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1 CURSO BÁSICO DE FÍSICA Prof: Francinaldo Florencio do Nascimento www.desbravandoafisica.com.br João Pessoa – PB 2022 http://www.desbravandoafisica.com.br/ 2 1ª PARTE ELETRICIDADE: É a parte da Física que estuda os fenômenos que ocorrem com as Cargas Elétricas. É dividida didaticamente em duas partes: Eletrostática, que estuda os fenômenos físicos produzidos por cargas elétricas que se encontram em repouso e a Eletrodinâmica, que estuda os fenômenos físicos produzidos pelas cargas elétricas que se encontram em movimento. CARGA ELÉTRICA Classicamente falando, a matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa um lugar no espaço. A matéria é constituída por átomos que são constituídos basicamente por três partículas elementares: prótons, elétrons e nêutrons. É importante ressaltar que essas não são as únicas partículas existentes no átomo, mas para o nosso propósito elas são suficientes. Em cada átomo há uma parte central muito densa, o núcleo, onde estão os prótons e nêutrons. Os elétrons podem ser imaginados descrevendo órbitas elípticas em torno do núcleo, como planetas podem ser imaginados descrevendo órbitas em torno do sol. Essa região periférica do átomo é chamada de eletrosfera. CARGA ELÉTRICA (Q) Carga elétrica é uma propriedade atribuída aos prótons e os elétrons pelo fato de interagirem entre si. Os nêutrons não possuem carga. Ele é considerado neutro. Os prótons são, por convenção, considerados como tendo carga positiva. E os elétrons são, também por convenção, considerados como tendo carga negativa. Um átomo sempre apresenta um número igual de prótons e elétrons e por isso, a carga elétrica do átomo é nula. Matematicamente, a carga elétrica é definida como 𝑸 = ±𝒏 ∙ 𝒆 𝑸: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝐶) ±𝒏: 𝑛º 𝑑𝑒 𝑝𝑟ó𝑡𝑜𝑛𝑠 (+𝑛) 𝑜𝑢 𝑛º 𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠 (−𝑛) 𝒆: 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑟(𝐶) • A unidade da carga elétrica no sistema internacional (SI) é o Coulomb (C), em homenagem ao físico francês Augustin Coulomb que deu valorosas contribuições para essa área da eletricidade. • A carga elementar (e) é menor valor existente da carga elétrica. Todos os outros valores da carga elétrica são múltiplos da carga elementar. Submúltiplos Símbolo Valor (C) Mili 𝑚 10−3 Micro 𝜇 10−6 Nano 𝑛 10−9 Pico 𝑝 10−12 LEI DE DU FAY O físico Francês Charles Du Fay percebeu que ao colocarmos cargas elétricas de mesmo sinal próximas umas das outras, elas se repeliam mutuamente. E que ao colocar cargas de sinais diferentes próximas umas das outras elas se atraiam mutuamente. Ou seja, Aqui, vale aquele velho ditado, “os opostos se atraem!”. Pelo menos fisicamente falando isso está mais que comprovado! CORPO ELETRIZADO O processo de eletrização de um Corpo ocorre quando adicionamos ou retiramos carga(s) elétrica(s) deste. A carga elétrica que pode ser adicionada ou retirada de um corpo será sempre o elétron, visto que ele encontra- se mais afastado do núcleo do átomo, o que “facilita” a sua transferência de um corpo para outro, quando comparado ao próton (este se encontra no núcleo do átomo, junto aos nêutrons. Para retirá-lo do núcleo, 3 devemos “quebrar” o núcleo do átomo, o que é algo bastante complicado de se realizar na prática). • Se um corpo apresenta número de prótons igual ao número de elétrons, dizemos que ele está eletricamente neutro. Se um corpo apresenta quantidades diferentes de prótons e de elétrons, dizemos que o corpo está eletrizado, sendo que isso pode ocorrer de duas formas: • Corpo Eletrizado Positivamente: quando há falta de elétrons no corpo (há mais prótons do