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AULA 1 CIRCUITOS EM CC – CARGA ELÉTRICA 1 - CIRCUITOS DE CORRENTE CONTÍNUA (REVISÃO) 1.1 - CARGA ELÉTRICA O átomo é composto por prótons (carga positiva), elétrons (carga negativa) e nêutrons (sem carga). Experimentalmente, estabeleceu-se a unidade “Coulomb” (C) para medir a carga elétrica. Carga elétrica de 1 elétron e = 1,6 x 10-19 C ⇒ 1C = 6,25 x 1018 e Massa do elétron e do próton moe = 9,109 389 x 10-31 kg mop = 1,672 623 x 10 -27 kg 1.2 - DIFERENÇA DE POTENCIAL OU TENSÃO ELÉTRICA A diferença de potencial, também chamada de tensão elétrica, corresponde ao trabalho que deve ser feito ser feito sobre cada portador de carga elétrica para que ele seja movimentado em um circuito elétrico. A diferença de potencial é medida volts (V). A diferença de potencial entre dois pontos é de 1 volt quando o trabalho realizado para deslocar uma carga de 1 Coulomb entre os dois pontos é de 1 Joule. ⇒ próton elétron neuton ( ) dW dQVoltddp = Joule CoulombVolt 1 11 = Pode-se estabelecer uma analogia entre a tensão elétrica e a pressão hidráulica. Quanto maior a diferença de pressão hidráulica entre dois pontos, maior será o fluxo, caso haja comunicação entre estes dois pontos. ENERGIA POTENCIAL EP = m.g.h CORRENTE DE ÁGUA EC = ½.m.v² 1.3-CORRENTE ELÉTRICA Trata-se do fluxo ordenado de carga elétrica através de um condutor elétrico. É a quantidade de carga q que atravessa a seção reta de um condutor por unidade de tempo t. Conceito de Corrente Elétrica Alguns equipamentos elétricos, que chamamos de geradores de eletricidade, como as pilhas e as baterias, apresentam duas regiões que chamamos de polos. Um polo de maior potencial (+) e um polo de menor potencial (-), existindo, então, uma diferença de potencial. Nos condutores de eletricidade, os elétrons da última camada, elétrons livres, estão fracamente ligados ao núcleo. Dessa forma, quando conectamos um fio condutor a uma bateria (gerador), os elétrons livres iniciam um movimento através do condutor, indo do polo de menor potencial (-) para o de maior potencial (+). Denominamos de corrente elétrica esse movimento ordenado de cargas elétricas pelo condutor. dt dqi = Tipos de condutores • Condutores sólidos: a corrente elétrica é constituída somente pelo movimento dos elétrons • Condutores líquidos: a corrente elétrica é constituída pelo movimento de cargas positivas e negativas (cátions e ânions). Obs.: Os condutores líquidos também são conhecidos como soluções eletrolíticas, sendo formados, basicamente, por solutos e solventes. • Condutores gasosos: a corrente elétrica é constituída pelo movimento de cátions e ânions. Isso ocorre nas lâmpadas fluorescentes, a vapor de sódio ou de mercúrio. Sentido da Corrente O sentido convencional da corrente coincide com o sentido de movimentação das cargas elétricas positivas, que é contrário ao movimento dos elétrons. Intensidade da corrente elétrica A intensidade da corrente é determinada pela quantidade de carga elétrica por unidade de tempo. Assim, temos: → Unidades no Sistema Internacional (SI): Q = carga elétrica → Coulomb (C); ∆t = intervalo de tempo → segundo (s); i = intensidade de corrente elétrica → Coulomb por segundo (C/s) = Ampere (A). EXERCÍCIOS: 1. Uma corrente elétrica de intensidade igual a 5 A percorre um fio condutor. Determine o valor da carga que passa através da seção transversal do fio em 1 minuto SOLUÇÃO i = 5 A ∆t = 1 min = 60 s ∆q = ? ⇒ ∆q = i x ∆t = 5 A x 60 s = 300 C ⇒ ∆q = 300 C 2. Por um fio condutor metálico passam 2,0 x 1020 elétrons durante 4 s. Calcule a intensidade de corrente elétrica que atravessa esse condutor metálico. (dada a carga elementar do elétron e = 1,6 x 10-19 C) SOLUÇÃO ∆q = n x e ∆t = 4 s ⇒ ⇒ ⇒ i = 8 A 3. Pela seção reta de um condutor de eletricidade passam 12 C a cada minuto. Qual é a intensidade de corrente que passa pela seção desse condutor? SOLUÇÃO ∆q = 12 C ∆t = 60 s ⇒ ⇒ i = 0,2 A t qi ∆ ∆ = t qi ∆ ∆ = t exni ∆ = 8 4 32 4 106,1102 1920 ≡≡= −xxxi t qi ∆ ∆ = 2,060 12 ≡=i 4. Uma corrente elétrica com intensidade de 8,0 A percorre um condutor metálico. A carga elementar é [e] = 1,6 x 10-19 C. determine o tipo e o nº de partículas carregadas que atravessam a seção transversal desse condutor, por segundo, marcando a opção correta. a) Elétrons: 4,0 x 10+19 partículas b) Elétrons: 5,0 x 10+19 partículas c) Prótons: 4,0 x 10+19 partículas d) Prótons: 5,0 x 10+19 partículas e) Prótons num sentido e elétrons no outro: 5,0 x 10+19 partículas SOLUÇÃO Sendo um condutor metálico podemos concluir que as partículas carregadas que formam a corrente elétrica são os elétrons. ⇒ ⇒ ∆q = 8,0 C ∆q = n x e ⇒ ⇒ ⇒ n = 5,0 x 10 + 19 elétrons → (Letra b) 5. Uma partícula está eletrizada positivamente com uma carga elétrica de 4.10-15 C. Como o módulo da carga do elétron é 1,6. 