Fundamentos da Informática e Comunicação de

Fundamentos da Informática e Comunicação de Dados
GRANDEZ AS ELÉTRICAS – Visão Fí sica
Resistividade
Qualquer condutor metálico (fio em cobre, alumínio, ouro ou prata), apresenta uma resistência
(resistência é a dificuldade que o condutor apresenta à passagem de corrente elétrica), que é função
do comprimento do mesmo, do coeficiente de resistividade do metal utilizado e da seção reta do
condutor, conforme podemos observar na equação abaixo:
No SI, a unidade de resistência
elétrica e o Ohm () . A unidade
de resistividade é dada por :
Ohm / metro.
Resistividade de alguns materiais à temperatura de 20ºC
Condutores
Resistividade (.m)
Prata
Alumínio
Cobre
Platina
Ferro
Constantan (Cu e Ni)
Chumbo
Mercúrio
Nicromo(Ni e Cr)
Carvão
Germânio
Silício
Vidro
Quartzo
1,6. 10-8
2,6. 10-8
1,7. 10-8
11. 10-8
12. 10-8
15. 10-8
21. 10-8
28. 10-8
30,2. 10-8
1537. 10-8
946
640
1010 10-14
1016
Sendo a unidade de medida o Ohm (), mas a resistência também varia em função da temperatura, e
é uma característica dos metais sendo que praticamente todos eles apresentam aumento da resistência
elétrica com o aumento da temperatura .ºC, como podemos observar pela equação abaixo:
Rt = Ro + Ro(.t)
Resistência
A resistência elétrica é a oposição ao fluxo da corrente elétrica ou em outras palavras é a dificuldade
que o condutor metálico apresenta à passagem do sinal elétrico ou corrente elétrica ou fluxo de
elétrons. As equações matemáticas mais conhecidas que tratam de resistência e dos outros parâmetros
elétricos são:
R= U/I
U= RI
I= U/R
Onde: I representa a corrente elétrica ou o fluxo de elétrons que atravessa um condutor.
U representa a tensão elétrica ou diferença de potencial (ddp).
1 de 9
R representa a resistência elétrica do condutor.
Corrente Elétrica e Tensão Elétrica.
A matéria pode ser considerada como constituída de 3 partículas “elementares”: próton
(carga positiva) nêutron e elétron (carga negativa).
Os átomos são constituídos por um núcleo denso, positivamente carregado, isto é, todos os
prótons encontram-se nesta região, envolvidos por uma nuvem de elétrons. O raio do núcleo varia
desde 1.10-15 até 7.10-15 m. O raio aproximado de uma nuvem eletrônica é de 1.10-10 m. Lembrar, que
atualmente foram descobertas outras partículas constituintes da matéria.
Para se ter uma idéia da quantidade de átomos presentes na matéria, 1 cm3 de cobre tem
aproximadamente 85.1022 átomos de cobre. Aproximadamente um elétron por átomo estabelece a
corrente elétrica.
A história da Eletricidade começa na Antigüidade. Os gregos notaram que o âmbar, quando
atritado, adquiria a propriedade de atrair pequenos pedaços de palha.
Benjamin Franklin (1706-1790), político e escritor americano, que por volta de 1750,
introduziu os termos eletricidade positiva que aparece em um bastão de vidro, e negativa a que
aparece num bastão de ebonite, ambos atritados num pêlo de animal.
Origem do termo eletricidade: 600 a.C. filósofo grego Tales de Mileto observou que o âmbar
atritado é capaz de atrair pequenos fragmentos de palha. Elétrico = âmbar, que em grego se escreve
elektrón.
Diferença de Potencial - DDP (U)
A força que ocasiona o movimento de elétrons livres em um condutor, formando uma corrente
elétrica, é chamada força eletromotriz, tensão ou diferença de potencial.
Quando existe uma ddp entre dois corpos carregados que são ligados por um condutor, os
elétrons fluirão ao longo do condutor. Esse fluxo de elétrons se fará do corpo carregado
negativamente para o corpo carregado positivamente, até que as duas cargas sejam igualadas e que
não mais exista diferença de potencial.
2 de 9
Corrente Elétrica ( i )
O deslocamento ou fluxo de elétrons no condutor é denominado Corrente Elétrica.
Metais: portadores de cargas elétricas elétrons.
Soluções Eletrolíticas: portadores de cargas elétricas
Gases: portadores de cargas elétricas
íons positivos e negativos.
íons e elétrons.
Os elétrons livres movimentam-se caoticamente no interior dos metais (por exemplo, um fio
de cobre).
Ao ligar um fio a uma bateria, uma diferença de potencial elétrico é estabelecida e aparece um
campo elétrico. Devido a esse campo, os elétrons adquirem um movimento extra, sobreposto ao
caótico, cujo sentido aponta para a região de maior potencial. Os elétrons livres são acelerados pela
ação de uma força elétrica, resultante da ação do campo E produzido pela fonte sobre os elétrons.
