Física

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FÍSICA
MÉDIO
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FíEnsino
CORRENTE
ELÉTRICA
MÓDULO 3
Atenção para o que vamos aprender!
Nesta aula, veremos que os materiais oferecem resistência a passagem da corrente elétrica.
Aprenderemos a calculá-la e interpretá-la graficamente. Estudaremos tensão, corrente, resistência elétrica e ainda, potência elétrica. Muitas pessoas ficam intrigadas quando um pássaro pousa num fio de alta
tensão sem ser eletrocutado. Por que será? E o curto - circuio? Será que só acontece quando estou estudando física? Brincadeirinha...
CORRENTE ELÉTRICA
Exemplo:
A eletrodinâmica estuda os fenômenos que ocorrem com
a carga elétrica em movimento.
Considere uma solução eletrolítica de NaCI (sal de
cozinha) em que aparecem íons positivos (Na+) e negativos
(Cl -).Se estabelecermos uma ddp, os cátions Na + se deslocaram para os pontos de menor potencial, enquanto os
ânions Cl - procurarão os pontos de maior potencial.
Corrente Elétrica (i)
A
Sabemos da eletrostática que os condutores sólidos
possuem elétrons livres, os quais podem mover-se com facilidade, enquanto as cargas positivas estão fortemente presas
ao núcleo. Como eles são livres, podem entrar em movimento
imediatamente. Ocorre porém, que esse movimento dos elétrons no interior dos condutores é completamente desordenado.
Para que os elétrons livres se desloquem ordenadamente, é
necessário estabelecer uma diferença de potencial - ddp, entre
dois pontos do condutor. Dessa forma eles passam a "caminhar'' no sentido do potencial mais alto, devido à ação da forma
elétrica.
VB
-
-
Podemos concluir, que nos condutores sólidos, a corrente elétrica é constituída apenas pelos elétrons livres que nas
soluções eletrolíticas e gases rarefeitos, a corrente é formada
pelo deslocamento das cargas positivas e negativas.
elétrons
-
fio condutor
V A > VB
B
-
A
B
VA > VB
-
VA > V B
A
VA
-
-
®
®
F=q.E
B
Movimento ordenado dos elétrons livres
A corrente eletrônica é aquela constituída pelo deslocamento dos elétrons livres. Ocorre, principalmente, nos condutores metálicos.
Nos metais, a corrente elétrica é constituída por elétrons livres em movimento; nos líquidos, as cargas livres que
se movimentam são chamadas íons positivos e negativos.
A corrente iônica é aquela constituída pelo deslocamento dos íons positivos e negativos, movendo-se simultaneamente em sentidos opostos. Ocorre nas soluções eletrolíticas: soluções de ácidos, sais ou bases e nos gases ionizados: lâmpadas fluorescentes.
No caso de soluções eletrolíticas - aquelas que possuem íons dissolvidos em água - e dos gases rarefeitos, há um
deslocamento simultâneo de cargas positivas num sentido e
de cargas negativas em sentido contrário, quando se estabelece uma ddp. (diferença de potencial)
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Uma pilha estabelece uma diferença de potencial (ela
realiza um trabalho sobre as cargas elétricas fornecendo-lhes
energia e possibilitando o seu movimento) ou tensão entre dois
pontos do circuito.
Os aparelhos que medem a tensão chamam-se
voltímetros. A unidade de tensão é Volt (V).
Por exemplo:
Baterias de automóveis ® 6V ou 12V em geral
Pilhas, lanternas, toca-discos ® 1,5V
As residências recebem uma tensão em geral de
110 ou 220V
Medida de Corrente Elétrica
A quantidade de elétrons que passa em uma secção
transversal de um fio condutor durante 1s é chamada de intensidade da corrente, podendo ser medida em ampères (A). Se a
tensão sobe, a corrente elétrica aumenta nos fios condutores.
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MÓDULO 3
FIO CONDUTOR
Quando a quantidade de carga elétrica for 1C, a corrente elétrica será de 1A.
Logo podemos escrever que 1A = 1C/s
-
+
PÓLO POSITIVO
PÓLO NEGATIVO
(Sentido Real)
polo negativo
da pilha
polo positivo
da pilha
Dt
DQ
i =
Dt
É IMPORTANTE CONSIDERAR...
