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CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Física para Computação Professora: Ana Carolina Marques Página 1 de 7 Aula 01 1 Corrente Elétrica Corrente elétrica quer dizer movimento de elétrons. Quando ligamos o interruptor de uma lâmpada, o filamento metálico no interior do bulbo fica sujeito a uma diferença de potencial que provoca um fluxo de carga elétrica, de maneira semelhante ao fluxo de água numa mangueira, provocado por uma diferença de pressão. O fluxo de carga elétrica constitui uma corrente elétrica. Observações: O movimento de cargas elétricas, além de ser ordenado, é simultâneo, isto é, todos os elétrons se movimentam ao mesmo tempo. Um condutor elétrico não precisa ser necessariamente metálico e sólido. Existem condutores líquidos (soluções eletrolíticas) e gasosos (gases ionizados). Materiais que não conduzem cargas elétricas (madeira, vidro, plástico, etc.) são chamados de isolantes elétricos. 1.1 Intensidade de Corrente Elétrica (I) A corrente elétrica se define como a taxa de passagem de carga através da área de seção reta de um condutor. Se ∆Q for a variação da carga que passa pela área A da seção reta, no intervalo de tempo t, a corrente I é dada por: 𝐼 = ∆𝑄 ∆𝑡 A unidade SI de corrente é o ampère (A), resultante da unidade de quantidade de carga (Coulomb – C) pela de tempo (segundo – s). O sentido de corrente é tomado, convencionalmente, como o sentido de carga positiva (contrário ao movimento real dos elétrons livres). CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Física para Computação Professora: Ana Carolina Marques Página 2 de 7 Podemos, também, expressar a corrente elétrica como sendo: 𝐼 = 𝑛. 𝑒 ∆𝑡 onde n é o número de elétrons que passam pela seção reta no intervalo ∆t, e e é a carga do elétron (carga elementar e = 1,6. 10-19 C). Exemplos de aplicação 1) Um fio metálico é percorrido por uma corrente elétrica contínua e constante. Sabe-se que uma carga elétrica de 32C (Coulomb) atravessa uma seção transversal do fio em 4 s(segundos). Determine a intensidade de corrente elétrica. 2) É possível medir a passagem de 2 000 elétrons por segundo através de uma secção de um condutor com certo aparelho sensível. Sendo a carga do elétron 1,6.10-19C, calcule a intensidade da corrente correspondente ao movimento. 3) Um fio condutor é percorrido por uma corrente de intensidade de 200 mA durante 1 hora. Qual a quantidade de carga que passa por uma seção reta do condutor? 4) Qual a intensidade e o sentido da corrente elétrica que percorre um condutor, sabendo-se que, em 10s, passam da esquerda para a direita 5x1020 elétrons livres pela seção reta? Dado e = 1,6x10-19C. CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Física para Computação Professora: Ana Carolina Marques Página 3 de 7 1.2 Tipos de Corrente Elétrica Quando a intensidade e sentido da corrente se mantêm constantes (bateria de automóvel, pilha) denominamos corrente contínua (CC). Já, quando a intensidade e o sentido variam periodicamente (usinas hidrelétricas, casa), como por exemplo, de maneira senoidal, denominamos corrente alternada (CA). 1.3 Efeitos da Corrente Elétrica a) Efeito magnético: quando um condutor é percorrido por uma corrente elétrica, produz nas suas extremidades um campo magnético, que pode ser observado ao se colocar uma bússola próxima ao condutor. b) Efeito Joule (ou Térmico): constitui o aquecimento do condutor, provocado pela colisão dos elétrons livres com os átomos. Esse efeito é aplicado em aparelhos que produzem calor (chuveiro, torneiras elétricas, ferro elétrico, etc.) c) Efeito Químico: quando uma corrente elétrica atravessa uma solução iônica ocorre a eletrólise, ocasionando o movimento de íons negativos e positivos, respectivamente, para o ânodo e cátodo. Esse efeito é aplicado na galvanização de metais (cromeação, prateação, niquelação, etc.). d) Efeito Luminoso: quando a corrente elétrica atravessa um gás, sob baixa pressão, ocorre emissão de luz. Esse efeito é aplicado nas lâmpadas fluorescentes, lâmpadas de vapor de sódio, etc. e) Efeito Fisiológico: quando a corrente elétrica atravessa um organismo vivo, produzindo contrações musculares, conhecidas por choque elétrico. O ser humano, ao ser atravessado por uma corrente de intensidade de 10 mA ou mais, pode sofrer danos fatais. 