que elétrons). • Corpo Eletrizado Negativamente: quando há excesso de elétrons no corpo (há mais elétrons do que prótons). PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DAS CARGAS ELÉTRICAS Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das quantidades de cargas positivas e negativas é constante. CONDUTORES E ISOLANTES • Condutores elétricos: Meios materiais nos quais as cargas elétricas movimentam-se com facilidade. • Isolantes elétricos ou dielétricos Meios materiais nos quais as cargas elétricas não têm facilidade de movimentação. Elétrons livres: elétrons mais afastados do núcleo atômico, ligados fracamente a ele. Os elétrons livres são os responsáveis pela condução de eletricidade nos metais. PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO São os processos a serem realizados para que se consiga eletrizar um corpo, seja positivamente ou negativamente. São eles: • Eletrização por atrito Ocorre quando o atrito entre dois corpos é o agente responsável pela transferência de elétrons entre eles. Ao final desse processo, os corpos ficam eletrizados com cargas elétricas iguais (em quantidades), porém de sinais contrários (um positivo e um negativo). Para entender esse processo, imagine que um bastão de vidro será atritado com um pedaço de lã. Vamos considerar que lã e vidro estejam inicialmente neutros. Da Química, sabemos que elétrons que recebem energia podem “pular” para uma camada eletrônica mais externa. Ao atritarmos os dois, a temperatura deles aumenta, pois fornecemos energia aos elétrons. Durante a mudança de camada eletrônica, alguns elétrons do vidro são “roubados” pela lã, fazendo com que o vidro fique com falta de elétrons (carga elétrica +) e a lã fique com excesso de elétrons (carga elétrica -). • Eletrização por contato Ocorre quando um corpo que já está inicialmente eletrizado é posto em contato (apenas encostado) com outro corpo, que pode estar neutro, por exemplo. Ao final desse processo, os dois corpos ficam eletrizados com cargas elétricas de mesmo sinal. 4 • Eletrização por Indução Quando um corpo neutro é colocado próximo de um corpo eletrizado, sem que exista contato, o corpo neutro tem parte das cargas elétricas separadas (indução eletrostática), podendo ser eletrizada. O processo de indução, simplesmente, não eletriza um corpo. O que ocorre é um rearranjo no posicionamento das cargas. Podemos, dentro desse procedimento, fazer uma ligação à terra do corpo induzido e eletrizá-lo. ATENÇÃO: Caso a região ligada à terra seja negativa, haverá deslocamento de elétrons do corpo para a terra, fazendo com que o corpo fique positivo. EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1º) Num corpo o número total de elétrons é maior que o número de total de prótons. Podemos afirmar que o corpo está: (a) Eletrizado negativamente. (b) Eletricamente neutro. (c) Não Eletrizado. (d) Eletrizado positivamente. 2ª) Os corpos eletrizados por atrito e por contato ficam carregados respectivamente com cargas elétricas de sinais: a) iguais, iguais b) iguais, iguais c) contrários, contrários d) contrários, iguais 3ª) (UF-SE) Dois corpos A e B são eletrizados por atrito e em seguida um corpo C, inicialmente neutro, é eletrizado por contato com B. Sabendo-se que na eletrização por atrito B perdeu elétrons para A, pode-se afirmar que ao final desses processos as cargas de A, B e C são, respectivamente: a) positiva, positiva e positiva. b) negativa, negativa e negativa. c) negativa, positiva e positiva d) negativa, negativa e positiva. 