Transparencias 5 Corrente Elétrica

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Corrente elétrica
O campo elétrico no interior de um condutor em equilíbrio é 
nulo.
Caso haja um campo elétrico no interior do condutor, ele 
acelera os portadores livres de carga.
Se for possível manter o campo elétrico constante no 
material condutor, uma corrente elétrica estacionária se 
forma.
Corrente elétrica: Carga elétrica por unidade de tempo que 
passa por uma seção reta do material.
 
Valor típico do módulo da 
velocidade caótica de elétrons 
em um metal: 106m/s
Valor típico da velocidade de 
arraste: 10-4m/s
Por que uma lâmpada acende 
tão rápido se os elétrons se 
movem tão devagar? 
O campo elétrico se propaga 
numa velocidade próxima à 
da luz, e faz com que 
elétrons ao longo de todo o 
fio iniciem o movimento 
“simultaneamente”.
 
Unidade de corrente: Ampère (A)
1A=1C/s.
 
Resistência elétrica
“Lei” de Ohm: Em muitos casos, a corrente em um corpo é 
proporcional à diferença de potencial aplicada:
I=V
R
R = Resistência elétrica. Unidade: Ohm (Ω). 1Ω = 1V/A.
“Lei” de Ohm não é lei, pois não vale sempre. Em geral 
vale para condutores, mas não para isolantes (quebra da 
rigidez dielétrica) ou semicondutores. 
 
A) Considere um cardume com um número muito grande 
de peixes que nadam por um aquário em forma de tubo de 
área transversal A e comprimento L. Sobre o tempo 
necessário para o cardume se deslocar de um lado a outro 
no aquário:
1) É proporcional a L e independe de A.
2) É proporcional a L e proporcional a A.
3) É proporcional a L e inversamente proporcional a A1/2.
4) É proporcional a L e inversamente proporcional a A.
5) É inversamente proporcional a L e independe de A.
 
B) Considere um número muito grande de elétrons que se 
deslocam por um fio metálico em forma de tubo de área 
transversal A e comprimento L. Sobre o tempo necessário 
para os elétrons se deslocarem pelo percurso:
1) É proporcional a L e independe de A.
2) É proporcional a L e proporcional a A.
3) É proporcional a L e inversamente proporcional a A1/2.
4) É proporcional a L e inversamente proporcional a A.
5) É inversamente proporcional a L e independe de A.
 
Resistência de fio com comprimento L e área transversal A:
R = ρL/A
ρ = Resistividade elétrica. Depende do material.
 
Resistividade de diferentes materiais varia em fator 1026. 
Isso permite o controle do transporte de carga e energia 
elétrica em direções controladas. Por isso a energia elétrica 
é tão usada, sendo de fácil transporte. Ela flui por fios 
condutores, de resistividade baixa e encobertos por 
camadas de materiais com alta resistividade. Para 
comparação, a resistividade térmica de diferentes materiais 
varia em fator 105.
A resistividade de semicondutores pode ser controlada 
através do processo de dopagem, o que possibilita a 
construção de dispositivos capazes de fazer operações 
lógicas e formar um computador.
 
Microfone a carvão:
Compressão do diafragma diminui a resistência dos grãos de carvão, gerando 
uma corrente elétrica proporcional à pressão externa, transformando o sinal 
acústico em um sinal elétrico.
 
II
C) Considere uma corrente elétrica I fluindo de um fio fino 
para um fio mais grosso, conforme a figura. Como se 
compara a velocidade de arraste dos elétrons no fio fino 
com a velocidade de arraste dos elétrons no fio grosso?
1) A velocidade de arraste dos elétrons no fio grosso é maior que 
a no fio fino.
2) A velocidade de arraste dos elétrons no fio grosso é menor que 
a no fio fino.
3) A velocidade de arraste dos elétrons no fio grosso é igual à do 
fio fino.
 
Assim como em um chafariz energia elétrica é convertida em energia potencial 
gravitacional para a água, fechando o “circuito” e deixando a “corrente” de água 
constante, em uma fonte de tensão algum tipo de energia (química, mecânica, 
luminosa, etc.) é convertida em energia potencial elétrica para os portadores de 
carga. Obs: tensão = voltagem = força eletromotriz.
Fontes de Tensão
 
Fonte desligada: Fonte ligada:
 
Gerador de van der Graaf: Atrito e transferência de cargas.
Fontes de Tensão:
 
Pilhas e baterias: Reações químicas.
Zn + Cu++ (aq) Zn++ (aq) + Cu
 
Célula fotovoltaica: Transições quânticas de cargas por 
absorção de luz.
 
 
Fonte de tensão real: Voltagem entre os terminais depende 
da corrente no circuito.
V
ab
 = ε - Ir
a
b
r = resistência interna da fonte.
Parte da energia é consumida na própria fonte, que esquenta 
(efeito Joule).
 
 
Curvas IxV
Resistor (obedece a lei de Ohm) Diodo (não obedece a lei de Ohm)
Energia potencial de elétron que passa 
por LED (qV) é quase totalmente 
convertida em energia luminosa do fóton 
emitido (hf).
qV = hf f=qV/h
q = 1,60x10-19C
h = 6,63x10-34J.s
f (em Hertz) = 2,41x1014 V (em Volts)
Color Frequency Wavelength
violet 668–789 THz 380–450 nm
blue 606–668 THz 450–495 nm
green 526–606 THz 495–570 nm
yellow 508–526 THz 570–590 nm
orange 484–508 THz 590–620 nm
red 400–484 THz 620–750 nm
 
D) Considere um chuveiro com 3 opções de temperatura: 
verão (baixa), outono (média) e inverno (quente). Se a 
resistência do chuveiro for como a representada abaixo, 
quais ligações à fonte de tensão da rede correspondem a 
cada uma das temperaturas? 
1) Verão: A-B, Outono: B-C, Inverno A-C.
2) Verão: A-C, Outono: B-C, Inverno: A-B.
3) Verão: B-C, Outono: A-B, Inverno: A-C. 
 
 
Condução em metais:
Distância média percorrida por elétrons entre colisões: 10-8m.
Separação entre átomos do material: 10-10m.
Condutividade não depende da direção de propagação.
Só se explica com física quântica. Elétrons têm 
comportamento ondulatório. Resistência é provocada por 
defeitos na rede cristalina. Energia é transmitida para a rede 
cristalina com as colisões (efeito Joule).
 
Resistividade elétrica de alguns materiais:
Quanto maior a temperatura, maior 
a agitação dos átomos em um 
metal e maior a resistividade.
 
Níveis de energia permitidos para elétrons em sólidos:
Condutividade elétrica é determinada principalmente pela quantidade de 
elétrons na banda de condução. Semicondutores tendem a ter maior 
condutividade em temperaturas maiores, pois agitação térmica tende a enviar 
mais elétrons para a banda de condução.
 
Dependência da resistividade de materiais com temperatura pode ser 
utilizada na construção de termômetros – termistor.
 
Curva que demonstra supercondutividade de corpo de mercúrio:
Verificação experimental de supercondutividade: 1911.
Explicação teórica: 1957.
 
Materiais supercondutores:
 
Respostas das questões:
A) 4
B) 4
C) 2
D) 2
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