Corrente Elétrica
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Fisico-Química O movimento e os meios de transporte Algumas grandezas características dos movimentos Deslocamento e distância Deslocamento: É uma grandeza vetorial. O seu valor indica a distância, medida em linha reta, entre as posições inicial e final do corpo em movimento. O sentido do deslocamento é da posição inicial para a posição final Distância: Comprimento da trajetória descrita por um corpo em movimento, é uma grandeza escalar. Velocidade e rapidez Velocidade: É uma grandeza que nos informa sobre a rapidez do movimento em cada instante e ainda nos indica em que direção e sentido nos movemos.Por isso, não lhe corresponde apenas um valor numérico.É uma grandeza vetorial caracterizada por direção, sentido e ponto de aplicação, além da intensidade ou valor. Rapidez: É a intensidade ou o valor da velocidade, que é indicada pelo comprimento do vetor velocidade na escala considerada. Vetores Velocidade Direção: são as direções das trajetórias, nos casos dos movimentos retilíneos e curvilíneos. Sentido: Posição inicial à posição final Intensidade: Velocidade… O ponto de aplicação: Coincide com a posição ocupada pelo corpo no instante considerado Rapidez: É a intensidade ou o valor da velocidade, que é indicada pelo comprimento do vetor velocidade na escala considerada. 1 O tipo de movimento e o valor da velocidade Movimento Movimento uniforme: É quando o valor da velocidade se mantém constante No movimento uniforme, a distância percorrida é diretamente proporcional ao tempo gasto para percorrer. No movimento uniforme, o valor da velocidade em qualquer instante é igual à rapidez média Movimento acelerado: O valor da velocidade aumenta à medida que o tempo decorre Movimento retardado: O valor da velocidade diminui à medida que o tempo decorre Movimento Variado: É aquele em que o valor da velocidade varia durante a distância Fórmulas Químicas Aceleração média = Velocidade Final – Velocidade Inicial ÷ tempo(seg) Distância: Velocidade x tempo (num gráfico onde o movimento é constante Distância: Num gráfico calcula-se pela área do triângulo caso o movimento seja uniformemente acelerado ou retardado: velocidade x tempo ÷ 2 Velocidade: Distância ÷ tempo Distância de Reação: Velocidade inicial x tempo reação Distância de Travagem: Velocidade inicial x tempo travagem ÷ 2 Massa: FR ÷ aceleração FR: massa x aceleração Força atrito: massa x aceleração Impulso(I)= Força Resultante(N) x tempo(seg) 2 Quantidade Movimento: P= massa x velocidade Resultante de Forças: 1º Caso Forças com a mesma direção e com o mesmo sentido FR: F1 + F2 2º Caso Forças com a mesma direção mas sentidos opostos FR: F1- F2 3º Caso Forças com direções perpendiculares (aplica-se com o teorema de pitágoras) 3 FR²: F1² + F2² FR:√ F1² + F2² Par “Ação-Reação) Realmente quando um corpo exerce uma força sobre outro, o segundo exerce também uma força sobre o primeiro. Uma destas forças chama-se ação e a outra reação. O conjunto das duas forças forma então o par ação-reação As forças que constituem um par ação-reação podem atuar por contacto ou à distância e são assim caracterizadas: -têm a mesma direção -têm a mesma intensidade -têm sentidos opostos -estão aplicados em corpos diferentes Lei da Inércia: Lei da ação-reação Qualquer corpo permanece em repouso ou em movimento retilíneo uniforme se o conjunto de forças que nele atua tem resultante nula À ação de um corpo sobre outro corresponde sempre uma reação igual e oposta que o segundo corpo exerce sobre o primeiro Força de Atrito: A intensidade desta força depende: -Quanto mais rugosas forem as superfícies em contacto, maior é a força de atrito -Quanto maior for peso do corpo que se move, maior é a força de atrito Notas: -A força de atrito não depende da área da superfície de contacto 4 -O atrito é indispensável para que haja movimento e para o tornar seguro. Impulso: É uma grandeza física caracterizada pelo valor igual ao porduto da força pelo intervalo de tempo durante o qual atua e pela direção e sentido iguais aos da força. Quantidade de Movimento: É uma grandeza física caracterizada pelo valor igual ao produto da massa do corpo pela sua velocidade e pela direção e sentido iguais aos da velocidade Impulsão: É uma força com sentido de baixo para cima, exercida em todos os corpos pelos líquidos ou pelos gases em que se encontram. O Valor da