Eletricidade 1

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Eletricidade
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Me. Leonardo Macarrão Junior
Revisão Textual:
Caique Oliveira dos Santos
Princípios Básicos da Eletricidade
Princípios Básicos da Eletricidade
 
• Apresentar e mostrar como aplicar os conceitos básicos referentes às grandezas elétricas e 
à sua natureza para os estudos em eletricidade, os quais servem como base para as futuras 
disciplinas relacionadas à Engenharia.
OBJETIVO DE APRENDIZADO 
• Carga Elétrica;
• Potencial Elétrico;
• Tensão Elétrica;
• Corrente Elétrica;
• Potência Elétrica;
• Energia Elétrica.
UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
Contextualização
A eletricidade é um fenômeno físico em que o movimento das cargas elétricas e a 
energia são mostrados por expressões na área da física, da mecânica ou da térmica.
Embora seja abstrata na maioria de suas expressões, como nas descargas elétricas 
dos neurônios, no funcionamento do sistema nervoso do ser humano, a eletricidade 
pode ser vista no nosso dia a dia por meio de raios quando está se aproximando uma 
forte tempestade, quando ocorre um curto-circuito em grandes linhas de transmissão de 
energia elétrica, por exemplo, em linhas de transmissão das usinas hidrelétricas. 
A energia elétrica é a principal fonte de energia do mundo. Ela é fundamental para o 
funcionamento tanto de máquinas em sistemas industriais complexos quanto dos trens 
e do metrô nas grandes metrópoles. Além disso, auxilia no funcionamento de pequenos 
equipamentos eletrônicos em hospitais, na iluminação e até em grandes sistemas de 
comunicações, inclusive no computador que você está utilizando para ler este texto. Em 
suma, a eletricidade está presente em tudo!
Bons estudos! 
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Carga Elétrica
Antes de iniciarmos os estudos sobre carga elétrica, vamos conhecer um pouco so-
bre a matéria e sua estrutura atômica. Toda e qualquer matéria que existe no universo é 
composta de partículas subatômicas, denominadas: elétrons, prótons e nêutrons. Essas 
partículas, quando combinadas em determinadas quantidades, são chamadas de átomos 
(Figura 1). “Todo átomo é, em princípio, eletricamente neutro, pois o número de prótons 
é igual ao número de elétrons, de modo que a carga total positiva anula a carga total 
negativa” (CRUZ, 2013, p. 28).
Elétron
Próton
Nêutron
Figura 1 – Átomo com seus prótons, nêutrons e elétrons
Fonte: Adaptada do Getty Images
Os elétrons (–) são cargas eletricamente negativas que circulam na órbita de um áto-
mo. Já os prótons (+) são cargas eletricamente positivas e estão localizados no núcleo de 
um átomo, juntamente com os nêutrons, que são partículas sem cargas.
Em qualquer elemento químico, quando os átomos estão com o mesmo número de 
elétrons e prótons, podemos dizer que são eletricamente neutros, ou estão em equilíbrio. 
Isso é possível devido ao fato de suas cargas (positivas e negativas) serem de um mesmo 
valor absoluto. A Figura 2 ilustra um átomo do elemento hélio, que é um gás nobre, que 
tem dois prótons, dois nêutrons e dois elétrons.
Figura 2 – Átomo de hélio com 2 prótons, 2 nêutrons e 2 elétrons
Fonte: Getty Images
As órbitas dos átomos são constituídas por camadas, sendo cada camada composta de 
determinada quantidade de elétrons. Quando há uma forte energia sobre alguns materiais, 
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por exemplo, uma fonte de calor, luz ou eletricidade, os elétrons passam a adquirir energia 
e, como consequência desse fenômeno, deslocam-se para um nível mais alto, distanciando-
-se do núcleo, tornando o átomo instável. Nesse momento, os elétrons que estão sobre as 
camadas mais distantes do núcleo sofrem uma atração mínima, exercida pelas cargas posi-
tivas dos prótons no núcleo do átomo, estando livres para “saltar” de um átomo para outro.
Este link mostra como identificar as camadas de elétrons de átomos, identificando, assim, a 
camada de valência, que é a última camada de elétrons de um átomo. Para exemplificar, 
há a ilustração dos elétrons de um átomo de alumínio (Al) e explicações em vídeo. 