4ª) (F.Carlos Chagas-SP) Uma esfera metálica M, positivamente eletrizada, é posta em contato com outra esfera condutora N, não-eletrizada. Durante o contato ocorre deslocamento de: a) prótons e elétrons d e M para N. b) elétrons de N para M. c) prótons de M para N. d) prótons de N para M. 5ª) (UFRGS) Quando um bastão eletricamentecarregado atrai uma bolinha condutora A, mas repele uma bolinha condutora B, conclui-se que: a) ambas as bolinhas estão carregadas igualmente; b) ambas as bolinhas podem estar descarregadas; c) a bolinha B deve estar carregada positivamente; d) a bolinha A pode não estar carregada eletricamente. 6ª) (FUVEST- SP) Três esferas de isopor M, N e P, estão suspensas por fios isolantes. Quando se aproxima N de P, nota-se uma repulsão entre essas duas esferas. 5 Quando se aproxima N de M, nota-se uma atração entre essas duas esferas. Das possibilidades de sinais de carga dos corpos M, N e P propostas abaixo (I, II, III, IV e V), quais são compatíveis com as observações? I) M (+), N (+), P(-); a) I e III; II) M (-), N (-), P(+); b) II e IV; III) M (0), N (0), P(-); c) III e V; IV) M (-), N (+), P(+); d) IV e V; 7ª) Um bastão de vidro eletrizado positivamente (A) é aproximado de um condutor inicialmente neutro (B). Descreva o que ocorrerá. 8ª) Na situação do exercício anterior, para se eletrizar por indução o condutor B, após a aproximação de A, devem ser executadas mais três operações: I-Na presença de A, liga-se B a terra. II- Desfaz-se a ligação de B com a terra. III- Afasta-se A de B. a) O que ocorre na operação I? b) Qual o sinal da carga elétrica adquirida por B? c) O que aconteceria com o condutor se efetuássemos as operações na ordem I, III e II? 9ª) Um corpo está eletrizado com carga elétrica Q. Ele possui 𝟐, 𝟓 ∙ 𝟏𝟎𝟏𝟑 elétrons em excesso. Sendo 𝒆 = 𝟏, 𝟔 ∙ 𝟏𝟎−𝟏𝟗𝑪 a carga elétrica elementar, qual é o valor de Q? 10ª) Um corpo inicialmente neutro é eletrizado com carga Q = 32 μC. Qual o número de elétrons retirados do corpo? Dado: 𝒆 = 𝟏, 𝟔 ∙ 𝟏𝟎−𝟏𝟗𝑪. 11ª) Quantos elétrons precisam ser retirados de um corpo para que ele fique com a carga de 1C? 2ª PARTE FORÇA ELÉTRICA - LEI DE COULOMB No fim do século XVIII, o físico francês Charles Augustin Coulomb realizou uma série de experiências que permitiram medir o valor da força eletrostática que age sobre duas cargas elétrica puntiforme Q e q, separadas por uma distância d: Matematicamente, o módulo da força elétrica ou lei de Coulomb é dado por: 𝑭 = 𝑲 𝑸 ∙ 𝒒 𝒅𝟐 Onde 𝐹: 𝐹𝑜𝑟ç𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝑁) 𝑘: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎 (𝑁 ∙ 𝑚2/𝐶2) 𝑄, 𝑞: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎𝑠 (𝐶) 𝑑: 𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑚) ATENÇÃO: A força elétrica é diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional a distância ao quadrado. CAMPO ELÉTRICO (E) O campo elétrico é uma grandeza vetorial. Toda carga elétrica gera ao seu redor uma região de perturbação ou influência que denominamos de campo elétrico. Matematicamente, o campo elétrico é definido como: 𝑬 = 𝑭 𝒒 Onde 𝐸: 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 (𝑁/𝑚) 𝐹: 𝐹𝑜𝑟ç𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝑁) 𝑞: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝐶) Carga Elétrica Puntiforme: é uma carga elétrica que possui dimensões muito pequenas, semelhantes à de um ponto na definição Matemática. Resumindo, são cargas elétricas muito pequenas. CAMPO ELÉTRICO PRODUZIDO POR UMA CARGA ELÉTRICA PUNTIFORME FIXA Podemos calcular a intensidade do Campo Elétrico produzido por uma carga elétrica puntiforme 6 mesclando a definição de Vetor Campo Elétrico com a Lei de Coulomb, obtendo como resultado: 𝑬 = 𝑲 ∙ 𝒒 𝒅𝟐 𝐸: 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 (𝑁/𝑚) 𝑘: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎 (𝑁 ∙ 𝑚2/𝐶2) 𝑞: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝐶) 𝑑: 𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑚) LINHAS DE CAMPO ELÉTRICO: (ou Linhas de Força) São as linhas que envolvem as cargas elétricas. Essas linhas são invisíveis a olho nu, mas seus efeitos são percebidos com facilidade em laboratório, comprovando a sua existência. Por convenção, essas linhas saem das cargas elétricas positivas e entram nas cargas elétricas negativas. Assim, podemos representá- las graficamente da seguinte maneira: EXERCÍCIOS PROPOSTOS 12ª) Duas cargas elétricas, 𝑄1 = −12 ∙ 10−6 𝐶 e 𝑄1 = 30 ∙ 10−6 𝐶, estão separadas pela distância de 0,3 𝑚, no vácuo. Determine a intensidade da força elétrica de atração existente entre elas. 13ª) Duas cargas elétricas, 𝑄1 = 15𝜇𝐶 e 𝑄2 = 40𝜇𝐶, estão separadas por uma distância de 0,1 𝑚, no vácuo. Determine a intensidade da força elétrica de repulsão existente entra as cargas. 14ª) Determine a intensidade do Campo Elétrico produzido por uma carga elétrica de 8𝜇𝐶, localizada no vácuo, a uma distância de 0,1 𝑚 da carga. 15ª) Determine a intensidade do Campo Elétrico produzido por uma carga elétrica de 18𝜇𝐶, localizada no vácuo, a uma distância de 0,02 𝑚 da carga. 3ª PARTE POTENCIAL ELÉTRICO PRODUZIDO POR UMA CARGA ELÉTRICA PUNTIFORME O Potencial Elétrico produzido por uma carga elétrica puntiforme é uma grandeza escalar e é definido como sendo o Trabalho realizado pela Força Elétrica, por unidade de carga, para deslocar a carga elétrica do ponto onde ela se encontra até o infinito. O Potencial Elétrico também pode ser chamado, mais tecnicamente, de Tensão Elétrica ou ainda de Diferença de Potencial (d.d.p). No Sistema Internacional de Unidades (S.I.), a unidade do Potencial Elétrico é o volt (V). Matematicamente é definido como: 𝑽 = 𝑲 ∙ 𝒒 𝒅 𝑉: 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 (𝑉) 𝑘: 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠𝑡á𝑡𝑖𝑐𝑎 (𝑁 ∙ 𝑚2/𝐶2) 𝑞: 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝐶) 𝑑: 𝑑𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑚) ELETRODINÂMICA É a parte da Física que estuda as cargas elétricas que se encontram em movimento. ELÉTRONS LIVRES: da Química, sabemos que quando um elétron recebe uma quantidade específica de energia, chamada de quantun ou quanta de energia, esse elétron pode passar de uma camada eletrônica mais interna para uma camada eletrônica mais externa do átomo. Se um elétron da última camada de um átomo receber essa energia e puder realizar essa “passagem”, poderá se desprender desse átomo e ficar, por um pequeno intervalo de tempo, livre do seu átomo. Nessas condições, chamamos esse elétron de Elétron Livre. 7 Sabe-se que esse elétron permanece nessa condição de “liberdade” por intervalos de tempo muito pequenos, uma vez que ele encontrará rapidamente um átomo onde esteja faltando um elétron e ali ele será “requisitado”, voltando novamente a fazer parte de um átomo e perdendo, assim, a denominação de elétron livre. MATERIAIS CONDUTORES DE ELETRICIDADE: são as substâncias que apresentam, em sua estrutura, uma “grande” quantidade de elétrons livres (que são os responsáveis pela condução de corrente elétrica numa substância). Exemplos: metais em geral, alguns poucos tipos de borracha, etc. MATERIAIS ISOLANTES DE ELETRICIDADE: são as substâncias que apresentam, em sua estrutura, uma “pequena” quantidade de elétrons livres. Assim, a substância não é boa condutora de eletricidade. Exemplos: vidro, plásticos em geral, alguns tipos de borracha, madeira seca, etc. CORRENTE ELÉTRICA: se inserirmos um material condutor de eletricidade num Campo Elétrico, o movimento dos elétrons livres, que era totalmente