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Capítulo 30 Introdução à Eletricidade FÍSICA PROF SIDNEY ROCYHA ANOTAÇÕES EM AULA Capítulo 30 – Introdução à Eletricidade Introdução à Eletricidade Ao ser atritado com um pedaço de pele de animal, o âmbar passa a atrair pedacinhos de palha seca. Eletricidade é uma palavra derivada do grego élektron, que significa âmbar. 30.1 G 1 0 C K /A L A M Y /E A S Y P IX B R A S IL Resina vegetal fossilizada Introdução à Eletricidade Constituição do átomo e corpos eletrizados Toda matéria é constituída de átomos. Os átomos, em um modelo simplificado, são compostos fundamentalmente de prótons, nêutrons e elétrons. 30.1 A D IL S O N S E C C O Introdução à Eletricidade Nesse modelo, conhecido como modelo atômico planetário, apresentado em 1911 por Ernest Rutherford (1871-1937), prótons e nêutrons estão concentrados em uma diminuta e maciça região central do átomo, formando o núcleo. Constituição do átomo e corpos eletrizados 30.1 A D IL S O N S E C C O Introdução à Eletricidade Os elétrons, em constante movimentação, distribuem-se ao redor desse núcleo, numa região denominada eletrosfera. Prótons e elétrons possuem carga elétrica. Constituição do átomo e corpos eletrizados 30.1 A D IL S O N S E C C O Introdução à Eletricidade As cargas elétricas do próton e do elétron têm mesmo valor em módulo e sinais opostos (naturezas diferentes). Prótons têm carga elétrica positiva e elétrons têm carga elétrica negativa. Tais cargas elétricas são chamadas de carga elétrica elementar. 30.1 Constituição do átomo e corpos eletrizados Carga elétrica elementar (e): É a carga de 01 (um) proton ou de 01 (um) elétron. Introdução à Eletricidade 30.1 Átomo neutro A D IL S O N S E C C O e = 1,6 ∙ 10–19 C coulomb, unidade de carga elétrica no SI Importante: Corpos eletrizados Eletrizar um átomo e, por extensão, um corpo, significa tornar diferente o número de prótons e o número de elétrons do átomo ou do corpo. Corpo eletrizado negativamente apresenta excesso de elétrons Corpo eletrizado positivamente apresenta falta de elétrons fornecendo elétrons retirando elétrons 30.2 Corpo neutro número de p+ = número de e– número de p+ < número de e– A D IL S O N S E C C O número de p+ > número de e– Corpos eletrizados A quantização da carga elétrica Como só podemos fornecer ou retirar um número inteiro de elétrons do corpo, a carga elétrica (positiva ou negativa) desse corpo será sempre um múltiplo inteiro da carga elementar e. Assim: Q = ± n ∙ e em que e = 1,6 ∙ 10–19 C A carga Q será positiva se o corpo apresentar falta de elétrons e negativa se o corpo apresentar excesso de elétrons. 30.2 Capítulo 33 Corrente elétrica, potência, Energia elétrica, resistores e leis de Ohm FÍSICA PROF: SIDNEY ROCHA ANOTAÇÕES EM AULA Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência, resistores e leis de Ohm Corrente elétrica Corrente elétrica é o nome dado ao movimento ordenado de cargas elétricas. Nos condutores metálicos, os portadores de carga elétrica que constituem a corrente são os elétrons. Nas soluções iônicas, os portadores de carga elétrica da corrente são íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions). Nos gases ionizados, os portadores de carga da corrente elétrica são íons e elétrons. 33.1 Por convenção, o sentido da corrente elétrica é contrário ao do movimento das cargas negativas livres. A intensidade média im da corrente elétrica é dada por: A unidade de medida recebe o nome de Ampère (A). Sentido corrente elétrica 33.1 C s im = q t coulomb (C) segundo (s) S T U D IO C A P A R R O Z oe i coulomb por segundo C s Corrente elétrica No diagrama intensidade de corrente × tempo (gráfico i × t), a área sob a curva, em dado intervalo de tempo, é numericamente igual à quantidade de carga elétrica que atravessa uma seção transversal do condutor. 