Disponível em: https://bit.ly/3elOvAw
Ao realizar esse “salto” (perda de elétrons na última camada de valência), as cargas po-
sitivas e negativas passam a não existir e um corpo terá grande número de elétrons, 
fazendo com que sua polaridade seja negativa.
Podemos, então, concluir que:
• cargas com polaridades iguais se repelem;
• cargas com polaridades diferentes se atraem. 
Para ilustrar, a Figura 3 mostra a atração e a repulsão das cargas relacionadas à sua 
polaridade.
Figura 3 – Repulsão de cargas com polaridades iguais 
e atração de cargas com polaridades diferentes
Fonte: Adaptada de GUSSOW, 2004, p. 5
A unidade de medida da carga elétrica é o coulomb (C), equivalente à quantidade de carga 
que é transportada por uma corrente elétrica, durante o intervalo de tempo de um segundo. 
A carga elétrica elementar (q) é o menor valor de carga elétrica que existe na natureza. É a 
carga que pode ser encontrada nos prótons e nos elétrons e vale aproximadamente:
19 1,6 10q C−= ×
O valor de carga será o mesmo tanto para os prótons como para os nêutrons, pois a 
interação entre as cargas referente à atração ou à repulsão contém a mesma intensidade 
e direção, mas sempre em sentidos contrários.
O nome da unidade de medida da carga elétrica é dado em homenagem a Charles Augustin 
de Coulomb (1736-1806), engenheiro militar francês, que descobriu a lei da atração e repul-
são eletrostática em 1987.
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Figura 4 – Charles Augustin de Coulomb
Fonte: Wikimedia Commons
Potencial Elétrico
Toda carga elétrica possui ao seu redor um campo elétrico com certa intensidade. Ao 
se distanciar da carga, essa intensidade vai diminuindo aos poucos até perder total 
efeito elétrico.
Esse fenômeno é chamado de potencial elétrico e é caracterizado por sua intensida-
de emitida em cada ponto de determinada região em volta da carga, conforme mostrado 
na Figura 5.
O módulo do potencial
elétrico diminui com o
aumento da distância
V V V V V
Q
Figura 5 – Potencial elétrico variando com a distância da carga
Fonte: Adaptada de CRUZ, 2013, p. 38
O potencial elétrico é definido pelo trabalho da força elétrica para mover uma carga 
eletrizada entre dois pontos. É uma grandeza escalar caracterizada apenas por sua in-
tensidade. O símbolo de potencial elétrico é a letra V, e a sua unidade de medida é o volt 
[V]. A letra V foi uma homenagem ao físico Italiano Alessandro Volta (1745-1827), que 
descobriu, mediante experimentos realizados durante suas pesquisas, um item que até 
hoje utilizamos: a pilha elétrica.
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UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
Importante! 
Muitas literaturas utilizam a letra U para identificar potencial elétrico; entretanto, ire-
mos adotar a letra V para se adequar à unidade de medida volt.
A intensidade do potencial elétrico é expressa, matematicamente, pela equação:
K QV
d
×
=
Onde:
• V = potencial elétrico, em volts [V];
• K = 9 × 109 N × m2/C2 (no vácuo e ar); 
• Q = carga elétrica, em coulomb [C];
• d = distância, em metros [m].
A Figura 6 apresenta o comportamento do potencial elétrico em função da natureza 
da carga. 
d
+V
–V– Q
+ Q +
–
Figura 6 – Potencial elétrico produzido por uma carga
Fonte: Adaptada de CRUZ, 2013, p. 38
Exemplo 1
Calcular o potencial elétrico V1, em volts, gerado por uma carga elétrica cujo valor é 
Q = 16 nC, situada no vácuo a uma distância de 2 m.
Obs.: 1 nC = 1 nano coulomb = 1 × 10–9 C
Solução
Nesse caso, a 2 m de distância da carga de 16 nC, temos 72 V.
9 9
1 1 1
9 10 16 10 144 72 
2 2
K QV V V V
d
−× × × ×
= → = = → =
Exemplo 2
O que acontece com o potencial elétrico do exemplo 1 quando alteramos a distância 
de 2 m para 6 m?
