Apostila_de_Eletrodinamica

Prévia do material em texto

Física : Eletrodinâmica
PROFª MS Onadir Ap. O. Lomonaco
2.013
 Unidade 2 - ELETRODINÂMICA: CORRENTE ELETRICA E CIRCUITO DE CORRENTE CONTINUA
1. CORRENTE E MOVIMENTO DE CARGAS:
A corrente elétrica se define como a taxa de passagem de carga através da área da seção reta de um condutor.
Se ∆Q for a carga que passa pela área A da seção reta durante o intervalo de tempo ∆t, a corrente:
Para o sentido da corrente adota-se convencionalmente, o sentido do fluxo de carga positiva. Os elétrons, nestes condutores, deslocam-se no sentido oposto ao da corrente.
Se no número de partículas livres, portadoras de carga, por unidade de volume num condutor de área da seção reta A. Este n.° é a densidade numérica dos portadores de carga Imaginemos que dada partícula tenha carga q, e se desloque com a velocidade de migração v . No intervalo de tempo ∆t, todas as partículas no volume AV ∆t, atravessarão o elemento de área assinalado. O n.° de partículas neste volume é nAV ∆t é a carga elétrica destas partículas e , substituindo em (1)
Exemplos:
1 - Um fio condutor típico, de experiência de laboratório, é de cobre e tem raio de 0,815mm. Calcular a velocidade de migração dos elétrons neste condutor percorrido por uma corrente de 1A. Admitir que houvesse um elétron livre por átomo.
2- Quanto tempo será necessário para um certo elétron sair da bateria de um carro e chegar ao motor de arranque, cobrindo uma distância da ordem de 1 m, sendo a velocidade de migração 3,5. 10-5 m/s.
3 - Num certo acelerador de partícula, uma corrente de 0,5mAé fruto do movimento de prótons de 5 MeV num feixe cujo raio é de 1,5 mm. A) calcular a densidade numérica dos prótons no feixe. B) Se o feixe atinge um alvo, quantos prótons colidem com este alvo em 1 segundo.
2. RESISTENCIA E LEI DE OHM
A figura mostra um condutor, com o comprimento ∆L e a área da seção reta A. percorrido pela corrente I. Como o campo elétrico tem o sentido dos potenciais decrescentes, o potencial no ponto a é maior do que no ponto b. Se ∆L for suficientemente pequeno de modo a ser razoável admitir que o campo elétrico E seja constante entre os dois pontos, a diferença de potencial é:
A razão entre a queda de potencial e a corrente é a resistência do segmento do condutor:
Em muitos materiais, a resistência não depende da voltagem nem da corrente. Os metais são materiais ôhmicos. Nestes materiais a queda de potencial num segmento de condutor é proporcional à corrente:
Materiais não-ohmicos, a resistência depende da corrente I, e V não é proporcional a L
OBSERVAÇÃO: 
R. ÔHMICO:	V=0	I=0
		V=3	I=5
		V=6	I=10
		V=9	I=15
R. NÃO ÔHMICO:	
V=0	I=0
		V=30	I=10
		V=70	I=20
		V=120	I=30
Uma grandeza relacionada com a resistência é a resistividade ( que é uma propriedade específica de cada substância;
EXEMPLOS;
1) O raio de um fio de nichrome ((= 10-6 (m) é de 0,65cm. Qual o comprimento deste fio que tem a resistência de 2,0 (?
2 ) Calcular a resistência, por unidade de comprimento de um fio de cobre n.° 14.
3 ) Admitindo que o campo elétrico E seja uniforme, estimar o seu módulo no fio de cobre calibre 14 mencionado no exemplo anterior quando percorrido por uma corrente de 1,3 A.
3. ENERGIA NOS CIRCUITOS ELÉTRICOS
Quando há um campo elétrico no interior de um condutor, os elétrons livres são acelerados durante pequeno intervalo de tempo e o “gás de elétron” adquire energia cinética extra, que é rapidamente convertida em energia térmica do condutor pelas colisões entre os elétrons e os bons da rede do condutor. O aumento da energia térmica, assim provocado no condutor, é o efeito Joule.
No intervalo de tempo ∆t, a carga ∆Q entra pela esquerda no segmento, no potencial V1, e a mesma quantidade de carga sai pela direita no potencial V2. O efeito é o de uma carga ∆Q entrar no segmento num potencial mais elevado V1 e sair num potencial mais baixo V2. A variação da energia potencial da carga que percorre o segmento é então:
A taxa de dissipação da energia é portanto
A dissipação da energia por unidade de tempo e a Potência P dissipada no segmento do condutor:
EXEMPLOS:
1) Um resistor de 12 é percorrido por uma corrente de 3 A. Calcular a corrente dissipada neste resistor
2) Um fio condutor de 5( é percorrido durante 6s por uma corrente de 3 A. Que potência é dissipada no fio? Que energia térmica é gerada no fio condutor?
3.1. Fem e Baterias:
Um dispositivo que proporciona energia elétrica é fonte de fem (força eletromotriz) Ex: baterias, geradores. Uma fonte de fem efetua trabalho sobre uma carga que atravessa, aumentando sua energia potencial. O trabalho por unidade de carga é a fem ( ( ) da fonte (volts). A diferença de potencial entre os terminais de uma bateria ideal é igual ao valor da fem da bateria. A bateria ideal é uma fonte de fem que aumenta constante a diferença de potencial entre os dois terminais, qualquer que seja a corrente que esta proporciona.
No interior da fonte de fem a carga passa da região de potencial baixo para a de potencial elevado e, portanto, ganha energia potencial. Quando uma carga ∆Q passa através de uma fonte de fem ( a sua energia potencial aumenta ∆Q /(. Ao passa pelo resistor, esta energia potencial se converte em energia térmica. A taxa em que a energia é proporcional pela fonte é a potência da fonte:
Numa bateria real, a voltagem da bateria não é igual a fem. Quando a corrente aumenta diminui ligeiramente a voltagem como se houvesse uma pequena resistência na bateria ( r resistência interna)
A energia disponível numa bateria é o produto da carga total pela Fem:
EXEMPLOS: (Tipler pag. 128)
2 – Em qualquer nó do circuito, onde a corrente se divide, a soma das correntes que fluem para o nó é igual a soma das correntes que saem do nó.
5.1 Circuito com uma só malha
Observe o circuito com uma só malha e determine a corrente em função das fems.
Exemplo:
No circuito da figura calcular: A) corrente do circuito; B) o potencial nos pontos a até g admitindo que o potencial no ponto f seja nulo.Fazer o balanço de energia no circuito.
5.2 Circuito com várias malhas
Para analisar circuitos com mais de uma malha é preciso aplicar as duas regras de Kirchhoff. A regra dos nós aplica-se aos pontos em que a corrente se divide em outras duas ou mais.
Exemplo:
Calcular a corrente em cada parte do circuito esquematizado;
Calcular a energia dissipada em 3 seg. no resistor 4 Ω.
Centro Universitário da Fundação Educacional Guaxupé
Credenciado através da Portaria MEC nº 629, de 15/03/2004 - D.O.U. de 16/03/2004.
Av. Dona Floriana, 463 – Centro – Guaxupé/MG – CEP: 37800-000 – Fone: (35) 3551-5267 – www.unifeg.edu.br
� PAGE \* MERGEFORMAT �18