Na maioria dos exercícios de Física a corrente elétrica
ocorre nos condutores sólidos. Quando ligamos dois condutores sólidos com potenciais diferentes, as cargas elétricas escoam espontaneamente do potencial menor (VA) para o potencial maior (VB) caracterizando o sentido real da corrente, como
já vimos, do pólo negativo para o positivo.
Legenda:
i significa a corrente elétrica
D Q significa a quantidade de carga
D t significa o tempo decorrido
PÓLO
B
PÓLO
A
VA < VB
Por exemplo:
+
Símbolo:
Se num fio elétrico passam 20C em 10s, a corrente
elétrica será de 2A.
_
(fonte: geradora da ddp)
OBS.: Sentido convencional da corrente elétrica.
_
+
PROBLEMA EXEMPLO
® Por um fio condutor de cobre passam 320C de carga elétrica em 20s. Determine a intensidade da corrente elétrica no condutor.
A
B
Tipos de Corrente Elétrica
Solução
i =
OBS.: Sentido convencional da
corrente, do potencial maior VB
para o potencial menor VA.
DQ
Dt
i = 320C / 20s
i = 16A
Resposta: 16A
Sentido da Corrente Elétrica
Admite-se, por convenção, que o sentido da corrente
elétrica seja o mesmo dos portadores de carga positiva:
A corrente elétrica é o fluxo ordenado de cargas elétricas
que atravessa um condutor, podendo ser contínua ou alternada.
A corrente contínua (CC) é aquela em que o sentido se mantém constante. Pode ser produzida por uma pilha ou por uma
bateria de automóvel. A corrente alternada (CA) é aquela cuja
intensidade e o sentido variam periodicamente, onde os elétrons não se deslocam, mas oscilam em torno de posições
fixas . Como exemplo, poderíamos citar a corrente das residências fornecidas pelas usinas elétricas.
Gráficos de uma corrente contínua
i
Por convenção, o sentido da corrente elétrica é aquele
i
que se deslocam as cargas positivas, ou seja, do pólo positivo para o negativo.
t
+
FIO CONDUTOR
+
+
+
PÓLO POSITIVO
t
A corrente contínua tem sentido constante com o tempo
i
PÓLO NEGATIVO
(Sentido Convencional)
Observe que o sentido real da corrente leva em consideração o que realmente se move nos condutores sólidos, os
elétrons (cargas negativas).
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t
A corrente alternada muda periodicamente com o tempo
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A área abaixo de um gráfico de corrente versus tempo
(ixt) representa a carga elétrica que passou pelo condutor num
certo tempo t.
i
· Efeito Joule - Qualquer condutor sofre aquecimento
ao ser atravessado por uma corrente elétrica. Por exemplo: chu-
A área do gráfico i x t nos dá a
carga elétrica que passou pelo
condutor num certo intervalo de
tempo.
ÁREA
Efeitos da Corrente Elétrica
veiros elétricos, aquecedores elétricos, etc.
· Efeito Magnético - Um condutor, percorrido por uma
corrente elétrica, cria, na região próxima a ele, um campo mag-
t
nético. Devido ao efeito magnético, se colocam em movimento
A Corrente Alternada (CA) é aquela cuja intensidade e
cujo sentido variam periodicamente. Exemplo: a corrente
fornecida pelas usinas hidrelétricas. Esse tipo de corrente varia
a cada instante, a de Porto Alegre varia com uma freqüência de
60Hz.
Nesse caso, as cargas ora se movem num sentido, ora
noutro. Podemos verificar que as cargas oscilam, ou seja, vibram em torno de uma mesma posição.
Veja o esquema:
os motores elétricos, transformadores etc.
· Efeito Químico - A corrente elétrica através de uma
solução eletrolítica provoca reações químicas. É muito aplicado, por exemplo, no recebimento de metais como niquelação,
cromação, prateação, etc.