impulsão Maior volume do corpo ↔ Maior impulsão Maior densidade do fluído ↔ Maior impulsão depende: -do volume dos corpos -da densidade do fluído,líquido ou gás, em que os corpos se encontram Nota: A Impulsão não depende do peso do corpo Equilíbrio dos corpos: Depende: - da área da base de sustentação e da posição do centro da gravidade em relação à base de sustentação O equilíbrio é tanto mais estável quanto: - mais baixo estiver o centro de gravidade -maior for o peso do corpo -maior for a área da base de apoio -menor for a altura do corpo Circuito Elétrico: O que é? 5 Os aparelhos elétricos só funcionam quando os ligamos convenientemente a uma fonte de energia elétrica. Durante o seu funcionamento, os aparelhos elétricos recebem energia elétrica que transformam em outros tipos de energia. Por isso se chamam recetores de energia elétrica. Quando se liga convenientemente um recetor a uma fonte de energia elétrica, diz-se que se estabelece um circuito elétrico fechado. Circuitos elétricos em série e em paralelo: É possível instalar num circuito elétrico mais do que um recetor. A instalação pode fazer-se de duas maneiras: em série ou em paralelo. Em série, num circuito com 2 lâmpadas uma é ligada a seguir à outra, existindo um só caminho para a corrente elétrica. Em paralelo, num circuito com 2 lâmpadas uma é instalada numa ramificação diferente, existindo, assim, mais do que um caminho para a corrente elétrica. Corrente Elétrica: O que é? É um movimento orientado de partículas com carga elétrica. Corrente Elétrica: -Nos metais, nas ligas metálicas e na grafite a corrente elétrica é um movimento orientado de eletrões livres. -Nas soluções condutoras, a corrente elétrica é um movimento orientado de iões positivos, num sentido e de iões negativos, em sentido oposto. Nas pilhas, nas associações de pilhas e nas baterias, os pólos positivo e negativo nunca mudam. Por isso estas fontes de energia produzem corrente elétrica que tem sempre o mesmo sentido. Designa-se por corrente contínua e simboliza-se por DC. Bons Condutores Electricos: São materiais através dos quais a corrente elétrica passa. Maus Condutores Elétricos: ......Não passa. Nos circuitos elétricos é possível falar em: -sentido convencional (pólo positivo para o negativo) -sentido real (movimento dos eletrões do pólo negativo para o positivo) A corrente elétrica da rede que muda periodicamente de sentido, chama-se corrente alternada. Esta corrente simboliza-se por ~. 6 A Corrente contínua representada por = e não muda de sentido. Diferença de Potencial e Intensidade da Corrente: A diferença Potencial de uma fonte de energia relaciona-se com a energia que fornece às cargas elétricas do circuito. A diferença potencial pode-se representar por d.d.p Nome Quilovolt Megavolt Milivolt Símbolo kV MV mV Relacionamento com o V 1 kV= 1000 V 1 MV = 1000000 V 1 mV = 0,001 V Para medir a diferença potencial de uma fonte de energia estabelece-se um circuito elétrico fechado entre a fonte e o voltímetro ou multímetro. A diferença de potencial nos terminais da associação de pilhas em série é igual à soma das diferenças de potencial nos terminais de cada pilha. Diferença de Potencial nos terminais dos Recetores Relaciona-se com a energia elétrica transformada pelo recetor noutros tipos de energia. Para medir a diferença de potencial nos terminais de um recetor liga-se a um voltímetro aos dois terminais sempre em paralelo. Nota: a diferença de potencial nos terminais de um conjunto de lâmpadas em série é igual à soma das diferenças de potencial nos terminais de cada uma das lâmpadas. Diferença de Potencial em circuitos com lâmpadas em paralelo A diferença de Potencial nestes circuitos é igual à diferença de potencial nos terminais de qualquer uma delas. Intensidade da Corrente: É outra grandeza física que caracteríza a corrente elétrica. Representa-se pela letra I Relaciona-se com o número de eletrões que passa numa secção reta do circuito por unidade de tempo. Nome Quiloampere Miliampere Símbolo kA mA Relacionamento com o A 1 kA= 1000 A 1 mA = 0,001 A 7 Microampere µA 1 µA = 0,000001 A Intensidade da Corrente em Circuitos: Em série Tem o mesmo valor em qualquer ponto Em paralelo A intensidade no ramo principal é igual à soma das intensidades da corrente nas várias ramificações Diferença de Potencial: Mede-se com voltímetros que se instalam em paralelo Intensidade da Corrente: Mede-se