Aula Teórica

Eletricidade
Força Elétrica

A Lei de Coulomb estabelece que duas cargas
elétricas pontuais se atraem ou repelem com uma
força cuja intensidade é:
Campo Eléctrico

O campo eléctrico é uma medida da ação que
uma carga exerce sobre as cargas eléctricas
localizadas no seu raio de acção.
E – campo eléctrico [ N/C ]
q – carga [ C ]
Densidade de corrente e velocidade de deslocação
Supondo que existirem ‘n’ electrões por unidade de volume; esta será a densidade
de portadores do material.
A densidade de cargas no condutor será ‘ne’, e a carga total no segmento
de condutor será
Dq = neAL
Um electrão percorrerá este segmento no intervalo de tempo
Dt = L/Vd
onde Vd é a velocidade de deslocamento.
Da definição de corrente, obtém-se
i = Dq/Dt = neAVd
Da definição de densidade de corrente, obtém-se
J = neVd
A corrente é o fluxo da densidade de corrente!
Corrente elétrica



Chama-se corrente eléctrica à carga eléctrica
em movimento
Para que a carga eléctrica se desloque entre
dois pontos de um condutor é necessário que
exista entre esses dois pontos uma diferença de
potencial.
Os dispositivos que provocam essa deslocação
são chamados geradores.
Tipos de corrente elétrica
Corrente Contínua (C.C) - o sentido e a intensidade permanecem constantes
ao longo do tempo.
i
i
A
0
t1
t2
t
Tipos de corrente elétrica
Corrente Alternada (C.A) - a intensidade e o sentido mudam
periodicamente com o tempo.
i
0
t
Tipos de corrente elétrica
Nos metais e na grafite a corrente elétrica tem como portadores de
cargas livres os eletrões, e o sentido convencional é igual ao
sentido do vetor campo elétrico que se estabelece no interior do
condutor.
Corrente elétrica convencional
i

E
A
+
_
B
Tipos de corrente elétrica
Nas soluções eletrolíticas (NaCl em água, por exemplo) os
portadores de cargas livres são os iões positivos e os
iões negativos.
A intensidade de corrente na solução,
num certo intervalo de tempo, será:
i=
placas metálicas
|Q|
|Q| = |Qp| + |Qn|
t
Qp: total de cargas dos iões positivos
e
Qn: total de cargas dos iões negativos.
Tipos de corrente elétrica
Nos gases rarefeitos a corrente elétrica tem como
portadores de carga os iões positivos e negativos
como também a movimentação de eletrões livres.
A corrente elétrica que se estabelece nos condutores
eletrolíticos e nos condutores gasosos (como a que
surge em uma lâmpada fluorescente) é denominada
corrente iónica.
Tipos de condução

Condução eletrónica ou condução metálica –
condutores de 1ª classe - deslocamento de iões é
desprezável em relação ao dos eletrões

Condução eletrolítica - condutores de 2ª classe.

Condução gasosa - condutores de 3ª classe.
Efeitos da corrente eléctrica




térmico - efeito de Joule
magnético
químico
fisiológicos
Geradores

Para que haja corrente eléctrica num condutor, é necessário que os
iões ou eletrões fiquem sujeitos a forças.

Estas forças decorrem da existência de um campo elétrico.

Os corpos ao serem formados de um número muito grande de
partículas eletrizadas, a distribuição dessas partículas nos átomos
faz com que o campo resultante seja nulo no condutor.

Para que surja um campo no interior de um condutor, énecessário
um dispositivo gerador.

Os iões positivos ficam sujeitos à força de mesmo sentido que o
campo; os iões negativos ficam sujeitos à força que tem sentido
oposto ao do campo . Assim, pode haver movimento de iões
positivos num sentido e de iões negativos em sentido oposto.
Geradores

Eletrolíticos

Mecânicos

Termoelétricos
Geradores de energia elétrica
Qualquer dispositivo capaz de transformar determinada energia em energia elétrica.
Geradores
Geradores químicos
Geradores mecânicos
Transformam energia quimica em elétrica
Energia mecânica em elétrica
Diferença de potencial


Se em cada ponto A do condutor há um
campo , também há um potencial V
hipótese simplificadora: admitimos que
todos os pontos de uma mesma secção
transversal do condutor tenham o mesmo
potencial
Diferença de potencial


Admitamos que na secção S1 todos os pontos
tenham o mesmo potencial que o ponto B
A diferença de potencial entre duas secções
transversais S1 e S2 é igual à diferença de
potencial entre um ponto qualquer B de S1 e um
ponto qualquer C de S2
Diferença de potencial


É indiferente referir diferença de potencial
entre “dois pontos do condutor” ou entre
“duas secções transversais do condutor”
O trabalho realizado no deslocamento de
uma carga q do potencial VA para o
potencial VB
Intensidade de corrente
elétrica

Seja S uma secção transversal de um
condutor e q a carga elétrica que passa
por essa secção durante o um intervalo de
tempo
Intensidade de corrente
eléctrica

Se a intensidade média é constante para
qualquer valor do intervalo de tempo t a
carga q que passa por uma secção
transversal do condutor é diretamente
proporcional ao tempo (de passagem)
Intensidade de corrente
eléctrica



Neste caso chamamos simplesmente intensidade de
corrente, em vez de intensidade média da corrente.
Sendo t o tempo necessário à passagem da carga q, e i
a intensidade de corrente, temos
Ou seja, a intensidade de corrente eléctrica, constante
numa secção transversal do condutor, é numericamente
igual à carga eléctrica que passa pela secção durante a
unidade de tempo.
Lei de Ohm


Considerando dois pontos, A e B (ou, duas
secções transversais), de um condutor.
Sejam respetivamente, VA e VB os seus
potenciais e I a intensidade da corrente
Lei de Ohm

Se, variarmos o potencial de A para V´A e
o de B para V´B , a corrente passará para
um valor I´
Lei de Ohm

Em 1827, Ohm demonstrou que “para o
mesmo percurso de um condutor, mantido
a temperatura constante, é constante o
quociente entre a diferença de potencial
entre os extremos e a intensidade da
corrente correspondente”.
Lei de Ohm - resistência elétrica


R é chamada resistência eléctrica ou
resistência óhmica
Se os pontos A e B são os extremos do
condutor, R é chamada resistência elétrica
do condutor
Lei de Ohm - resistência elétrica


Representando por V a diferença de potencial
entre A e B e por I a intensidade de corrente
correspondente
A lei de Ohm é válida para os condutores de
primeira e de segunda classe
Resistência elétrica
V ~ I
V=R I
[R] = volt/ampere = Ohm
Resistividade
É uma propriedade intrínseca dos materiais
L
L
R
A
R~L
R ~ 1/A
A
L
R
A
2
ohm.m
[

]

ohm
.
m
m
Condutância e condutividade


Condutância é o inverso da resistência
eléctrica
A unidade é o mho ou ohm-1
Condutância e condutividade

Sendo a resistência do condutor em
função das dimensões, é dada por
L
R
A

A condutância será então dada por
1
1 A
C 

R
 L
Condutância e condutividade

Ao inverso da resistividade () é chamada
condutividade ou condutância específica(g)
do material.
g  1/
A
C g
L
Variação da resistência com a
temperatura

A resistência de um condutor varia com a
temperatura (na maioria dos materiais)
Exemplos de valores do coeficiente de temperatura
Alumínio
Cobre
Níquel
Prata
Constantan
Manganina
Niquelina
a
0,0036
0,0040
0,0050
0,0040
0,00000
0,00003
0,00023