12
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Solução 
9 9
2 2 2
9 10 16 10 144 24 
6 6
K QV V V V
d
−× × × ×
= → = = → =
Com esse exemplo, podemos concluir que, ao aumentar a distância, o potencial elé-
trico irá diminuir sua intensidade.
Para que haja um deslocamento de uma carga, é necessária uma diferença de poten-
cial,mais comumente chamada tensão elétrica.
Assim, supondo que temos um elétron livre de carga q imerso em um campo elétrico 
a uma distância dA da carga Q, o elétron irá se mover na direção à carga Q devido à 
força de atração F, a uma distância dB, conforme a Figura 7.
Q
+
B
d A
E
d
-
F
q
A
B
Figura 7 – Elétron livre imerso em um campo elétrico
Fonte: Adaptada de CRUZ, 2013, p. 40
Como a distância dA é maior que a distância dB (dA > dB), o potencial no ponto A será 
menor que no ponto B. Logo, podemos concluir que o elétron se movimenta do menor 
para o maior potencial e, sem a diferença de potencial (d.d.p.), não há movimento de 
cargas elétricas em um condutor.
Tensão Elétrica
É a diferença de potencial elétrico entre dois pontos A e B. Sua unidade de medida 
é o volt (V).
Portanto, para calcular a tensão entre os pontos A e B, basta fazer a subtração:
AB A BV V V= −
Quanto à tensão entre os pontos B e A, também basta fazer a subtração. Se VAB for 
positiva, VBA será negativa.
BA B AV V V= −
Exemplo 3
A tensão no ponto A é de 35 V e a tensão no ponto B é de 16 V. Calcular a tensão VAB.
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Solução
35 16 19 AB A B AB ABV V V V V V= − → = − → =
Exemplo 4
A tensão no ponto A é de 22 V e a tensão no ponto B é de 45 V. Calcular a tensão VAB.
Solução:
22 45 23 AB A B AB ABV V V V V V= − → = − → = −
Observe que, nesse caso, a tensão é negativa.
Corrente Elétrica
A eletrodinâmica, que faz o estudo das cargas em movimento, nos ajuda a entender 
como as cargas se movem. Portanto, corrente elétrica é o fluxo ordenado de cargas elé-
tricas que se movem de forma orientada. Esse movimento de cargas elétricas geralmente 
ocorre em condutores elétricos (fios ou cabos). É representada pela letra “I”, e sua uni-
dade de medida é o ampère (A), em homenagem ao físico francês André-Marie Ampère 
(1775-1836), que desenvolveu diversos trabalhos sobre a aplicação da matemática na 
física, além de vários experimentos no campo do eletromagnetismo.
Conheça um pouco mais sobre a história de André-Marie Ampère. 
Disponível em: https://bit.ly/2PRM4MB
Os elétrons são as cargas que se movimentam em um condutor metálico, efeito esse 
que ocorre devido ao fato de suas cargas negativas livres sofrerem a ação da d.d.p., ou 
tensão elétrica, conforme a Figura 8.
Corrente elétrica
V
V
V
V E
V V>
B
B
A
A
A
B
Figura 8 – Corrente de elétrons no condutor
Fonte: Adaptada de CRUZ, 2013, p. 43
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 É possível calcular a intensidade de corrente elétrica em um condutor por meio da varia-
ção da carga ΔQ, expressa em coulomb (C), pela seção transversal de um fio condutor em 
um intervalo de tempo Δt, expresso em segundos (s), usando a fórmula a seguir. A corrente 
elétrica será dada em ampères (A):
QI
t
∆
=
∆
Para uso convencional, podemos afirmar que a corrente elétrica é o movimento das 
cargas positivas indo do potencial maior para o menor, fazendo com que não seja ne-
cessário o uso constante do sinal negativo na corrente (Figura 9).
V
V
V
V E
V V>
B
B
A
A
A
B
Corrente
convencional
I
Figura 9 – Corrente elétrica convencional
Fonte: Adaptada de CRUZ, 2013, p. 43
Em um circuito elétrico, adotamos uma indicação para a corrente, saindo do potencial 
maior (polo positivo da bateria), indo para o potencial menor (polo negativo da bateria).
