APOSTILADEELETROSTATICAF - Fisica Elétrica

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ENGENHARIAS
PRODUÇÃO - AMBIENTAL
PETRÓLEO E GÁS - CIVIL
FÍSICA ELETRICIDADE
APOSTILA 06
Prof. Ms Evaldo de S. Vieira
SANTOS-2013
ELETRODINÂMICA
1. FUNDAMENTOS
Por volta do século XVII, eram conhecidos apenas os fenômenos de atração e
repulsão elétricas e faíscas das máquinas eletrostáticas e da garrafa de Leyde. Esses
equipamentos eram vistos pelas pessoas comuns como máquinas de mágicas, pois
produziam pequenas descargas instantâneas, como as de um raio, que são descargas
elétricas entre nuvens ou entre uma nuvem e o solo. (o clarão observado é chamado de
relâmpago, o barulho que é ouvido é conhecido como trovão e é produzido pela expansão
do ar causado pelo estúpido movimento das cargas).
No início do século 19, o dinamarquês Öersted percebe que existe uma forte
relação entre condutores elétricos e materiais magnéticos (a bússola, em especial). Então,
o campo de estudo do eletromagnetismo começa a ser explorado com mais afinco. Nessa
mesma época, Ampère, na França, amplia o conhecimento sobre a relação entre carga
elétrica em movimento e magnetismo. E Faraday, um inglês, trabalha com a ideia de campo
elétrico e campo magnético, construindo algo como os primeiros motores elétricos da
história.
Além destes, Ohm, na Alemanha, desenvolve circuitos elétricos e estuda a relação
entre dispositivos elétricos, correntes elétricas e tensão, o que permitiu a Nikola Tesla,
na Sérvia, desenvolver motores mais consistentes, baseado no estudo aprimorado dos
campos elétrico e magnético. Ainda no final de século 19, Maxwell (inglês) formula as
bases matemáticas da teoria do eletromagnetismo, quando justifica as relações
existentes entre eletricidade e magnetismo, seja materialmente, com as cargas, seja
eletromagneticamente, com os campos. Prevê também a existência das ondas
eletromagnéticas, mais tarde confirmadas por Hertz.
Hoje, entendemos que foi através desses experimentos que se estruturaram os
princípios básicos para os mais modernos equipamentos, com as mais diversas aplicações
que conhecemos na atualidade.
2.
CORRENTE
2.1 - CORRENTE ELÉTRICA
Sabemos que os condutores metálicos possuem elétrons livres, os quais
podem mover-se com facilidade, enquanto as cargas positivas estão presas ao núcleo por
forças muito fortes. Ocorre, porém, que esse movimento dos elétrons no interior desses
condutores é completamente desordenado.
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Para que os elétrons livres se desloquem ordenadamente, é necessário estabelecer
uma diferença de potencial entre dois pontos do condutor, Dessa forma eles passam a
caminhar no sentido do potencial mais alto, devido o surgimento de uma força elétrica F, pois
F = q . E.
Esse movimento ordenado dos elétrons é chamado de corrente elétrica. Para criar e
manter a corrente elétrica são utilizados dispositivos, tais como pilhas elétricas e baterias,
que mantém a diferença de potencial entre os pontos A e B. Esses dispositivos são
representados por:
A barra menor representa o polo negativo, e a maior, o positivo. Podemos juntar os
elementos básicos para a manutenção permanente da passagem da corrente elétrica através
de um condutor, ligando dois de seus pontos aos polos desse dispositivo gerador de energia
elétrica. Tais elementos são:
- Um dispositivo que gera energia elétrica. Por exemplo: pilha.
- Um elemento que consome energia elétrica. Por exemplo: lâmpada.
- Um elemento condutor que os interliga. Por exemplo: fio de cobre.
2.2 – SENTIDO
Nos condutores sólidos, o sentido da corrente elétrica corresponde ao sentido do
movimento dos elétrons, pois são eles que se deslocam. Ou seja, a corrente é do potencial
menor (polo negativo) para o potencial maior (polo positivo). Esse é o sentido real da corrente
elétrica.
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No estudo da corrente elétrica, entretanto, adota-se um sentido convencional, que é
o sentido do deslocamento das cargas positivas, ou seja, do potencial maior para o menor.
Assim, sempre que falarmos em sentido da corrente, estaremos nos referendo
ao sentido convencional, e não ao sentido real.
OBSERVAÇÃO:
Esse sentido convencional foi estabelecido antes de se conhecer qual das cargas, a
positiva ou negativa, movia-se nos condutores sólidos. Quando se descobriu que os
deslocamentos são feitos por elétrons, todas as leis fundamentais já tinham sido formuladas,
considerando-se o deslocamento das cargas positivas. Além disso, nas soluções eletrolíticas
e nos gases rarefeitos, a corrente é formada pelo deslocamento de cargas positivas e
negativas; em vista disso, conclui-se ser uma complicação desnecessária trocar o sentido
convencional da corrente elétrica.
2.3 – NATUREZA
Quanto à natureza, a corrente elétrica pode ser classificada em: eletrônica e iônica.
- Corrente eletrônica: é aquela constituída pelo deslocamento dos elétrons livres.
Ocorre, principalmente, nos condutores metálicos.
- 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
flourescentes.
2.4 – INTENSIDADE
Considere um condutor metálico percorrido por uma corrente elétrica. Suponha que
num intervalo de tempo t, pela secção transversal S, passe uma quantidade de carga Q,
em módulo.
i = Q
t
Define-se como intensidade da corrente elétrica i a relação:
Q = n . e
A quantidade de carga Q é dada por:
Onde n são o número de elétrons, e e a carga de um elétron. A unidade de corrente
elétrica no SI é o ampère (A).
Um ampère é a corrente que caracteriza a passagem por uma secção transversal do
condutor de carga de 1 coulomb em cada segundo.
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2.4 – TIPOS
Comumente considera-se a existência de dois tipos de corrente elétrica: corrente
elétrica contínua (CC) e corrente elétrica alternada (CA).
a) Corrente contínua
É aquela cuja intensidade e cujo sentido se mantém constantes ao longo do tempo.
Como exemplos, temos as correntes estabelecidas por uma bateria de automóvel e por uma
pilha.
b) Corrente alternada
É aquela cuja intensidade e cujo sentido variam periodicamente. É o caso das
correntes existentes nas casas e fornecidas pelas usinas hidrelétricas.
2.5 - EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1. Um condutor metálico é percorrido por uma corrente elétrica contínua e constante de
intensidade 32 mA. Determine:
a) a carga elétrica que atravessa uma seção reta do condutor por segundo;
b) o número de elétrons que atravessa uma seção reta do condutor por segundo.
Dado: carga elétrica elementar e = 1,6.10-19 C
Resposta:
a) Q=3,2.10-2C
b) n=2.1017elétrons
2. A intensidade da corrente elétrica que percorre um condutor metálico varia com o tempo
conforme o gráfico:
a) Qual é a carga elétrica que atravessa uma seção reta do condutor no intervalo de tempo
de 0 a 8 s?
b) Qual é a intensidade média da corrente elétrica que produz o mesmo efeito da corrente
elétrica representada no gráfico?
Resposta:
a) Q=30C
b) i=3,75A
3.
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O filamento incandescente de uma válvula eletrônica, de comprimento igual a 5cm, emite
elétrons numa taxa constante de 2 . 1016 elétrons por segundo e por centímetro de
comprimento. Sendo o módulo da carga do elétron igual a 1,6 .10-19C, qual intensidade da
corrente emitida?
...
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