEMPLO 10
A diferença de potencial U entre os terminais de um fio metálico
ligado a uma pilha é igual a 1,2 V e a intensidade da corrente que
o percorre é 5 A. Analise, então, as seguintes afirmações:
I. Os portadores de carga elétrica que percorrem o fio são
elétrons.
II. A soma dos módulos das cargas dos portadores que passam
por uma seção transversal do fio, em cada segundo, é igual a 5
coulombs.
III. O f io recebe 1,2 J de energia de cada coulomb de carga que
o percorre de um terminal ao outro.
IV. A potência elétrica consumida pelo fio é igual a 6 W e isso
significa que o fio recebe 6 joules de energia por segundo, na
forma de energia térmica.
São corretas as seguintes afirmações:
a) Nenhuma.
d) Apenas II e III.
b) Apenas I, II e IV.
e) Todas.
c) Apenas I, III e IV.
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Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência,
resistores e leis de Ohm
EXEMPLO 11
Um aquecedor elétrico de imersão, ligado a uma tomada de
110 V, eleva de 20 °C a 100 °C a temperatura de 660
gramas de água, em 4,0 minutos. Supondo que a água
aproveite toda a energia térmica produzida e sendo 1,0
cal/g °C o seu calor específico, calcule:
a) a potência do aquecedor (use 1,0 cal = 4,2 J);
b) a corrente elétrica no aquecedor.
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resistores e leis de Ohm
EXEMPLO 12
(Unicamp-SP) O gráfico abaixo mostra a potência elétrica (em kW)
consumida em uma certa residência ao longo do dia. A residência é
alimentada com a voltagem de 120 V. Essa residência tem um fusível
que se queima se a corrente ultrapassar um certo valor, para evitar
danos na instalação elétrica. Por outro lado, esse fusível deve suportar
a corrente utilizada na operação normal dos aparelhos da residência.
a) Qual o valor mínimo da corrente que o fusível deve suportar?
b) Qual é a energia em kWh consumida em um dia nessa residência?
c) Qual será o preço a pagar por 30 dias de consumo se o kWh custa
R 0,12?
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Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência,
resistores e leis de Ohm
EXEMPLO 13
(Fuvest-SP) Um certo tipo de lâmpada incandescente comum, de
potência nominal 170 W e tensão nominal 130 V, apresenta a
relação da corrente (I), em função da tensão (V), indicada no
gráfico a seguir. Suponha que duas lâmpadas (A e B), desse
mesmo tipo, foram utilizadas, cada uma, durante 1 hora, sendo:
A – em uma rede elétrica de 130 V;
B – em uma rede elétrica de 100 V.
Ao final desse tempo, a diferença entre o consumo de energia
elétrica das duas lâmpadas, em watt · hora (Wh), foi
aproximadamente de:
a) 0 Wh.
b) 10 Wh.
c) 40 Wh.
d) 50 Wh.
e) 70 Wh.
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Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência,
resistores e leis de Ohm
Resistores e resistência elétrica
Denomina-se resistor o elemento de circuito elétrico cuja
função é converter energia elétrica em energia térmica ou
limitar a intensidade de corrente que passa por determinados
componentes de um circuito.
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resistores e leis de Ohm
33.4
Resistores e resistência elétrica
Nas figuras, vemos alguns exemplos de resistores e alguns
aparelhos equipados com resistores encontrados em nosso
SÉRGIO DOTTA/CID
IGOR KOVALCHUK/SHUTTERSTOCK
dia-a-dia.
Resistência de chuveiro
Lâmpada de tungstênio
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resistores e leis de Ohm
33.4
Resistores e resistência elétrica
Nas figuras, vemos alguns exemplos de resistores e alguns
aparelhos equipados com resistores encontrados em nosso
SÉRGIO DOTTA/CID
SUTSAIY/SHUTTERSTOCK
dia-a-dia.
Resistência de chuveiro
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Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência,
resistores e leis de Ohm
Fritadeira
33.4
Resistores e resistência elétrica
A grandeza física que indica a dificuldade imposta à
movimentação das cargas elétricas que constituem a corrente
através do condutor é denominada resistência elétrica.
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resistores e leis de Ohm
33.4
Resistores e resistência elétrica
Nos circuitos elétricos, um resistor com resistência elétrica R
costuma ser representado pelos símbolos mostrados a seguir.
R
R
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resistores e leis de Ohm
33.4
ADILSON SECCO
ou
Resistores e resistência elétrica
Consideremos um condutor submetido a uma diferença de
potencial U e percorrido por uma corrente elétrica de
STUDIO CAPARROZ
intensidade i.
i
U
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resistores e leis de Ohm
33.4
Leis de Ohm
Primeira lei de Ohm
Quando se aumenta a ddp U aplicada aos terminais de um
resistor, a intensidade de corrente elétrica i que o atravessa
aumenta na mesma proporção. Assim, a razão entre ddp U
e a intensidade de corrente elétrica i permanece constante.
Matematicamente, escrevemos:
U1 U 2 U3
U
=
=
= … = n = constante = R
i1
i2
i3
in
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Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência,
resistores e leis de Ohm
33.5
Resistores e resistência elétrica
Por definição, a resistência elétrica R do condutor é dada por:
volt (V)
U
R=
i
volt por ampère
ampère (A)
V
A
A unidade de medida V recebe o nome de ohm (Ω).
A
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resistores e leis de Ohm
33.4
Leis de Ohm
Primeira lei de Ohm
De acordo com a primeira lei de Ohm: os resistores cuja
resistência elétrica é constante são denominados resistores
ôhmicos.
U=R·i
ampère (A)
volt (V)
ohm (W)
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Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência,
resistores e leis de Ohm
33.5
Leis de Ohm
Primeira lei de Ohm
O diagrama U × i de um dado componente de circuito elétrico
é denominado curva característica do componente.
Para um resistor ôhmico, vale a relação:
R = constante = tg 
STUDIO CAPARROZ
U
R crescente com i
R = constante
(resistor ôhmico)
R decrescente com i
0

i
Diagrama U × i para diversos tipos de resistores
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resistores e leis de Ohm
33.5
Leis de Ohm
Segunda lei de Ohm
A resistência elétrica de um condutor homogêneo de seção
transversal constante depende do material de que é feito e é
diretamente proporcional ao seu comprimento L e inversamente
STUDIO CAPARROZ
proporcional à sua área de seção transversal S.
S
L
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resistores e leis de Ohm
33.5
Leis de Ohm
Segunda lei de Ohm
STUDIO CAPARROZ
Consideremos o condutor mostrado na figura.
S
L
A resistência elétrica R desse condutor é dada por:
R=ρ·
L
A
resistividade do material
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resistores e leis de Ohm
33.5