· Efeito Fisiológico - Esse efeito consiste na ação da
corrente elétrica sobre o corpo humano (ou animal) causando
sensações dolorosas e contrações musculares. O valor mínimo que se pode perceber de corrente elétrica é de 1mA. Um
FIO CONDUTOR
valor mortal está compreendido em 10mA e 3A, aproximadamente. Em situações de eletricidade estática, embora ocorram
tensões muito elevadas, as cargas elétricas envolvidas são
normalmente muito pequenas e seus respectivos choques não
Na CA os pólos não são fixos, num momento o pólo
positivo é na direita do fio, noutro na esquerda e assim sucessivamente. Isso faz com que as cargas vibrem em torno da mesma posição.
representam nenhum risco.
Potência Elétrica Dissipada (P)
PROBLEMA EXEMPLO:
® No gráfico abaixo, tem-se a intensidade da corrente
através de um condutor em função do tempo. Determine a
carga que passa por uma secção transversal do condutor
entre os instantes 0s e 8s.
Seja V a ddp (diferença de potencial) ou tensão elétrica
entre dois pontos A e B de um condutor.
VAB = VB - VA
i(A)
6,0
A potência dissipada de A para B é dado pelo produto
entre essa ddp e a corrente que passa por esse condutor.
P = VAB . i
4,0
8,0
t(s)
A unidade de medida para potência é o watt (W).
Solução:
PROBLEMA EXEMPLO:
Analisando pela área do gráfico teremos:
® Por um fio condutor ligado a uma tensão de
127V passa uma corrente de 2A. Determine a potência
dissipada.
- de 0s a 4s A = b . h ® 4 . 6 = 24
- de 4s a 8s A = b . h ® 4 . 6 = 12
Solução:
2
2
Logo, a quantidade total de carga será 36C.
Resposta: 36C
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P= VAB . i
P= 254W
P= 127 . 2A
Resposta: 254W
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Elementos de um circuito elétrico
®
®
D ISPOSITIVOS DE MANOBRA
São elementos que servem para ou desligar um circuito
elétrico.
GERADOR ELÉTRICO
Na realidade, o seu nome é impróprio, pois esse dispositivo não gera ou cria cargas elétricas, sua função é fornecer
energia às cargas que o atravessam. Essa energia é a energia
potencial que é atribuída às cargas elétricas pelo gerador ao
fazê-lo percorrer um caminho contrário as suas tendências naturais. Dentro do gerador, os elétrons que são cargas que se
movimentam realmente, são forçados a procurar pontos de
menor potencial, que é um movimento contrário ao seu deslocamento espontâneo, através do fornecimento pelo aparelho
de energia potencial.
Nessa situação é que as cargas, ao saírem do gerador,
tendem agora, espontaneamente, a atingir pontos de maior
potencial, percorrendo o circuito elétrico externo.
Exemplo:
Químico - bateria, pilha.
Mecânico - dínamo do motor de um automóvel
Exemplo:
Chaves e interruptores.
Sua representação:
®
DISPOSITIVOS DE SEGURANÇA
São dispositivos que ao serem atravessados por uma
corrente elétrica, de intensidade maior que um certo limite, fundem-se causando interrupção da corrente elétrica, preservando os elementos do circuito da destruição. São, em geral,
resistores de baixo ponto de fusão, como fios de chumbo e
estanho, recebendo o nome genérico de fusíveis.
Sua representação:
Sua representação:
®
RECEPTOR ELÉTRICO
-
+i
Instrumentos de Medição elétrica
- Dispositivos de controle
O principal receptor é o motor elétrico que transforma
energia elétrica em mecânica, além da parcela de energia dissipada sob a forma de calor.
Sua representação:
Difere do gerador no sentido de entrada da corrente.
-
+
São utilizados para medir a intensidade da corrente elétrica e a ddp existente entre dois pontos, ou simplesmente para
detectá-las.
Exemplos:
· Amperímetro - aparelho que serve para medir a
intensidade da corrente elétrica.
i
· Voltímetro - aparelho que serve para medir a ddp ou
tensão entre dois pontos.
®
· Galvanômetro - aparelho utilizado para indicar a pas-
RESISTOR ELÉTRICO
sagem de corrente ou a existência de uma ddp.
É um dispositivo que transforma toda a energia elétrica
consumida integralmente em calor.
Exemplos:
Lâmpada comum, ferro elétrico, etc.
Sua representação:
ou
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