Apresentação do PowerPoint

Eletricidade
Profa. Ana Barros
Curso Eletricista -Montador
Janeiro 2009
Plano de Curso
1) Carga Elétrica
1.1 Propriedades
1.2 Estrutura atômica
2) Isolantes e condutores
3) Processos de Eletrização
3.1 Eletrização por contato
3.2 Eletrização por indução
4) Corrente Elétrica
4.1 Conceito de corrente elétrica
4.2 Sentido convencional da corrente
4.3 Intensidade de corrente elétrica
4.4 Efeitos da corrente elétrica
4.4.1 Efeito térmico
4.4.2 Efeito químico
4.4.3 Efeito magnético
4.4.4 Efeito luminoso
4.4.5 Efeito fisiológico
5) Potencial Elétrico
5.1 Noção qualitativa
5.2 Aterramento
6) Resistência Elétrica
6.1 Definição
6.2 Resistores ôhmicos e não-ôhmicos
6.3 Resistividade
6.4 Associação de resistores
6.4.1 Série
6.4.2 Paralelo
6.4.3 Mista
7) 1ª Lei de Kirchohoff
2ª Lei de Kirchhoff
8) Potência Elétrica
8.4)- Energia
9) Corrente Alternada
9.1 Fase de uma corrente alternada
9.1.1 Circuito resistivo puro
9.1.2 Circuito indutivo puro
9.1.3 Circuito capacitivo puro
9.1.4 Circuito arbitrário
9.2 Valor médio e valor eficaz
9.3 Potência aparente, ativa, reativa
10) Magnetismo
10.1 Linhas de força magnéticas
10.2 Magnetização
10.3 Campo magnético gerado por uma corrente elétrica
11) Indução Eletromagnética
11.1 Sentido da corrente induzida
11.2 Gerador de corrente alternada
1 – CARGA ELÉTRICA
1.1 - Propriedades
Experiência 1: friccionar um bastão de vidro com um
pedaço de seda. Adquirem uma nova propriedade →
eletricidade
a) Bastão de vidro eletrizado próximo a uma pequena
bola de cortiça pendurada por um fio → bastão atrai a
bola.
1 – CARGA ELÉTRICA
1.1 - Propriedades
Experiência 1: friccionar um bastão de vidro com um
pedaço de seda. Adquirem uma nova propriedade →
eletricidade
b) Bastão de âmbar eletrizado próximo a uma
pequena bola de cortiça pendurada por um fio →
bastão atrai a bola.
1 – CARGA ELÉTRICA
1.1 - Propriedades
Experiência 1: friccionar um bastão de vidro com um
pedaço de seda. Adquirem uma nova propriedade →
eletricidade
c) Com ambos os bastões → uma atração menor ou
mesmo nenhuma. Possuem efeitos opostos → dois
tipos de estados eletrizados. (+) e (-)
Experiência 2: tocar duas bolas de cortiça com um
bastão de vidro eletrizado (a) e com um de âmbar
eletrizado (b). Uma com o de vidro e outra com o de
âmbar (c).
• Dois corpos com a mesma espécie de eletrização
(ambos + ou -) repelem-se. Se tem tipos diferentes de
eletrização (um + e outro -), atraem-se.
• Caracterizar o estado de eletrização de um corpo
definindo carga elétrica (q). (+) ou (-).
•A carga total de um corpo é a soma
algébrica de suas cargas (+) e (-).
• Corpo com quantidade de (+) = (-)
→ eletricamente neutro.
•A carga total não varia para qualquer processo que se
realiza dentro de uma sistema isolado. Princípio de
conservação da carga elétrica.
1.2 - Estrutura atômica
Próton: carga
elétrica positiva
Elétron: carga
elétrica negativa
Nêutron: carga
elétrica zero
• R. Millikan → a carga elétrica sempre ocorre como
um múltiplo inteiro de uma unidade fundamental de
carga , e. A carga q é quantizada, isto é, q = n e, onde
n é um número inteiro. (e = 1,6 × 10-19 C)
• Lei de Coulomb: a interação eletrostática entre duas
partículas carregadas é proporcional às suas cargas e
ao inverso do quadrado da distância entre elas, e tem a
direção da reta que une as duas cargas.
qq
Fk
d
1
2
2
• Devido às cargas elétricas e outras grandezas da eletricidade e do magnetismo serem
representadas por números muito pequenos ou muito grandes é importante utilizarmos a
tabela de múltiplos e submúltiplos:
qq
Fk
d
1
2
2
2 – ISOLANTES E CONDUTORES
• Condutores: são materiais nos quais as cargas
elétricas podem se movimentar livremente. Quando
estes materiais são carregados, numa pequena região, a
carga se distribui com facilidade sobre toda a
superfície do condutor. Ex: cobre, alumínio, prata, etc.