Exemplo 5
Calcular a intensidade da corrente elétrica em um condutor cuja carga de 24 C demora 
1 min para atravessar a sua seção transversal.
Solução 
1 min 60 6 0 t s t s∆ = × → ∆ = ∆
24 0,4 
60 
Q CI I I A
t s
∆
= → = → =
∆
Potência Elétrica
Podemos definir potência como a velocidade com que se gasta certa quantidade de 
energia ou trabalho. A unidade de medida de potência elétrica é o watt (W), em home-
nagem ao engenheiro escocês James Watt (1736-1819), criador da máquina a vapor, que 
contribuiu para o avanço mundial da indústria na época.
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UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
A trajetória de James Watt até o desenvolvimento da máquina a vapor pode ser conhecida 
por meio do link. Disponível em: https://bit.ly/3uztic5
1 watt (W) = 1 joule/segundo (J/s)
A unidade tradicionalmente usada para medir energia mecânica (trabalho), também 
utilizada para medir energia térmica (calor), é o joule (J). Nome dado em homenagem ao 
físico britânico James Prescott Joule, que, em 1849, demonstrou a equivalência entre 
trabalho e calor. O Efeito Joule é o aquecimento provocado pela passagem da corrente 
elétrica através de algum meio que ofereça resistência elétrica.
No campo da eletricidade, a potência elétrica é calculada pelo produto da tensão 
e corrente fornecidas por um gerador de tensão ou um dispositivo que consome certa 
quantidade de potência.
P E I= ×
Onde: 
• P = potência gerada por uma fonte de tensão, em watts (W);
• E = tensão do gerador, em volts (V);
• I = corrente elétrica, em ampère (A).
Há também a expressão da potência consumida por um dispositivo:
P V I= ×
Onde: 
• P = potência consumida por um dispositivo em um circuito qualquer, em watts;
• V = tensão de consumo de um dispositivo qualquer conectado a um circuito, em volts;
• I = corrente elétrica, em ampères.
Lembrando que a 1ª Lei de Ohm nos diz que V R I= × , o valor da potência em deter-
minadas situações pode ser calculado aplicando-se diretamente a substituição da 1ª Lei 
de Ohm em duas equações, a partir das fórmulas apresentadas anteriormente:
( ) 2P V I P R I i P R I= × → = × × → = ×
Ou:
2V VP V I P V P
R R
= × → = × → =
Assim, concluímos que o cálculo da potência, seja por um resistor, seja por um dis-
positivo eletrônico, irá depender do tipo de informação fornecida.
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Conheça a 1ª Lei de Ohm, formulada por Georg Simon Ohm em 1827. 
Disponível em: https://bit.ly/3nQDJoL
Exemplo 6
Calcular a potência dissipada em um resistor de 10 Ω (ohms) em que há uma corrente 
de 5 A (ampères).
Solução 
A potência pode ser calculada pela equação:
2P I R= ×
Substituindo os valores presentes no enunciado do problema, temos: 
( )25 10 250 P P W= × → =
Exemplo 7
Um aquecedor portátil foi adquirido em uma loja de eletroeletrônicos. Em sua etique-
ta de especificação técnica, havia as seguintes informações:
• Tensão de alimentação: 220 V;
• Corrente elétrica: 10 A.
Com base nessas informações técnicas, qual a potência do equipamento?
Solução 
220 10 2.200 P V I P P W= × → = × → =
Exemplo 8 
Um estudante de Engenharia Elétrica precisava realizar experimentos nas aulas de 
Eletricidade Básica, no laboratório da Universidade. Nas caixas onde eram separados os 
componentes eletrônicos, havia informações técnicas conforme datasheet de cada um 
dos componentes eletrônicos disponíveis (datasheet é a folha de especificações de um 
material ou produto, que é elaborada pelo fabricante). O experimento necessitava de um 
resistor que suportaria ser ligado a uma tensão de 20 V. Ao observar todas as caixas, o 
estudante percebeu que só havia resistores de 10 Ω, dissipando 5 W.
Com base nesses dados, o estudante poderá utilizar esses componentes em seu 
experimento?
