Eletrodinâmica: Carga, Corrente e Resistência

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Eletrodinâmica
Carga elétrica (Q): propriedade de prótons e elétrons que os permite interação. Todo corpo
possui carga elétrica, mas nem todo corpo possui carga resultante.
Corpo eletricamente neutro: estado elétrico fundamental → mesma quantidade de prótons
e elétrons → carga resultante é igual a zero.
Corpo eletricamente positivo: perdeu elétrons → carga resultante positiva.
Corpo eletricamente negativo: ganhou elétrons → carga resultante negativa.
Corrente elétrica: cargas elétricas em movimento ordenado. Duas condições: deve haver
um percurso entre os dois pontos (meio condutor) e deve existir uma tensão elétrica (U)
entre os dois pontos (ddp: diferença de potencial - medido em volts).
Carga elementar (e): menor quantidade de carga que existe na
natureza; cada elétron apresenta → 1,6.10-19C.
Fórmulas: Q: quantidade de carga elétrica (medida em coulomb); n:
número de prótons ou elétrons; i: intensidade média da corrente elétrica
(medida em amperes); t: intervalo de tempo (medido em segundo).
Corrente contínua constante: sentido e intensidade constantes no
decorrer do tempo → a intensidade média é a mesma qualquer que seja o intervalo de
tempo considerado.
Sentido convencional da corrente elétrica: sentido do movimento de cargas positivas.
Sentido real da corrente elétrica: sentido do movimento de cargas negativas.
Gráfico: no gráfico da intensidade da corrente em função do tempo, a área sob a curva,
delimitada por certo intervalo de tempo, é numericamente igual à quantidade de carga
elétrica que atravessa a seção do condutor no intervalo de tempo considerado → A = ΔQ.
Disjuntor (fusível): dispositivo contra excesso de corrente para proteger os fios. Caso a
corrente ultrapasse o valor do disjuntor (sobrecarga), ele desarma e o fusível queima → os
fios e o disjuntor sempre têm o mesmo valor.
Interruptor: chave liga e desliga. Simples: é possível acionar uma única lâmpada ou
conjunto de lâmpadas, este tipo de interruptor contém apenas uma seção. Paralelo:
possibilita que as lâmpadas sejam ligadas e desligadas de pontos diferentes.
Lâmpada: um fio no lado da rosca e, o outro, na base → os elétrons passam pelo fio e
liberam energia, gerando luz → metal - plástico - metal.
Efeito Joule: conversão de energia elétrica em térmica.
Resistor: efeito joule → quando se estabelece uma corrente elétrica em um resistor ocorre
o choque dos elétrons livres contra seus átomos. O estado de agitação térmica dos átomos
aumenta, determinando uma elevação da temperatura do resistor.
Resistência elétrica: propriedade de todo meio condutor; é a oposição causada pelo
condutor à passagem da corrente (o fio vai atrapalhar o movimento dos elétrons). O elétron
perde energia quando “bate” em outros núcleos enquanto passa pelo
condutor → essa “batida” é a resistência.
1ª lei de Ohm: a resistência elétrica só pode ser calculada através da
razão entre a ddp e a corrente. Em um resistor ôhmico, a ddp aplicada é diretamente
proporcional à intensidade de corrente que o atravessa.
Condutor Ôhmico: é aquele que tem resistência elétrica constante (sob a qual o material
não tem nenhuma influência). Assim, o gráfico U . i é linear e crescente → a inclinação do
gráfico expressa a resistência.
Condutor não Ôhmico: o valor da resistência varia (o material mexe na resistência);
parábola para cima: resistência aumenta; parábola para baixo: resistência diminui.
Segunda lei de Ohm: a resistência elétrica depende da temperatura, do
comprimento, da área da seção transversal e da forma geométrica do
material do qual é feito o condutor → ρ é uma constante para cada tipo de
material, suas unidades vão ser usadas para a área e comprimento → ρ
grande: material isolante, ρ pequeno: condutor.
Potência elétrica: relaciona a quantidade de energia elétrica consumida
em um certo tempo.
Controle de potência: pode-se controlar a potência através da tensão ou
da corrente, mas a tensão é constante na maioria dos casos. Assim, temos que fazer o
controle através da corrente, via resistência.
Chuveiro elétrico: quanto menor a resistência, maior a potência, maior
a corrente elétrica e maior a temperatura da água.
Potenciômetro: varia a resistência para controlar a potência → quanto
menor a resistência, maior a corrente elétrica e maior a potência, mais
luz.
Sobretensão: Uligação > Unominal → vai queimar o aparelho.
Subtensão: Uligação < Unominal → vai funcionar muito fraco ou nem ligar.
Sobrecarga: muita corrente elétrica → aquecimento dos
fios e risco de incêndio.
Aquecedor elétrico: transforma energia elétrica em
térmica → a potência também é perdida pro ambiente
ao aquecer a água.
Energia elétrica consumida: depende do tempo de funcionamento e da
potência do aparelho. Obs.: W/h ou J (W/s) e trabalho = E.
Associação de resistores: ligação simultânea de vários aparelhos elétricos; o objetivo é
encontrar o resistor equivalente (Req).
Associação em série: um resistor é ligado após o outro → só existe um caminho para a
corrente; o mesmo fio passa por todos os aparelhos. Quando o caminho é interrompido,
todos os aparelhos deixam de funcionar. Ex.: pisca pisca de natal → "i" é igual para todos
(i1 = i2 = i3 = in) → "U" é distribuída entre os resistores (Utotal = U1 + U2 + U3 + … Un) e se
mantém → "Req" é a soma de todos os resistores (Req = R1 + R2 + R3 + … Rn).