em amperimetros que se instalam em série Resistência Elétrica O que é? Relaciona-se com a oposição que os condutores oferecem àpassagem da corrente elétrica. Caracteriza os condutores elétricos e é representada por R. A unidade S.I da resistência elétrica chama-se ohm e simboliza-se por Ω Nome Megaohm Quilo-ohm Miliohm Micro-ohm Símbolo MΩ kΩ mΩ µΩ Relacionamento 1M Ω =1000000 Ω 1kΩ= Ω 1mΩ= Ω 1µΩ=0,000001 Ω Resistência dos condutores e intensidade da corrente Quanto menor é a resistência elétrica dos condutores maior é a intensidade da corrente nos circuitos elétricos Quanto maior é a resistência elétrica dos condutores menor é a intensidade da corrente nos circuitos elétricos 8 Tamanho de resistências Resistência Grande------Condutor conduz mal Resistência Pequena------Condutor conduz bem Dos dispositivos elétricos que habitualmente usados nos circuitos: -os fios de ligação, os amperímetros e os interruptores têm pequena resistência elétrica. -há dispositivos chamados resistências ou resístores que também têm grande resistência elétrica. Como se mede a resistência elétrica? Mede-se através de ohmímetros que medem a sua resistência quando não estão em funcionamento num circuito elétrico. Quando existe funcionamento num circuito elétrico faz-se através de um processo indireto: -medir a intensidade da corrente no circuito onde está instalado o condutor com um amperímetro -medir a diferença de potencial nos terminais do condutor com um voltímetro. Como calcula-la? R=Diferença de potencial (U/volt) ÷ Intensidade da corrente (I/ampere) De que depende a resistência elétrica -Do material que é feito…prioridades (prata, cobre, alumínio, etc) o cromoniquel conduz mal por exemplo -Do comprimento do condutor, pois quanto maior for o comprimento maior é a resistência -Da temperatura -Da espessura: quanto maior resistência menor espessura Potência: U x I Energia: P x T Eletromagnetismo e Correntes de Indução Efeito magnético da corrente elétrica 9 Resumindo: -A corrente elétrica cria à sua volta um campo magnético -O campo magnético criado pela corrente altera-se quando o sentido da corrente muda -O campo magnético é mais forte quando a intensidade da corrente aumenta Eletromagnetismo São muitas as aplicações práticas do eletromagnetismo. Nessas aplicações a corrente elétrica passa através de um enrolamento de fio ou bobina. A bobina percorrida pela corrente elétrica atua como se de um íman tratasse, sendo: -como pólo sul, a extremidade por onde entra a corrente elétrica -como pólo norte, a extremidade por onde sai a corrente elétrica Algumas aplicações -Galvanómetros -Voltímetros ( instalados em paralelo) e amperímetros (instalados em série) -Eletroímanes -Campainhas Resumindo: O efeito magnético da corrente elétrica pode ser demonstrado pela ação da corrente elétrica sobre uma agulha magnética. Correntes de Indução O movimento de um íman em relação a um enrolamento de fio condutor ou de um enrolamento em relação a um íman cria correntes de indução. A corrente elétrica em larga escala é produzida em geradores: os dínamos e os alternadores. Na produção de corentes de indução o íman chama-se indutor e o enrolamento induzido Quanto maior for a rapidez do movimento maior é a intensidade da corrente O sentido do movimento altera o sentido da corrente Transformadores: elevadores tensão (aumenta), abaixadores tensão (baixa) Os transformadores são constituídos essencialmente por duas bobinas de fio condutor em torno de um núcleo de ferro macio. Chama-se primário à bobina por onde entra a corrente elétrica e secundário quando sai 10 Corrente elétrica produzida em larga escala: Produzida nas centrais: -hidroelétricas -termoelétricas -nucleares -eólicas -solares …É transformada à saída passando por elevadores de tensão para depois ser distribuída…junto das localidades passa por sucessivos abaixadores de tensão até ser utilizada Estrutura Atómica Aos nossos olhos os materiais que formam os corpos têm um aspeto contínuo, à escala atómica são na sua maior parte espaço vazio. Como são os átomos? (tamanho) Embora muito pequenos e sem forma definida, os átomos não têm todos o mesmo tamanho. Os valores dos diâmetros atómicos exprimem-se habitualmente num submúltiplo do metro-o picómetro(pm) 1pm=10^-12m A massa do átomo mais leve de hidrogénio H é 1. Da comparação da massa dos átomos de cada elemento com a massa do átomo de hidrogénio 1 resulta um nº