• Isolantes (dielétricos): são materiais que não
transportam, com facilidade, carga elétrica. Quando
estes materiais são carregados por atrito, somente a
área de contato fica com carga elétrica, e essa carga
não se desloca para outras regiões do material. Ex: vidro,
borracha, madeira seca, etc
•Semicondutores: as suas propriedades elétricas
ficam, um tanto, entre as dos isolantes e as dos
condutores.
Ex:
sílicio, germânio, etc
• Supercondutores: não oferecem resistência ao
movimento da carga elétrica através deles.
• Supercondutividade é uma propriedade física. De característica
intrínseca de certos materiais que quando se esfriam a temperaturas
extremamente baixas, conduzem corrente sem resistência nem
perdas, funcionando também como um diamagneto perfeito abaixo
de uma temperatura crítica.
Esta propriedade foi descoberta em 1911 pelo físico Irlandês Heike
Kamerlingh Onnes, quando observou que a resistência elétrica do
mercúrio desaparecia quando resfriado a 4K (-452°F, -269.15°C).
RESUMO:
Princípios da eletrostática
"Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários
se atraem."
"Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas elétricas é
constante."
Corpo neutro -> Nº prótons = Nº elétrons
Corpo positivo -> O corpo perdeu elétrons
Corpo negativo -> O corpo ganhou elétrons
3 – PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO
3.1 – Eletrização por contato
• Colocando-se, em contato, dois condutores, um
eletrizado (A) e outro neutro (B), este se eletriza com
carga de mesmo sinal que A.
A positivo e B
neutro estão
Isolados.
Colocados em
contato, elétrons
livres vão de B
para A.
AeB
eletrizados
positivamente.
A negativo e B
neutro isolados.
Colocados
em contato,
elétrons vão
de A para B.
AeB
eletrizados
negativamente.
• Nos isolantes, temos um processo muito semelhante
ao da indução nos condutores. Polarização.
Eletrização por contato entre condutores de mesmas
dimensões.
3.2 Eletrização Por Indução
Indução eletrostática
Corpo A: indutor
Corpo B: induzido (sofre o processo de separação das
cargas)
• Afastando-se o indutor, o induzido volta à situação inicial.
Como eletrizar B?
Na presença do indutor,
Liga-se o induzido à Terra desfaz-se a ligação do
induzido com a Terra.
Afasta-se o indutor. Os elétrons em
excesso no induzido espalham-se pelo
mesmo.
B eletriza-se negativamente.
• Na eletrização por indução, o induzido eletriza-se
com carga de sinal contrário à do indutor.
Considerando o indutor negativo.
B neutro e
isolado.
Aproximando A de B ocorre
a indução.
Ligando B à
Terra, elétrons
de B escoam
para a Terra.
A ligação de B com a Terra
é desfeita.
A é afastado e
B se eletriza
positivamente.
Baseado no fenômeno da indução eletrostática
explica-se porque ao aproximarmos um corpo
eletrizado de um condutor neutro ocorre atração.
Condutor B
neutro suspenso
por um fio
isolante
As cargas (+) de A atraem as
(-) e repelem as (+) de B. A
força de atração tem
intensidade maior que a de
repulsão.
O efeito resultante é a atração
• Quando entre um corpo eletrizado A e um
condutor B ocorre atração, B poderá estar
eletrizado com carga de sinal oposto ao de A ou
poderá estar neutro.
• Ligação com a Terra:
"Ao se ligar um condutor eletrizado à Terra, ele se descarrega."
Exercícios
1 – Dispõe-se de três esferas metálicas idênticas e
isoladas uma da outra. Duas delas A e B, estão
eletrizadas com cargas iguais a Q e a terceira C está
neutra. Coloca-se, em contacto, C com A e, a
seguir, C com B. Determine, nestas condições, a
carga elétrica de C. (3Q/4)
2 – O fenômeno da indução eletrostática consiste:
a) Na passagem de cargas do indutor para o induzido.
b) Na passagem de cargas do induzido para o indutor.
c) Na passagem de cargas do indutor para o induzido,
se o primeiro estiver negativamente eletrizado.
d) na separação de cargas no induzido, devido à
presença do indutor eletrizado.