desordenado, passa a ter a mesma orientação do campo elétrico, tornando-se assim um movimento bem ordenado de elétrons. Assim, podemos definir corrente elétrica como sendo o movimento ordenado de elétrons livres que se estabelece num material condutor, devido à presença de um Campo Elétrico. Dessa forma, a corrente elétrica é originada devido a uma diferença de potencial. INTENSIDADE DE CORRENTE ELÉTRICA: Considere um condutor metálico ligado aos terminais de um gerador elétrico. Seja 𝒏 o número de elétrons que atravessam a seção transversal do condutor no intervalo detempo ∆𝒕. Como cada elétron apresenta a carga elementar (𝒆), no intervalo de tempo ∆𝒕, então passa pela seção transversal do condutor a carga elétrica de valor absoluto igual a: 𝑸 = 𝒏 ∙ 𝒆, onde 𝒆 = 𝟏, 𝟔 ∙ 𝟏𝟎−𝟏𝟗𝑪 é a carga elétrica elementar. Define-se intensidade média de corrente elétrica num condutor, num intervalo de tempo ∆𝒕 a razão: 𝒊 = ∆𝑸 ∆𝒕 Onde 𝑖: 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝐴) ∆𝑄: 𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 (𝐶) ∆𝑡: 𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎çã𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 (𝑠) UNIDADE DE INTENSIDADE DE CORRENTE ELÉTRICA: é a unidade elétrica fundamental do Sistema Internacional de Unidades (S.I). É denominada de ampère (A). SENTIDO CONVENCIONAL DA CORRENTE ELÉTRICA O sentido convencional da corrente é o mesmo sentido do movimento dos prótons, ou seja, dos portadores de carga elétrica positiva, conforme pode ser visto abaixo: EXERCÍCIOS PROPOSTOS 16ª) Determine a intensidade do Potencial Elétrico produzido por uma carga elétrica de 300 nC, localizada no vácuo, a uma distância de 0,9m da carga. 17ª) Determine a intensidade do Potencial Elétrico produzido por uma carga elétrica de 15 μC, localizada no vácuo, a uma distância de 0,5m da carga. 18ª) Um condutor elétrico é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 20A. Determine a carga elétrica que atravessa a seção transversal do fio num intervalo de tempo de 10 segundos. 19ª) Um fio metálico é percorrido por uma Corrente Elétrica contínua e constante de intensidade 8A. Sabe- se que uma carga elétrica de 32C atravessa uma seção 8 transversal do fio num intervalo de tempo ∆𝑡. Determine o intervalo de tempo ∆𝑡. 20ª) Certo aparelho eletrônico mede a passagem de 150 ∙ 102 elétrons por minuto, através de uma seção transversal do condutor. Sendo a carga elementar 1,6 ∙ 10−19𝐶, calcule a intensidade de corrente elétrica que atravessa o condutor, nesse intervalo de tempo. 4ª PARTE RESISTORES ELÉTRICOS Os resistores são dispositivos eletro-eletrônicos que basicamente possuem duas funções: • Transformar energia elétrica em energia térmica; • Dificultar a passagem da corrente elétrica. Quanto maior a resistência elétrica do material, mais difícil se torna para a corrente elétrica atravessar o corpo. No Sistema Internacional, a unidade de Resistência elétrica é o ohm (Ω). RESISTORES: Nos aquecedores elétricos em geral (chuveiros elétricos, torneiras elétricas, ferros elétricos etc.), ocorre a transformação de Energia Elétrica em Energia Térmica. O fenômeno da transformação de Energia Elétrica em Energia Térmica é denominado de Efeito Térmico ou Efeito Joule. Em esquemas de circuitos elétricos, um resistor é representado pelos seguintes símbolos: 1ª LEI DE OHM: O físico alemão George Simon Ohm verificou que num Resistor, percorrido por uma corrente elétrica (i), quando entre seus terminais for aplicada a d.d.p. (U) e for mantida a temperatura constante, o quociente da Tensão pela respectiva intensidade de corrente elétrica era uma constante característica do resistor. 