33.1 q A D IL S O N S E C C O q = “área” sob i t N Corrente elétrica Lei dos nós Nos circuitos elétricos, o ponto para o qual concorrem três ou mais condutores é denominado nó. 33.1 A D IL S O N S E C C O Corrente elétrica Lei dos nós (primeira lei de Kirchhoff) 33.1 Em qualquer nó de um circuito elétrico, a soma das intensidades de correntes que chegam ao nó é igual à soma das intensidades de correntes que saem dele. A D IL S O N S E C C O Efeitos da corrente elétrica Ao se estabelecer uma corrente elétrica em um material condutor, podemos sempre identificar pelo menos um dos cinco efeitos descritos a seguir. 33.2 Efeitos da corrente elétrica Efeito térmico Também conhecido como efeito Joule, esse efeito surge devido às colisões entre os átomos do condutor e os elétrons livres que constituem a corrente elétrica. O efeito Joule ocorre em equipamentos elétricos que geram calor, como aquecedores e chuveiros. EFEITO JOULE: É a conversão de energia elétrica em energia térmica. 33.2 Aquecedor elétrico L U S O IM A G E S /S H U T T E R S T O C K Efeitos da corrente elétrica Efeito químico O efeito químico é a base da eletrólise e acontece quando uma solução eletrolítica é atravessada por uma corrente elétrica e sofre decomposição. 33.2 Efeitos da corrente elétrica Efeito luminoso A passagem de uma corrente elétrica através de um gás rarefeito pode ionizá-lo, liberando energia em forma de luz. As lâmpadas fluorescentes e os letreiros em neon são aplicações práticas desse efeito. 33.2 Lâmpada de plasma M A R C O M E R O L A /L O O K A T S C IE N C E S /S C IE N C E P H O T O L IB R A R Y / L A T IN S T O C K Efeitos da corrente elétrica Efeito fisiológico Esse efeito acontece quando uma corrente elétrica atravessa um organismo vivo. Nesse caso, a corrente elétrica afeta o sistema nervoso e provoca contrações involuntárias no organismo. 33.2 Efeitos da corrente elétrica Efeito magnético Esse efeito, que sempre se manifesta, é caracterizado pelo surgimento de um campo magnético nas proximidades do condutor por onde circula a corrente elétrica. O efeito magnético serve como base para a construção de motores elétricos, microfones, alto-falantes, transformadores etc. 33.2 Potência e energia elétrica Potência é a grandeza física que indica a rapidez com que determinado trabalho é realizado ou a rapidez com que determinada quantidade de energia é convertida de uma forma em outra. Assim: A unidade de medida recebe o nome de watt (W). 33.3 P = τ t joule (J) segundo (s) J s joule por segundo J s Para a maioria dos equipamentos elétricos, a quantidade de energia correspondente a 1 J é muito pequena. Por essa razão, as companhias elétricas medem a quantidade de energia elétrica consumida em quilowatt-hora (kWh). 33.3 Potência e energia elétrica 1kWh = 1kW · h 1kWh = 1.000 W · 3.600 s 1kWh = 3,6 · 106 J Consideremos um dipolo elétrico submetido à ddp U e percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i. Como vimos, potência é a grandeza física que indica a rapidez com que determinado trabalho é realizado. No caso do dipolo, o trabalho é realizado pela força elétrica para deslocar as cargas que constituem a corrente elétrica. 33.3 Dipolo elétrico U i S T U D IO C A P A R R O Z P = U · i A potência elétrica P é dada por: watt (W) 33.3 ampère (A) volt (V) Resistores e resistência elétrica Denomina-se resistor o elemento de circuito elétrico cuja função é converter energia elétrica em energia térmica ou limitar a intensidade de corrente que passa por determinados componentes de um circuito. 