3 – Assinale a proposição correta:
a) Se um corpo A, eletrizado positivamente, atrai um
outro corpo B, concluímos que este está carregado
negativamente.
b) Um corpo neutro pode ser atraído por um corpo
eletrizado.
c) Um corpo carregado não pode atrair ou repelir um
corpo neutro.
d) somente os corpos carregados positivamente é que
podem atrair corpos neutros.
4 – Se aproximarmos um condutor eletrizado
negativamente de um condutor neutro, sem que haja
contato:
a) O condutor neutro fica com carga total negativa e é repelido pelo
eletrizado.
b) O neutro continua com carga total nula, mas não é atraído nem
repelido pelo eletrizado.
c) O neutro continua com carga total nula, mas é atraído pelo
eletrizado.
d) o neutro fica com carga positiva e é atraído pelo eletrizado.
Lei de Coulomb
“As cargas elétricas exercem forças entre si. Essas forças
obedecem ao princípio da ação e reação, ou seja, têm a
mesma intensidade, a mesma direção e sentidos opostos”
F= força de interação entre as cargas (N)
Q = carga (C)
d = distância entre as cargas (m)
K = constante eletrostática (N.m2/C2)
Kvácuo = 9.109 N.m2/C2
Exercícios:
1) A intensidade da força elétrica entre duas cargas
elétricas puntiformes iguais, situada no vácuo a
uma distância de 2 m uma da outra, é de 202, 5 N.
Qual o valor das cargas.
2) Duas cargas puntiformes, Q1= 5mC e Q2 = -4m C, no
vácuo, estão separadas por uma distância de 30 cm.
Determine a força elétrica entre elas.
3) Duas cargas elétricas puntiformes Q1 =2m C e
Q2 =8m C são fixadas nos pontos A e B, distantes entre si
0,4 m, no vácuo. Determinar a intensidade da força elétrica
resultante sobre uma carga Q3 = -3m C, colocada a 0,1m de
B, sobre a reta AB. Considere K = 9x109N.m2/C2
4) Uma pequena esfera recebe uma carga de 40 m C, e
outra esfera de diâmetro igual, localizada a 20 cm de
distancia , recebe uma carga de -10m C.
a) Qual a força de atração entre elas?
b) Colocando as esferas em contato e afastando-as 5 cm,
determine a nova força de interação elétrica entre elas.
5) Duas cargas puntiformes Q1 = 6 m C e Q2 = - 8 m C encontram-se
fixadas nos pontos A e B como mostra a figura ao abaixo.
a )Determinar a intensidade da força resultante que atua
sobre uma carga Q3 = 1 m C colocada no ponto C.
Considere o meio como sendo o vácuo.
b) Indique por meio de vetores as forças atuantes em cada
carga.
6) Dois corpos puntiformes e condutores estão eletrizados
com cargas de mesmo sinal e estão separados por uma
distancia r, no vácuo. Nessas condições eles se repelem
com uma força elétrica de intensidade F. É correto
afirmar
a) Dobrando-se a distancia entre eles, a intensidade da
força de interação eletrostática fica 4 vezes menor
b) Dobrando-se a quantidade de carga elétrica em
cada corpo, a intensidade da força elétrica fica 4
vezes menor.
c) Se os corpos forem colocados em contato e, em
seguida, retornarem à posição original, a força
elétrica entre eles passa a ser de atração.
d) Se os corpos forem colocados em contato e, em
seguida, retornarem à posição original, a força
elétrica entre eles apresenta a mesma intensidade.
7) Duas cargas elétricas puntiformes Q1 e Q2, sendo
Q2= 4Q1, estão fixas em dois pontos A e B,
distantes 30cm um do outro.
a) A que distância do ponto A deve ser colocada uma
carga Q3 qualquer para ficar em equilíbrio sob a
ação exclusiva das forças elétricas?
b) Se a carga Q3 for colocada no ponto médio da
distância entre A e B, qual será a direção e o
sentido da força resultante sobre ela?
Considere Q3 = 2Q1
8) As cargas da figura estão localizadas no vácuo.
Ache X para que a carga Q2 fique em equilíbrio sob
a ação exclusiva das forças eletrostáticas. As
cargas Q1 e Q2 são fixas. Indique graficamente os
vetores força elétrica na disposição das cargas.
Campo Elétrico
“Existe uma região de influência da carga Q onde
qualquer carga de prova q, nela colocada, estará sob a
ação de uma força de origem elétrica. A essa região
chamamos de campo elétrico.”
O campo elétrico é uma grandeza vetorial.