𝑼 𝒊 = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 = 𝑹 (Resistência Elétrica do Resistor) Através dessa observação prática, podemos enunciar a Primeira Lei de Ohm: Para um resistor Ôhmico, a intensidade de corrente elétrica que atravessa o resistor é diretamente proporcional à Tensão aplicada aos seus terminais. Um resistor que obedece à 1ª Lei de Ohm é denominado de Resistor Ôhmico. Para esse resistor, se elaborarmos um gráfico da Tensão versus Intensidade de Corrente Elétrica, obteremos sempre uma reta crescente, pois existe uma relação diretamente proporcional entre as grandezas Tensão e Intensidade da Corrente Elétrica. Matematicamente, podemos escrever a 1ª lei de Ohm como sendo: 𝑼 = 𝑹 ∙ 𝒊 onde, 𝑈: 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛ç𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 (𝑉) 𝑅: 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (Ω) 𝑖: 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (𝐴) 2ª LEI DE OHM: A segunda lei de Ohm leva em conta o aspecto geométrico do resistor. Seja um fio de comprimento L e área da seção transversal A. Logo a resistência é dodo por: 𝑹 = 𝝆𝑳 𝑨 Onde, 𝑅: 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 (Ω) 𝜌: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 (Ωm) 𝐿: 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑖𝑜 (m) 𝐴: á𝑟𝑒𝑎 (m2) 9 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 21ª) Um resistor tem resistência elétrica igual a 50Ω. Calcule a intensidade de corrente elétrica que o atravessará se ele for submetido a uma tensão de 60V. 22ª) Um resistor ôhmico, quando submetido à uma tensão de 20V, é atravessado por uma corrente elétrica de intensidade 4A. Qual é a Resistência elétrica do resistor? 23ª) Um resistor ôhmico, quando submetido à uma tensão de 100V, é atravessado por uma corrente elétrica de intensidade 5A. Qual deve ser a tensão aplicada aos terminais desse resistor para que ele seja percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 1,2A? 24ª) Um resistor ôhmico, quando submetido à uma tensão de 120V, é atravessado por uma corrente elétrica de intensidade 2A. Qual é a resistência elétrica do resistor? CIRCUITO ELÉTRICO É o caminho fechado por onde uma Corrente Elétrica pode circular e proporcionar os efeitos que são desejados. ASSOCIAÇÕES DE RESISTORES Os resistores podem ser associados de diversos modos. Basicamente, existem três modos distintos de associá- los: em série, em paralelo e a associação mista (que envolve simultaneamente a associação em série e em paralelo ao mesmo tempo). Em qualquer associação de resistores, denomina-se de Resistor Equivalente (Re) ao resistor que pode substituir todos os resistores de uma associação, proporcionando exatamente o mesmo efeito ao circuito que todos os resistores juntos. • ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE Vários resistores estão associados em série quando são conectados entre si de maneira seriada, ou seja, ligados um em seguida do outro, de modo a serem percorridos pela mesma Corrente Elétrica. Abaixo, segue um esquema simplificado que mostra um exemplo genérico de 3 resistores associados em série. Características importantes da Associação em Série de Resistores: - a intensidade da corrente elétrica (i) em cada resistor é a mesma, pois só existe um caminho para que os elétrons livres se movimentem. - a tensão da fonte (U) é igual a soma das tensões existentes em cada um dos resistores. Assim, temos que: 𝑼 = 𝑼𝟏 + 𝑼𝟐 + 𝑼𝟑 + . . . . + 𝑼𝒏 - aplicando-se a Primeira Lei de Ohm nas propriedades acima, pode-se chegar à conclusão de que a Resistência Equivalente (Req) de uma Associação em Série de Resistores pode ser obtida através da soma das resistências elétricas de cada um dos resistores. Assim, temos que: 𝑹𝒆𝒒 = 𝑹𝟏 + 𝑹𝟐 + 𝑹𝟑 + . . . . + 𝑹𝒏 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 25ª) Um resistor R1 = 50 Ω e um resistor R2 = 10Ω são associados em série e a essa associação aplica-se uma tensão de 𝑈 = 1200 𝑉. Calcule: a) Qual a resistência equivalente da associação? b) Qual a intensidade de corrente elétrica total na associação? c) Qual é a intensidade de corrente elétrica em cada resistor? d) Qual é a tensão em cada resistor associado (U1 = ???, U2 = ???)