Introdução à Eletricidade

Prévia do material em texto

Capítulo 
30 
Introdução à 
Eletricidade 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FÍSICA 
PROF SIDNEY ROCYHA 
ANOTAÇÕES EM AULA 
Capítulo 30 – Introdução à Eletricidade 
Introdução à Eletricidade 
 
 
Eletricidade é uma palavra derivada do grego élektron, que 
significa âmbar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ao ser atritado com um pedaço de pele de animal, 
o âmbar passa a atrair pedacinhos de palha seca. 
Resina vegetal fossilizada 
G
1
0
C
K
/A
L
A
M
Y
/E
A
S
Y
P
IX
 B
R
A
S
IL
 
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. 
A
D
IL
S
O
N
 S
E
C
C
O
 
Introdução à Eletricidade 
 
 
Constituição do átomo e corpos eletrizados 
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. 
A
D
IL
S
O
N
 S
E
C
C
O
 
Introdução à Eletricidade 
 
 
Constituição do átomo e corpos eletrizados 
Os elétrons, em constante 
movimentação, distribuem-se ao 
redor desse núcleo, numa região 
denominada eletrosfera. Prótons 
e elétrons possuem carga elétrica. 
A
D
IL
S
O
N
 S
E
C
C
O
 
Introdução à Eletricidade 
 
 
Constituição do átomo e corpos eletrizados 
➢ 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. 
Introdução à Eletricidade 
 
 
Carga elétrica elementar (e): É a carga de 01 (um) proton ou de 
01 (um) elétron. 
 
 
 
 
 
 
 
coulomb, unidade de 
carga elétrica no SI 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Átomo neutro 
 
Importante: 
e = 1,6 ∙ 10–19 C 
A
D
IL
S
O
N
 S
E
C
C
O
 
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. 
 
 
 
número de p+ < número de e– 
fornecendo elétrons 
Corpo eletrizado 
negativamente 
apresenta excesso 
de elétrons 
 
 
 
 
 
Corpo neutro 
número de p+ = número de e– 
 
 
número de p+ > número de e– 
retirando elétrons 
Corpo eletrizado 
positivamente 
apresenta falta 
de elétrons 
A
D
IL
S
O
N
 S
E
C
C
O
 
Corpos eletrizados 
 
Q = ± n ∙ e 
 
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: 
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. 
 
 
 
 
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. 
Sentido corrente elétrica 
 
 
i 
e o 
 
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: 
coulomb (C) 
 
 
coulomb por 
 C 
segundo 
s
 
segundo (s) 
A unidade de medida C 
s 
recebe o nome de Ampère (A). 
im =
q 
t 
S
T
U
D
IO
 C
A
P
A
R
R
O
Z
 
Corrente elétrica 
 
 
q 
q =N “área” sob i  t 
 
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. 
 
 
 
A
D
IL
S
O
N
 S
E
C
C
O
 
Corrente elétrica 
 
 
A
D
IL
S
O
N
 S
E
C
C
O
 
 
Lei dos nós 
Nos circuitos elétricos, o ponto para o qual concorrem três ou 
mais condutores é denominado nó. 
 
 
 
 
Corrente elétrica 
 
 
A
D
IL
S
O
N
 S
E
C
C
O
 
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. 
 
Lei dos nós (primeira lei de Kirchhoff) 
 
 
 
 
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. 
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. 
Aquecedor elétrico 
 
EFEITO JOULE: É a conversão de 
energia elétrica em energia térmica. 
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. 
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. 
 
 
 
 
 
 
 
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. 
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. 
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: 
 
 
 
 
joule por
 J
 
P =
 τ 
t 
joule (J) 
 
 
 
 
 segundo (s) 
segundo 
s
 
 
 
 
 
A unidade de medida 
J 
recebe o nome de watt (W). 
s 
 
 
Potência e energia elétrica 
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). 
 
 
 
1kWh = 1kW · h 
1kWh = 1.000 W · 3.600 s 
1kWh = 3,6 · 106 J 
 
 
i 
Dipolo elétrico 
 
 
Consideremos um dipolo elétrico submetido à ddp U e 
percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
U 
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. 
S
T
U
D
IO
 C
A
P
A
R
R
O
Z
 
 
 
 
 
A potência elétrica P é dadapor: 
 
 
 
 
 
ampère (A) 
 
watt (W) volt (V) 
P = U · i 
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. 
Resistores e resistência elétrica 
 
 
 
Nas figuras, vemos alguns exemplos de resistores e alguns 
aparelhos equipados com resistores encontrados em nosso 
dia-a-dia. 
 
 
 
 
 
 
 
Resistência de chuveiro 
 
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
 
Resistores e resistência elétrica 
 
 
 
Nas figuras, vemos alguns exemplos de resistores e alguns 
aparelhos equipados com resistores encontrados em nosso 
dia-a-dia. 
 
Resistência de chuveiro Fritadeira 
S
É
R
G
IO
 D
O
T
T
A
/C
ID
 
S
U
T
S
A
IY
/S
H
U
T
T
E
R
S
T
O
C
K
 
Resistores e resistência elétrica 
 
 
 
 
 
resistência elétrica : É a grandeza física que indica a 
dificuldade imposta à movimentação das cargas elétricas que 
constituem a corrente através do condutor. 
Representação de um resistor 
 
 
 
Nos circuitos elétricos, um resistor com resistência elétrica R 
costuma ser representado pelos símbolos mostrados a seguir. 
 
ou 
 
 
 
R R A
D
IL
S
O
N
 S
E
C
C
O
 
Conceito de resistência elétrica 
 
 
i 
U 
 
 
Consideremos um condutor submetido a uma diferença de 
potencial U e percorrido por uma corrente elétrica de 
intensidade i. 
 
 
 
S
T
U
D
IO
 C
A
P
A
R
R
O
Z
 
Resistores e resistência elétrica 
 
 
 
Por definição, a resistência elétrica R do condutor é dada por: 
 
 
 
 
 
 
volt (V) 
ampère (A) 
 
 
 
 
 
 
A unidade de medida V 
A 
recebe o nome de Ohm (Ω). 
R = 
U 
 
i 
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: 
 
 
U1 = 
U2 
 
 = 
U3 
 
 
= … = 
Un 
 
 
= constante = R 
i1 i2 i3 in 
Leis de Ohm 
 
 
 
IMPORTANTE: 
De acordo com a primeira lei de Ohm: os resistores cuja 
resistência elétrica é constante são denominados resistores 
ôhmicos. 
 
 
 
 
 
volt (V) 
 
 
 
ohm () 
ampère (A) 
U = R · i 
Leis de Ohm 
 
 
R = constante = tg  
 
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: 
 
 
 
U R crescente com i 
R = constante 
(resistor ôhmico) 
 
R decrescente com i 
 
 
 
0 i 
Diagrama U × i para diversos tipos de resistores 
S
T
U
D
IO
 C
A
P
A
R
R
O
Z
 
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. 
Leis de Ohm 
 
 
R = ρ · 
L
 
A 
 
Segunda lei de Ohm 
Consideremos o condutor mostrado na figura. 
 
 
 
 
 
 
A resistência elétrica R desse condutor é dada por: 
 
 
resistividade do material 
A 
L 
S
T
U
D
IO
 C
A
P
A
R
R
O
Z
 
 
 
 
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. 
.