que corresponde à massa atómica relativa do elemento. Simboliza-se por Ar Modelo atual do átomo O átomo é constítuido por duas zonas distintas: o núcleo e a núvem eletrónica. Na nuvem eletrónica há eletrões, partículas com carga elétrica negativa, que praticamente não têm massa. Quais são as partículas que constituem o núcleo? No núcleo há partículas com carga elétrica positiva, os protões. No núcleo existem ainda partículas sem carga elétrica. Designadas por neutrões. A massa dos neutrões é praticamente igual à massa dos protões 11 Átomos e as suas nuvens eletrónicas Níveis de energia dos eletrões Os eletrões da nuvem eletrónica dos átomos não têm todos a mesma energiadistribuem-se por níveis de energia. Cada nível só pode ter um determinado nº de eletrões: -o 1º nível pode ter no máximo 2 eletrões (2x1^2) -no 2º nível pode haver oito eletrões no máximo (2x2^2) -no 3º nível o nº máximo de eletrões é dezoito (2x3^2) expressão: 2n^2 (N corresponde ao nível de acordo com a energia) Nota: o último nível só pode ter no máximo 8 eletrões Normalmente os eletrões dos átomos possuem energia mais baixa possível. Quando se distribuem os eletrões dos átomos por níveis de menor energia possível diz-se que se faz a sua distribuição eletrónica. Os átomos e os iões que originam Os átomos têm, na sua constituição, partículas com carga elétrica. No entanto são eletricamente neutros. Isto quer dizer que a carga total dos eletrões é simétrica da carga do núcleo. 12 Como os protões e os eletrões têm carga unitária, em qualquer átomo, o nº de protões é igual ao nº de eletrões. O que acontecem aos átomos quando perdem ou ganham eletrões? Se um átomo perde eletrões, fica com mais protões do que eletrões. A sua carga núclear é superior à carga total dos eletrões. O átomo transforma-se num ião positivo. Qualquer ião positivo é menor do que o respetivo átomo. A nuvem eletrónica do ião positivo é menor porque o átomo perdeu eletrões. Quando um átomo ganha eletrões fica com mais eletrões do que protões. A sua carga eletrónica é superior à carga do núcleo. O átomo transforma-se num ião negativo Qualquer ião negativo é maior do que o respetivo átomo. A nuvem eletrónica do ião negativo é maior porque o átomo captou eletrões. Que átomos têm tendência para formar iões positivos? E para formar iões negativos? Como sabes o nº máximo de eletrões de valência dos átomos é 8. Todos os átomos com 8 eletrões de valência são muito estáveis. Muitos outros átomos transformaram-se em iões para que a sua nuvem eletrónica passe a ficar com oito eletrões de valência tornando-se mais estáveis. Os átomos com poucos eletrões de valência têm tendência a perde-los originando iões positivos ex: 2-8-8 para 2-8 Os átomos com bastantes eletrões de valência têm tendência a captar eletrões originando iões negativos. Os iões resultantes ficam com oito eletrões de valência Ex: 2-7 para 2-8 Os átomos de cada elemento Nº atómico e nº de massa Os átomos de um elemento e os correspondentes iões têm o mesmo nº de protões. Ao nº de protões existentes no núcleo dos átomos e dos iões de um elemento chamase nº atómico, representa-se pela letra Z e caracteriza o elemento químico. Todos os átomos e iões do mesmo elemento têm igual nº atómico Ao nº total de partículas existentes no núcleo dos átomos e iões monoatómicos, soma dos protões e neutrões, chama-se nº de massa e representa-se pela letra A 13 Podes representar qualquer átomo associando ao símbolo químico do elemento o seu nº atómico e o seu nº de massa Isótopos de um elemento Todos os átomos de um elemento têm o mesmo nº atómico, isto é, têm igual nº de protões. No entanto, podem não ser todos iguais. Há átomos do mesmo elemento com diferente nº de neutrões. Os átomos diferentes do mesmo elemento chamam-se isótopos. Os isótopos de um elemento têm: -O mesmo nº atómico (Z) -diferente nº de Massa (A) A maior parte dos elementos possui dois ou mais isótopos naturais mas, nem todos são estáveis. O grande nº de neutrões relativamente aos protões torna os núcleos dos isótopos instáveis ou radioativos. Tabela Periódica atual A grande variedade de substâncias é feita a partir de um número muito mais reduzido de elementos que hoje podes ver bem organizados numa tabela - a tabela periódica dos elementos 14 Organização da tabela periódica atual: Atualmente conhecem-se 115 elementos, uns naturais e outros artificiais. Todos os elementos estão