33.4 33.4 Resistores e resistência elétrica Lâmpada de tungstênio IG O R K O V A L C H U K /S H U T T E R S T O C K S É R G IO D O T T A /C ID Resistência de chuveiro Nas figuras, vemos alguns exemplos de resistores e alguns aparelhos equipados com resistores encontrados em nosso dia-a-dia. Nas figuras, vemos algunsexemplos de resistores e alguns aparelhos equipados com resistores encontrados em nosso dia-a-dia. 33.4 Resistores e resistência elétrica Resistência de chuveiro S É R G IO D O T T A /C ID Fritadeira S U T S A IY /S H U T T E R S T O C K 33.4 resistência elétrica : É a grandeza física que indica a dificuldade imposta à movimentação das cargas elétricas que constituem a corrente através do condutor. Resistores e resistência elétrica Nos circuitos elétricos, um resistor com resistência elétrica R costuma ser representado pelos símbolos mostrados a seguir. ou 33.4 Representação de um resistor R R AD IL S O N S E C C O Consideremos um condutor submetido a uma diferença de potencial U e percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i. 33.4 Conceito de resistência elétrica S T U D IO C A P A R R O Z U i Por definição, a resistência elétrica R do condutor é dada por: A unidade de medida recebe o nome de Ohm (Ω). 33.4 Resistores e resistência elétrica R = U i ampère (A) volt (V) V A volt por ampère V A Leis de Ohm Primeira lei de Ohm Quando se aumenta a ddp U aplicada aos terminais de um resistor, a intensidade de corrente elétrica i que o atravessa aumenta na mesma proporção. Assim, a razão entre ddp U e a intensidade de corrente elétrica i permanece constante. Matematicamente, escrevemos: 33.5 U1 U2 U3 Un i1 i2 i3 in = = = … = = constante = R U = R · i volt (V) ampère (A) ohm (W) IMPORTANTE: De acordo com a primeira lei de Ohm: os resistores cuja resistência elétrica é constante são denominados resistores ôhmicos. 33.5 Leis de Ohm Curva (gráfico) característica do resistor O diagrama U × i de um dado componente de circuito elétrico é denominado curva característica do componente. Para um resistor ôhmico, vale a relação: R = constante = tg Diagrama U × i para diversos tipos de resistores 33.5 R crescente com i R = constante (resistor ôhmico) R decrescente com i S T U D IO C A P A R R O Z i0 U Leis de Ohm Segunda lei de Ohm A resistência elétrica de um condutor homogêneo de secção transversal constante depende do material de que é feito e é diretamente proporcional ao seu comprimento L e inversamente proporcional à sua área de secção transversal A. 33.5 Leis de Ohm Segunda lei de Ohm Consideremos o condutor mostrado na figura. A resistência elétrica R desse condutor é dada por: resistividade do material 33.5 Leis de Ohm L A S T U D IO C A P A R R O Z R = ρ · L A Segunda lei de Ohm A resistividade ρ é uma característica do material do qual o condutor é feito e depende de sua temperatura. No SI, a resistividade é medida em Ω · m. 33.5 Leis de Ohm FÍSICA NICOLAU, TORRES E PENTEADO ANOTAÇÕES EM AULA Coordenação editorial: Juliane Matsubara Barroso Elaboração de originais: Carlos Magno A. Torres, Nicolau Gilberto Ferraro, Paulo Cesar M. Penteado Edição de texto: Eugênio Dalle Olle, Fabio Ferreira Rodrigues, Fernando Savoia Gonzalez, João Batista Silva dos Santos, Livia Santa Clara de Azevedo Ferreira, Lucas Maduar Carvalho Mota, Luiz Alberto de Paula e Silvana Sausmikat Fortes Preparação de texto: Silvana Cobucci Leite Coordenação de produção: Maria José Tanbellini Iconografia: Daniela Baraúna, Érika Freitas, Fabio Yoshihito Matsuura, Flávia Aline de Morais e Monica de Souza Diagramação: Mamute Mídia EDITORA MODERNA Diretoria de Tecnologia Educacional Editora executiva: Kelly Mayumi Ishida Coordenadora editorial: Ivonete Lucirio Editores: Andre Jun e Natália Coltri Fernandes Assistentes editoriais: Ciça Japiassu Reis e Renata Michelin Editor de arte: Fabio Ventura Editor assistente de arte: Eduardo Bertolini Assistentes de arte: Ana Maria Totaro, Camila Castro e Valdeí Prazeres Revisores: Antonio Carlos Marques, Diego Rezende e Ramiro Morais Torres © Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Todos os direitos reservados. EDITORA MODERNA Rua Padre Adelino, 758 – Belenzinho São Paulo – SP – Brasil – CEP: 03303-904 Vendas e atendimento: Tel. (0__11) 2602-5510 Fax (0__11) 2790-1501 www.moderna.com.br 2012 http://www.moderna.com.br/
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