Em 1820, Hans C. Oersted (1777-1851), físico dinamarquês, realizando experimentos com
eletricidade descobriu que a passagem de uma corrente elétrica através de um fio condutor provoca
um desvio na agulha de uma bússola, quando esta é colocada próxima ao fio condutor.
3 de 9
Hoje, sabemos que sempre podemos associar um campo de forças à passagem de corrente
elétrica. Esse campo de forças, gerado pela corrente elétrica, em torno do fio condutor, recebe o
nome de campo magnético. Este assunto constitui-se num importante ramo da Física denominado
Eletromagnetismo. Este efeito magnético é à base de funcionamento dos motores e transformadores
OBS: Os elétrons adquirem uma velocidade extra da ordem de 10 -3 m/s.
O sentido da corrente elétrica é o mesmo do campo elétrico, portanto contrário ao sentido do
deslocamento dos elétrons.
A quantidade de carga elétrica positiva do próton e a quantidade de carga elétrica negativa do
elétron são iguais em valor absoluto, e correspondem à menor quantidade de carga elétrica
encontrada na natureza, até os dias atuais. Essa quantidade é representada pela letra e, é chamada de
quantidade de carga elétrica elementar.
Em 1909, a quantidade de carga elétrica elementar foi determinada experimentalmente por
Millikan. O valor obtido foi:
Num condutor, i é igual à quantidade de carga que atravessa uma secção transversal do fio
num intervalo de tempo.
Unidade de corrente elétrica
Um ampère pode ser definido como sendo o fluxo de 6,28. 1018 elétrons passando por um
determinado ponto do condutor.
A corrente elétrica é classificada em dois tipos: contínua (CC) e alternada (CA). A corrente
contínua flui sempre no mesmo sentido ao passo que a corrente alternada periodicamente inverte o
sentido.
Resistência Elétrica
4 de 9
Primeira Lei de Ohm
O físico e professor alemão Georges Simon Ohm verificou experimentalmente que para
alguns condutores, chamados ôhmicos, o quociente entre a ddp e a correspondente intensidade i da
corrente elétrica é constante, e que essa constante é a resistência R do resistor.
Resistor é todo dispositivo elétrico que transforma exclusivamente energia elétrica em energia
térmica.
Simbolicamente é representado por:
Alguns dispositivos elétricos classificados como resistores são: ferro de passar roupa, ferro de
soldar, chuveiro elétrico, lâmpada incandescente, etc.
Assim, podemos classificar:
1. Condutor ideal – Os portadores de carga existentes no condutor não encontram nenhuma
oposição ao seu movimento. Dizemos que a resistência elétrica do condutor é nula, o que
significa dizer que existe uma alta mobilidade de portadores de carga.
2. Isolante ideal - Os portadores de carga existentes estão praticamente fixos, sem nenhuma
mobilidade. Dizemos, neste caso, que a resistência elétrica é infinita.
Consideremos um condutor submetido a uma diferença de potencial (ddp), no qual se
estabelece uma corrente elétrica.
Seja U a diferença de potencial aplicada e i a intensidade de corrente elétrica por meio do
condutor
Definimos resistência elétrica (R) é a relação entre a ddp aplicada (U) e a correspondente
intensidade de corrente elétrica (i).
Assim, a unidade de resistência elétrica no Sistema Internacional é:
5 de 9
A resistência elétrica é uma característica do condutor, portanto, depende do material de que é
feito o mesmo, de sua forma e dimensões e também da temperatura a que está submetido o condutor.
Dizemos que um condutor obedece à primeira lei de Ohm quando ele apresenta uma
resistência elétrica constante, quaisquer que sejam U e i.
Nessas condições, o condutor recebe o nome de condutor ôhmico.
Nos condutores ôhmicos, a intensidade de corrente elétrica é diretamente proporcional à ddp
aplicada. Assim, a curva característica de um condutor ôhmico é uma reta inclinada em relação aos
eixos U e i; passando pela origem (0; 0).
Segunda Lei de Ohm
Todos os materiais oferecem certa resistência ou oposição à passagem da corrente elétrica.
Bons condutores, como o cobre, prata, alumínios oferecem pouquíssima resistência. Maus condutores
como o vidro, madeira, papel e borrachas oferecem alta resistência ao fluxo de corrente.
A resistência elétrica R depende da natureza do material, do comprimento do resistor e da
área de secção reta do condutor.
R = resistência
L= comprimento fio
S = área de secção fio
 = constante de resistividade do
material
Potência Elétrica
O que é mais caro? Um banho, um microcomputador ligado 8 horas seguidas, ou uma
lâmpada?
Potência elétrica de um aparelho indica a quantidade de energia elétrica que ele transforma
em outras formas de energia, em certo intervalo de tempo.
P=

t
Potência é a rapidez com que se realiza um trabalho.