A unidade de E no SI é N/C.
E = Intensidade do campo elétrico (N/C)
F = Força (N)
q = carga de prova (C)
Orientação do Campo Elétrico
1) Sobre uma carga elétrica de 2,0 . 10-6C, colocada em certo
ponto do espaço, age uma força de intensidade 0,80N.
Despreze as ações gravitacionais. A intensidade do campo
elétrico nesse ponto é:
a) 1,6 . 10-6N/C
c) 2,0 . 103N/C
b) 1,3 . 10-5N/C
d) 1,6 . 105N/C
e) 4,0 . 105N/C
1) RESPOSTA: E
2) Uma carga pontual Q, positiva, gera no espaço um campo
elétrico. Num ponto P, a 0,5m dela, o campo tem intensidade
E = 7,2 . 106N/C. Sendo o meio vácuo onde K0 = 9 . 109
unidades S. I., determine Q.
a) 2,0 . 10-4C b) 4,0 . 10-4C c) 2,0 . 10-6C d) 4,0 . 10-6C
e) 2,0 . 10-2C
3) Em um ponto do espaço:
2)RESPOSTA:A
I. Uma carga elétrica não sofre ação da força elétrica se o campo
nesse local for nulo.
II. Pode existir campo elétrico sem que aí exista força elétrica
.III. Sempre que houver uma carga elétrica, esta sofrerá ação da
força elétrica.
a) CCC
b) CEE
Use: C (certo) ou E (errado).
c) ECE d) CCE
e) EEE
3) RESPOSTA: D
4) Considere as três figuras a seguir. Nelas temos:
Em cada uma das figuras, indique os sinais das respectivas
cargas Q e da carga de prova q. Quando q é colocada
próxima a Q, estará sob a ação de uma força de origem
elétrica. A essa região chamamos de campo elétrico.
5) Determine a intensidade do campo elétrico resultante
no ponto P, sabendo que ele foi gerado exclusivamente
pelas duas cargas elétricas da figura.
Temos ainda:
Q1 = +9,0 nC; Q2 = +4,0nC; K0 = 9,0 . 109 unid. SI; o meio é
vácuo
3) RESPOSTA: D
5) Determine a intensidade do campo elétrico resultante
no ponto P, sabendo que ele foi gerado exclusivamente
pelas duas cargas elétricas da figura.
Em cada uma das figuras, indique os sinais das respectivas
cargas Q e da carga de prova q. Quando q é colocada
próxima a Q, estará sob a ação de uma força de origem
elétrica. A essa região chamamos de campo elétrico.
3) RESPOSTA: D
4 Analise cada figura e descubra o sinal das cargas elétricas q e Q.
Pode-se dizer que:
I. Na figura 1: Q > 0 e q >0
II. Na figura 2: Q < 0 e q > 0
III. Na figura 3: Q < 0 e q < 0
IV. Em todas as figuras: q > 0
Use, para a resposta, o código abaixo:
a) Se todas forem verdadeiras.
b) Se apenas I, II e IV forem verdadeiras.
c) Se apenas I e III forem verdadeiras.
d) Se apenas II for verdadeira.
e) Se nenhuma for verdadeira.
Diferença de Potencial entre Dois Pontos (Tensão):
A grandeza “diferença de potencial (ddp)” pode ser também
denominada de “voltagem”, “tensão elétrica” ou ainda “força
eletromotriz (fem)” e ser representada pela letra V ou U. O
Instrumento utilizado para medir essa grandeza é o Voltímetro,
sendo que a unidade utilizada é o Volts (V).
4 – CORRENTE ELÉTRICA
O papel de grande importância que a Eletricidade
desempenha na vida moderna baseia-se na corrente
elétrica. A parte da Eletricidade que estuda a corrente
elétrica denomina-se Eletrodinâmica
4.1 – Conceito de Corrente Elétrica
•Em um condutor em equilíbrio eletrostático, o
movimento dos elétrons é desordenado (Fig 1).
• Ligando o condutor à pilha, há uma diferença de
potencial (d.d.p.) nos terminais do condutor e o
movimento dos elétrons é ordenado; temos, aí uma
corrente elétrica i (Fig 2).
• Pólo positivo é o de maior potencial.
• Pólo negativo é o de menor potencial.
• Quando o movimento de cargas sempre se processa
num mesmo sentido, temos uma corrente contínua
(cc).
• Quando o movimento de cargas ora se processa num
sentido ora se processa no sentido oposto, temos uma
corrente alternada (ca).