2 Tensão (V) ou Diferença de Potencial Elétrico Sabe-se, da Mecânica, que certa quantidade de água escoa através de um tubo, desde que haja uma diferença de potencial gravitacional entre suas extremidades. Se A é CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Física para Computação Professora: Ana Carolina Marques Página 4 de 7 o ponto mais alto do tubo e B o mais baixo, ocorre movimento espontâneo do líquido no sentido de A para B. A corrente de água só será interrompida se a torneira for fechada. Analogamente, na Eletrodinâmica, certa quantidade de carga elétrica também se movimenta ordenadamente, desde que se estabeleça uma diferença de potencial elétrico nas extremidades do condutor. O dispositivo que fornece esta diferença é uma fonte elétrica ou gerador (bateria, pilha, tomada, etc.). A diferença de potencial elétrico, também chamada de tensão elétrica, representada pela letra V, tem como unidade, no SI, o volt (V). O potencial elétrico é a energia potencial por unidade de carga (1V = 1J/C). 2.1 Trabalho (τ), Energia (U) e Potência Elétrica (P) Quando elétrons livres estão em movimento, sob a ação de uma força eletromotriz, o trabalho elétrico realizado sobre eles é dado por: 𝜏 = 𝑞 ∗ 𝑉 𝑉 = 𝑉 − 𝑉 A energia é a capacidade de produzir trabalho. A energia tem a mesma unidade física de trabalho, o joule (J), e utilizam-se as mesmas equações para se calcular o trabalho realizado e a energia consumida. A energia elétrica é transportada pela corrente elétrica. Essa energia proporciona o funcionamento dos equipamentos e aparelhos elétricos e eletrônicos utilizados pelo homem. Assim, Energia Potencial elétrica no ponto A 𝑈 = 𝑞 ∗ 𝑉 CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Física para Computação Professora: Ana Carolina Marques Página 5 de 7 Energia Potencial elétrica no ponto B 𝑈 = 𝑞 ∗ 𝑉 Trabalho da Força elétrica (consumo de energia elétrica) 𝜏 = 𝑈 − 𝑈 Potência é a rapidez com que se gasta energia, ou a rapidez com que se produz trabalho. Dessa forma: 𝑃 = 𝜏 ∆𝑡 = 𝑞 ∗ 𝑉 𝑞 𝐼 → 𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 No SI, as unidades são: P – watt (W) V – volt (V) I – ampére (A) 1 W = 1 V ∗ 1A Unidade de trabalho: kWh e Joule (J) 1W = 1 J/s 1 kWh = 3,6 x 106 J. 1J = 1C * 1V Exercícios de aplicação 1) Um condutor, sob diferença de tensão de 12V, é percorrido por uma corrente de intensidade de 3A. Determine a potência elétrica fornecida pelo condutor. CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Física para Computação Professora: Ana Carolina Marques Página 6 de 7 2) Calcule a energia potencial elétrica que q = 20 micro-Coulomb adquire, ao ser colocada num ponto P de um campo elétrico, cujo potencial é VP = 5.000 V. 3) Uma dona de casa passa roupa durante meia hora, todos os dias, usando um ferro elétrico que funciona numa diferença de tensão de 110V, fornecendo uma potência de 660W. Determine: a) A intensidade da corrente que atravessa o aparelho; b) O custo mensal (30 dias) devido ao aparelho, se o kWh valesse R$0,20. 4) (UFRS) O rótulo de um chuveiro elétrico indica 4 500 W e 127 V. Isso significa que, ligado a uma rede elétrica de 127 V, o chuveiro consome: a) 4.500 joules por segundo b) 4.500 joules por hora c) 571.500 joules por segundo d) 16.200.000 joules por segundo e) 72.400.000 joules por hora Bibliografia: Tipler, Paul A. Mosca, Gene. Física, V.3 - Para Cientistas e Engenheiros (em Português). Ed. LTC, 2006. CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Física para Computação Professora: Ana Carolina Marques Página 7 de7 Bonjorno, José Roberto. Bonjorno, Regina F. S. Azenha. Bonjorno, Valter. Física – volume 3. Ed. FTD. Bibliografia Complementar Silva Filho, Matheus Teodoro da. Fundamentos de Eletricidade. Rio de Janeiro: LTC, 2018. (link da biblioteca virtual: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/reader/books/978-85-216-2444- 8/epubcfi/6/26%5B%3Bvnd.vst.idref%3Dchapter04%5D!/4)