Associação em paralelo: um resistor é ligado ao lado de outro → existe mais de um
caminho para a corrente; um elemento não interfere nos outros, é contado
independentemente, pode ser ligado ou desligado isoladamente. 1/Req = 1/R1 + 1/R2 +
1/R3 + … 1/Rn → itotal = i1 + i2 + i3 + … in → Utotal = U1 = U2 = U3 = Un.
Associação mista: série + paralelo → paralelo dentro da série ou série dentro do paralelo;
o Req é sempre calculado de dentro para fora → as contas de série e de paralelo vão se
intercalando.
Técnica dos nós: união de três ou mais fios → colocar uma letra na entrada do circuito, na
saída e uma em cada nó e, depois, alinhá-las em um novo circuito.
Curto-circuito: quando um fio de resistência nula é
colocado em paralelo a um elemento, ele o tira do
circuito, ou seja, coloca-o em curto. Obs.: curto tem a
mesma letra em ambos os lados.
Amperímetro (ou galvanômetro): instrumento que
mede a intensidade da corrente elétrica. Ele é associado em série com o elemento do
circuito cuja corrente se quer medir. Um amperímetro ideal tem resistência interna igual a
zero, para que não modifique a intensidade da corrente. Quando ele é associado em
paralelo, ele provoca curto-circuito por ter resistência ideal nula.
Voltímetro: instrumento que mede a diferença de potencial elétrico. Ele deve ser associado
em paralelo com o elemento cuja ddp se quer medir. Um voltímetro ideal tem resistência
interna infinita, para que a corrente desviada para ele seja mínima e a ddp não se
modifique. Quando ele é associado em série, a resistência equivalente é infinita e, portanto,
não há corrente no circuito (lâmpadas vão apagar).
Ponte de Wheatstone: circuito utilizado para medir o valor de um
resistor desconhecido; a lâmpada do meio não tem função
elétrica; o galvanômetro faz o papel de uma ponte, ligando o fio
de cima com o fio de baixo; quando não há corrente no
galvanômetro, a ponte está equilibrada; se a corrente de G é
igual a 0, R2.R3 = R1.Rx e U = 0.
Gerador elétrico: transforma uma forma de energia em energia
potencial elétrica (ex.: pilha → energia química em elétrica), com
perdas durante o processo; têm resistência interna (menos o
ideal, no qual r = 0 e U = E); em um gerador real, Uútil = EUtotal(fem) - (ri)Uperdido;
rendimento (n): Ptotal = E.i = 100%, já Pútil = Uútil.i = n. Obs.: Pdissipada = ri2.
Obs.: só se pode associar em paralelo geradores idênticos.
Gráfico U.i (curva característica): quando i = 0, o gerador está em circuito
aberto (não está ligado a nada), e, consequentemente, U = E; já quando o gerador está
ligado a um condutor de resistência nula ele, consequentemente, está em curto-circuito, e
Uútil = 0; além disso, θ = r.
Lei de Pouillet: a ddp nos terminais do gerador é a mesma nos terminais do resistor→
igualar as equações U = E - ri e U = R.i. Obs.: "r" é a resistência interna do gerador e "R" é a
externa do circuito, podendo ser a Req.
Obs.: pilhas no controle remoto estão em série, pois os lados + e - não estão do mesmo
lado.
Receptor elétrico (motor elétrico): dispositivo elétrico feito para converter energia elétrica
em uma forma qualquer de energia que não seja só térmica → “é um resistor que evoluiu”.
Símbolos: “E”: força contra eletromotriz (“fcem”) (“segura o elétron, é o volt útil do receptor);
“r”: resistência interna; “U”: volt total; “i”: corrente fornecida ao receptor, chega ao polo
positivo. Fórmula: U = E + ri.
Obs.: se a resistência interna é 2 ohms, então a corrente elétrica causa o aquecimento
dessa resistência, dissipando parte da energia em calor. A taxa de energia dissipada na
forma de calor pela resistência é dada pela relação: R.i². Logo, teremos: 2 x 10² = 200 W.
Assim, a potência mecânica é igual à potência total subtraída da potência térmica, Como a
potência total é dada por 130 x 10 = 1300 W, então o resultado será 1300-200 = 1100W.
Circuito de malha única: circuito com gerador, receptor e resistor, formando uma malha
(um caminho) → analisar o valor dos “E”s (se houver receptor, o maior deverá ser o gerador
para haver corrente) e a polaridade (polos iguais atrapalham (diminuir) e diferentes ajudam
(somar)); a corrente sai do gerador e vai até o receptor → i = (Ege +/- Ere):(rs + Rs).
Obs.: uma bateria recarregável pode atuar como gerador ou como receptor.
Obs.: em um gráfico, o receptor nunca sai do zero + em um gráfico U.i, a tangente sempre
vai ser a resistência!
Obs.: quando a corrente sai do polo positivo é gerador e, quando chega, é receptor.
Capacitores (eletrodinâmica)
Capacitores: dispositivos eletrônicos usados para o armazenamento de cargas elétricas,
sendo os capacitores de placas paralelas o tipo mais simples → duas placas condutoras
conectadas a pot enciais elétricos distintos.
Capacitância: mede a quantidade de cargas que pode ser armazenada em um capacitor
para uma determinada diferença de potencial elétrico → medida em F (Faraday) ou C/V
(coulomb por volt). C: capacitância. Q: carga elétrica. V: potencial elétrico.
Formato do capacitor: também determina a capacitância.
Associação em série: 1/Cq = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + … 1/Cn; o equivalente será igual às
cargas de todos que estiverem em série.
Associação em paralelo: Cq = C1 + C2 + C3 + … Cn.
Q1 = 12, Q2 = 48, Q3 = Q4 = 9,6