? 26ª) Seja o circuito abaixo, cujas resistências valem 𝑅1 = 𝑅2 = 15Ω e 𝑅3 = 20Ω e a tensão elétrica 𝑈 = 250𝑉. 10 Calcule: a) Qual é a resistência equivalente da associação? b) Qual é a intensidade de corrente elétrica total na associação? c) Qual é a intensidade de corrente elétrica em cada resistor? d) Qual é a tensão em cada resistor associado (U1 = ???, U2 = ??? e U3 = ???)? ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO: Vários resistores estão associados em paralelo quando são conectados entre si de maneira a que fiquem dispostos paralelamente, ou seja, ligados um ao lado do outro, de modo a serem percorridos,cada um, por uma intensidade de corrente elétrica. Abaixo, segue um esquema simplificado que mostra um exemplo genérico de resistores associados em paralelo. Características importantes da Associação em Paralelo de Resistores: - a tensão da fonte (U) é igual à tensão em cada um dos resistores, pois cada um deles está conectado diretamente à fonte de tensão, através dos pontos A e B. Assim, temos: 𝑼 = 𝑼𝟏 = 𝑼𝟐 = 𝑼𝟑 = . . . . = 𝑼𝒏 - como cada resistor está sendo submetido à tensão (U) da fonte, cada um dos resistores será percorrido por uma corrente elétrica. Para determinarmos a intensidade da corrente elétrica total que sai da fonte (i), basta somarmos as intensidades das correntes elétricas em cada um dos resistores. Assim, temos: 𝒊 = 𝒊𝟏 + 𝒊𝟐 + 𝒊𝟑 + . . . + 𝒊𝒏 - aplicando-se a Primeira Lei de Ohm nas propriedades acima, pode-se chegar à conclusão de que a Resistência Equivalente de uma Associação em Paralelo de Resistores pode ser obtida através da fórmula: 𝟏 𝑹𝒆𝒒 = 𝟏 𝑹𝟏 + 𝟏 𝑹𝟐 + 𝟏 𝑹𝟑 + ⋯ + 𝟏 𝑹𝒏 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 27ª) Associam-se em paralelo dois resistores de resistências R1 = 20Ω e R2 = 30Ω e a essa associação aplica-se uma tensão de 120 V. Calcule: a) Qual a resistência equivalente da associação? Req = 12Ω b) Qual é a tensão em cada resistor? U1 = 120V e U2 = 120V c) Qual é a intensidade de corrente elétrica em cada resistor? i1 = 6A e i2 = 4A d) Qual é a intensidade de corrente elétrica total na associação? i = 10ª 11 28ª) Para o circuito ao lado, determine: DADOS: U = 240V; R1 = 120Ω; R2 = 120Ω; R3 = 120Ω a) A resistência Equivalente (Req) da Associação: Req = 40Ω b) Qual é a tensão em cada um dos resistores? U = U1 = U2 = U3 = 240V c) Qual é a intensidade de corrente elétrica em cada um dos resistores? i1 = 2A ; i2 = 2A ; i3 = 2A d) Qual a intensidade de corrente elétrica total na associação? i = 6A OBSERVAÇÃO: Todas as imagens desta apostila foram retiradas da internet. Não há nenhuma imagem de autoria própria. GABARITO 1-A 11- 𝒏 = 𝟔, 𝟐𝟓 ∙ 𝟏𝟎𝟏𝟖 21-1,2A 2-D 12- 36N 22-5Ω 3-C 13- 540N 23-24V 4-B 14- 7,2 ∙ 106𝑁/𝐶 24-60Ω 5-D 15- 4, 050 ∙ 108𝑁/𝐶 25-a) 60Ω; b) 𝑖 = 20𝐴; c) 𝑖 = 𝑖1 = 𝑖2 ; d) 𝑈1 = 1000𝑉 ; 𝑈2 = 200𝑉 6-D 16- 3000𝑉 26- a) 50Ω; b) 𝑖 = 5𝐴; c) 𝑖 = 𝑖1 = 𝑖2 = 𝑖3 = 5𝐴; d) 𝑈1 = 𝑈2 = 75𝑉; 𝑈3 = 100𝑉 7- 17-2,7 ∙ 105𝑉 27- 8- 18-200C 28- 9- 𝑸 = 𝟒 ∙ 𝟏𝟎−𝟔𝑪 19- 4s 29- 10- 𝒏 = 𝟐 ∙ 𝟏𝟎𝟏𝟒 20- 4 ∙ 10−7𝐴 “A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará ao seu tamanho original” (Albert Einstein)
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