Exemplo: Lâmpada de 100 W
Transforma 100 J de energia elétrica em luz e em energia térmica em cada segundo.
A energia transformada também pode ser obtida através da potência:
E = P . t
Unidade de medida no S.I. de potência: watt (W) = J/s. O que é 1 kWh?
É a unidade de medida da energia elétrica consumida.
6 de 9
1 kWh = 1000W x 1h = 1000W x 3600s = 3.600.000 J
Exemplos:
1- Qual a energia consumida por um chuveiro elétrico cuja potência é 2800W(verão) durante
meia hora?
E = 2800 W x 0,5 h = 1400 Wh = 1,4kWh.
2- Qual a energia consumida por uma lâmpada de 60 W ligada durante 12 horas?
E = 60x12 =720 Wh = 0,7 kWh
3- Qual a energia consumida por um micro + periféricos, supondo uma potência total de
300W, ligado por 8 horas?
E = 300 x 8 = 2400W = 2,4 kWh
Capacitância
Podemos armazenar energia potencial num campo eletrostático. E para isso utilizamos um
dispositivo chamado capacitor, que é capaz de “confinar” um campo elétrico. Exemplo de capacitor é
uma bateria portátil de uma máquina fotográfica, visto que armazena energia lentamente e libera
rapidamente, durante o flash.
condensador plano
Capacitores estão presentes em muitos aparelhos do nosso dia a dia: no banco de memória dos
computadores, nos transmissores e receptores de rádio e TV, etc.
Os campos elétricos nestes dispositivos são significativos não somente pela energia
armazenada, mas também pela informação LIGA-DESLIGA, que a presença ou ausência deles
proporciona.
Um capacitor é basicamente constituído de duas placas condutoras isoladas entre si, podendo
ter qualquer geometria.
Eletricamente a capacitância é a capacidade de armazenamento de carga elétrica. A
capacitância é igual à quantidade de carga que pode ser armazenada em um componente eletrônico
chamado de capacitor. A equação que rege este comportamento é:
Dizemos que um capacitor está carregado se as suas placas tiverem cargas iguais, mas com
sinais opostos, de valor absoluto q. Existirá entre as placas um campo elétrico E, e, portanto uma
diferença de potencial U.
Verificou-se que as cargas e a
proporcionais, onde a constante de
do capacitor(C).
diferença
de
potencial
são
proporcionalidade é a capacitância
q = C.U
Onde: C é a capacitância medida em Farads (F), q é a quantidade de carga em Coulombs (C) e
7 de 9
U é a tensão eletrica aplicada (V).
A unidade de capacitância no SI é coulomb/volt (C/V), que é igual a 1F =1 farad
A capacitância de um capacitor é função da área das placas condutoras que o compõem, da distância
que as separa e da constante dielétrica do material isolante que esta entre elas.
O efeito da capacitância surge ou se manifesta, sempre que existir uma chamada separação entre
cargas, ou seja, potenciais positivos e negativos separados por algum material dielétrico ou isolante,
por exemplo, um par de fios apresenta um efeito capacitivo justamente pelo fato de possuírem
potenciais (cargas elétricas) distintos e estarem separados por um material isolante ou dielétrico.
Reatância capacitiva: Xc é a oposição ou dificuldade aparente à passagem da corrente elétrica
alternada, é o resultado do efeito capacitivo sobre um sinal que está aplicado ao componente
capacitor ou a um par de condutores elétricos, sua unidade de medida é o Ohm (  ) e sua equação é:
Xc = 1 / 2fC
Onde: f é a freqüência do sinal aplicado e C é a capacitância do capacitor.
Indutância
A capacidade que um condutor possui de induzir tensão em si mesmo, quando a co
rrente que circula por ele varia é a sua auto indutância ou indutância. O símbolo da indutância é L e a
sua unidade de medida é o Henry (H), sendo representada pela seguinte equação:
L= vL / (i/t)
Onde: VL é a tensão aplicada, i é a variação de corrente e t é a variação de tempo.
A reatância indutiva XL é a oposição ou dificuldade aparente à passagem da corrente alternada (CA),
é o resultado do efeito indutivo sobre um sinal que está aplicado ao componente indutor ou a um par
de condutores elétricos entrelaçados, devida a indutância do meio. Sua unidade de medida é o OHM
( ) e sua equação:
XL = 2f L
8 de 9
Onde: f é a freqüência do sinal aplicado e L é a indutância do componente.
Impedância
A impedância é a reação total ao fluxo da corrente alternada expressa em Ohms (), ou em outras
palavras é a conjunção dos efeitos das reatâncias indutiva e capacitiva agora associados. A
impedância num cabo (par de fios) pode ser simbolizada pelo seguinte circuito elétrico e pode
receber uma simbolização através de fasores como segue:
A impedância para este caso será:
Z2 = R2 + X2
 = arc tg X/R
9 de 9