dispostos na tabela periódica atual por ordem crescente do seu nº atómico Na tabela os elementos formam: -colunas verticais, os grupos -linhas horizontais, os períodos Há dezoito grupos na tabela periódica atual, numerados de 1 a 18.Os grupos são constituídos por elementos com propriedades químicas semelhantes os quais formam famílias de elementos: -grupo 1:metais alcalinos -grupo 2:metais alcalinoterrosos -grupo 17:metais halogéneos -grupo 18:gases nobres -Há sete períodos na tabela periódica Na parte inferior da tabela estão os elementos que constituem as famílias dos lantanídeos e dos actinídeos. Estes elementos têm propriedades químicas semelhantes, respetivamente, ao lantânio (57 La) e ao actínio (89Ac) Os elementos localizados no lado esquerdo da tabela chamam-se elementos metálicos e os do lado direito chamam-se não-metálicos. Há ainda os semimetálicos como, por exemplo o silício (Si) com propriedades semelhantes aos metálicos e aos não metálicos. O hidrogénio tem propriedades completamente diferentes das dos restantes elementos desse grupo, comportando-se umas vezes como elemento metálico e outras como elemento não metálico. O que se repete regularmente na tabela dos elementos? -A variação do nº atómico dos elementos do mesmo grupo. Isto permite-te saber, sem consultares a tabela periódica, se um elemento pertence ou não ao mesmo grupo de um outro elemento A distribuição eletrónica dos átomos dos elementos do mesmo período Como verificas, os átomos dos elementos deste período têm sucessivamente mais um eletrão, no entanto, os eletrões distribuem-se por 2 níveis de energia em todos eles. O nºdo período em que um elemento se encontra é igual ao nº de níveis de energia em que se distribuem os eletrões. 15 A distribuição eletrónica dos átomos dos elementos do mesmo grupo O nº do grupo em que um elemento se encontra relaciona-se com o nº de eletrões de valência que possui ou seja mesmo grupo =mesmo nº de eletrões de valência O tamanho dos átomos Os átomos dos elementos do mesmo grupo são tanto maiores quanto maior for o seu nº atómico. Com os elementos de um período acontece o contrário: átomos são menores quando nº atómico é maior. Famílias de Elementos Metais alcalinos: São muito reativos. Os seus átomos transformam-se facilmente em iões mono positivos, porque têm apenas um eletrão de valência. A reatividade dos metais alcalinos aumenta ao longo do grupo. Metais alcalinoterrosos: São bastante reativos. Os seus átomos transformam-se facilmente em iões dispositivos porque têm apenas dois eletrões de valência. A sua reatividade aumenta ao longo do grupo. Halogéneos: São muito reativos. Os seus átomos transformam-se facilmente em iões mono negativos porque possuem sete eletrões de valência. A reatividade dos halogéneos diminui ao longo do grupo. Gases Nobres: São quimicamente muito estáveis. Os seus átomos têm o nº máximo de eletrões no último nível de energia Ligações Químicas As diferentes propriedades das substâncias relacionam-se com o tipo de corpúsculos que as constituem e com as forcas responsáveis pela sua coesão A núvem eletrónica das moléculas ...Essa nuvem nao e distribuida uniformemente: -é mais densa nas zonas próximas dos núcleos e entre os núcleos dos átomos ligados, onde é mais provável encontrar os eletrões. -é menos densa nas zonas afastadas dos núcleos, onde é menos provável encontrar os eletrões. De acordo com o modelo atual, as moléculas são formadas por dois ou mais núcleos e uma só núvem eletrónica 16 Ligações Químicas Covalentes -entre átomos com tendência para capturar eletrões -entre átomos de elementos não metálicos Pode ser: -simples: 1 par eletrões -dupla: 2 pares eletrões -tripla: 3 pares eletrões Iónica -entre átomos com tendência para capturar eletrões e átomos com tendência para libertar eletrões. -entre átomos de elementos metálicos e não-metálicos Metálica -entre átomos com tendência para libertar eletrões -entre átomos de elementos metálicos Notação de Lewis Ligação Covalente Têm tendência para capturar eletrões. Conclusão…passaram de 6 eletrões de valência para 8 e formaram uma ligação dupla 17 Ligação Iónica NA tem tendência para perder o seu único eletrão de valência, já CL tem tendência para capturar visto ter 7. Ligação Metálica MG tem tendência para perder os seus 2 eletrões de valência, já Cl tem tendência para capturar visto ter 7 e precisa de mais um para se tornar estável. 18