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UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
Solução
2 220 40 
10
VP P P W
R
= → = → =
Logo, concluímos que a potência que irá ser dissipada sobre o resistor será de 40 W 
e, portanto, maior que a especificada pelo fabricante, que é de 5 W.
Exemplo 9
Calcular a potência elétrica dissipada em um circuito elétrico sujeito a 20 V de tensão, 
com um resistor. Por esse resistor passa uma corrente elétrica de 5 A. 
Solução
20 5 100 P V I P P W= × → = × → =
Outra forma: 
Sabemos que, pela 1ª Lei de Ohm: V R I= ×
2020 5 4 
5
R R R= × → = → = Ω
Logo:
2 25 4 25 4 100 P I R P P P W= × → = × → = × → =
Outra forma:
2 220 400 100 
4 4
VP P P P W
R
= → = → = → =
 
Observamos que, pelas três formas de cálculo, a potência é a mesma, pois se trata 
do mesmo circuito elétrico.
Energia Elétrica
A energia elétrica é a principal fonte de energia do mundo, produzida a partir da 
diferença de potencial elétrico de dois pontos deum condutor. É calculada pelo produto 
da potência (P), em watts, e a sua variação de tempo Δt, em horas.
Assim, temos:
E P t= ×∆
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Utilizamos a equação anterior quando precisamos calcular a energia elétrica que é 
consumida por diversos equipamentos eletrônicos, lâmpadas de LED (Light-Emitting 
Diode), fluorescentes e até mesmo grandes aparelhos eletrônicos e máquinas elétricas.
A unidade de medida é o quilowatt × hora (kWh), que se pronuncia quilowatt-hora.
Exemplo 10
Em uma residência, foi instalada uma lâmpada de LED com as seguintes especifica-
ções técnicas:
• Tensão: 127 V;
• Potência: 9 W.
Durante 30 dias, essa lâmpada permanece ligada pelo dono da residência 8 h por dia 
para iluminar a área externa da sua residência. Sabendo os dados técnicos da lâmpada 
e o tempo de utilização, qual o seu consumo de energia elétrica?
Solução 
O tempo de utilização é:
8 30 240 t h dias t h∆ = × → ∆ =
A energia consumida em 30 dias será:
2.1609 240 2.160 
1.000
E P t E W h E Wh E= ×∆ → = × → = → =
Portanto, a energia consumida será: 
 2,16 E kWh=
Exemplo 11
Considerando um chuveiro que possua 5.500 W de potência elétrica, calcular a ener-
gia consumida por esse chuveiro durante um banho de 15 min.
Solução 
5.5005.500 5,5 
1.000
P W P P kW= → = → =
1515 min 0,25 
60
t t t h∆ = → ∆ = → ∆ =
5,5 0,25 1,375 E P t E kW h E kWh= ×∆ → = × → =
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UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Vídeos
Camada de valência Brasil Escola
https://youtu.be/OzR8a2RJg9c
Aprenda eletrônica: por onde começar? 
https://youtu.be/AMlOiC6C8UE
Viagem na eletricidade – entre o mais e o menos
https://youtu.be/WpIGGtN5BTA 
Física: corrente elétrica
https://youtu.be/jIWPw-120pU
 Leitura
Demonstração didática da interação entre correntes elétricas
https://bit.ly/2QZGCHQ
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Referências
ALBUQUERQUE, R. O. Análise de circuitos em corrente contínua. 21. ed. São 
Paulo: Érica, 1997. 192 p.
BOYLESTAD, R. L. Introdução à análise de circuitos. 12. ed. São Paulo: Pearson,
2012. 959 p.
CAPUANO, F. G.; MARINO, M. A. M. Laboratório de eletricidade e eletrônica: teoria 
e prática. 24. ed. São Paulo: Érica, 2010. 309 p.
CRUZ, E. C. A. Eletricidade básica: circuitos em corrente contínua. São Paulo: Érica, 
2013. 136 p.
DUARTE, M. de A. Eletrônica analógica básica. Rio de Janeiro: LTC, 2017. 310 p.
GUSSOW, M. Eletricidade básica. 2. ed. São Paulo: Pearson, 2004. 639 p.
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