10-19 C, essa partícula: a) ganhou 2,5. 104 elétrons b) perdeu 2,5. 104 elétrons c) perdeu 6,4. 104 elétrons d) ganhou 6,4. 104 elétrons SOLUÇÃO ∆q = 4 x 10-15 C e = 1,6 x q10-19 C ∆q = n x e → Letra (b) 6. Na carga de 1,0 Coulomb o número de elétrons existente é: a) 6,25x1018 b) 3,5x1018 c) 6,45x1018 d) 10,45x1018 t qi ∆ ∆ = s qA 1 8 ∆= e q n ∆ = 19106,1 8 − = x n e q n ∆ = perdidoselétronsx x x n 1819 15 105,2 106,1 104 == − − SOLUÇÃO ∆q = 1,0 C e = 1,6 x q10-19 C ∆q = n x e → Letra (a) 7. Uma corrente elétrica de intensidade 11,2 µA percorre um condutor metálico. A carga elementar é e = 1,6 x 10-19 C. O tipo e o número de partículas carregadas que atravessam uma seção transversal desse condutor por segundo são: a) Prótons; 7,0 x 1013 partículas. b) Íons de metal; 14,0 x 1016 partículas. c) Prótons; 7,0 x 1019 partículas. d) Elétrons; 7,0 x 1013 partículas. SOLUÇÃO i = 11,2 µA = 11,2 x 10-6 A e = 1,6 x q10-19 C Letra (d) 8. Têm-se três esferas metálicas A, B e C eletrizadas. Aproximando-se uma da outra se constata que A atrai B e B repele C. Então podemos afirmar que: a) A e B possuem cargas positivas e C possui carga negativa. b) A e B possuem cargas negativas e C possui carga positiva. c) A e C possuem carga de mesmo sinal e B possui carga de sinal contrário ao sinal de A. d) A e C possuem cargas de sinais contrários e B possui carga de sinal contrário ao sinal de A. SOLUÇÃO A → ← B B ← → C Letra (d) e q n ∆ = elétronsx x n 1819 1025,6106,1 1 == − t exn t qi ∆ = ∆ ∆ = elétronsx Cx sx s Cx e txi n 1319 6 107 106,1 1102,11 == ∆ = − − 9.Dispõe-se de quatro esferas metálicas: P, Q, R e S. Sabe-se que P repele Q, que P atrai R, que R repele S e que S está carregada positivamente. Pode-se dizer que: a) Q tem carga negativa. b) P e R têm cargas de mesmo sinal. c) P e Q estão carregadas positivamente. d) P está carregada positivamente. SOLUÇÃO P ← → Q P → ← R R ← → S S(+) → R(+)→ P(-) → Q(-) ⇒ Letra (a) 10. Eram 23h55m20s do dia 20 de 1969, no Brasil. Terráqueos admirados aqui e em todo o canto do planeta pararam, diante da TV. Numa transmissão ao vivo, viram o astronauta americano Neil Armstrong descer as escadas do módulo lunar da nave Apolo11, pisar na Lua e proferir a célebre frase: "Esse é um pequeno passo para um homem, mas um grande salto para a humanidade". Foi uma comoção geral: pela primeira vez, um humano caminhava num outro astro do Universo. A façanha está completando 30 anos, cumprindo a profecia de Armstrong: o homem não parou mais de vasculhar o espaço. Tanto que, apenas nove dias depois, a sonda norte americana Mariner Vl transmitia as primeiras imagens de Marte. O que se viu foram fotos de um planeta, árido, cortado por penhascos e precipícios. Extraído da revista Galileu. Globo, julho/99, ano 8, n. 96. Nenhum dos grandes feitos que as superpotências mundiais fizeram na área da tecnologia não seria possível sem o conhecimento que se tem da estrutura atômica. As principais partículas que constituem um átomo são os prótons, os elétrons e os nêutrons. A carga elétrica do elétron é __________________, enquanto a carga de um próton é ___________________. O nêutron não apresenta carga elétrica. A carga de um elétron é ___________________ a carga de um próton em valor absoluto. A massa do elétron é ___________________ a massa do próton. Assinale o conjunto de palavras que suprem as lacunas nas frases acima, na ordem CORRETA: a) Positiva, negativa, menor que, igual. b) Positiva, negativa, igual, maior que. c) Negativa, positiva, maior que , igual. d) Negativa, positiva, igual, menor que. SOLUÇÃO A carga elétrica do elétron é NEGATIVA, enquanto a carga de um próton é POSITIVA. O nêutron não apresenta carga elétrica. A carga de um elétron é IGUAL à carga de um próton em valor absoluto. A massa do elétron é MENOR do que a massa do elétron. Letra (d) 11. Um aluno tem 4 esferas idênticas, pequenas e condutoras (A, B, C e D), carregadas com cargas respectivamente iguais a 5Q, 3Q, 6Q e 1Q. A esfera A é colocada em contato com a esfera B e a seguir com as esferas C e D. Ao final do processo a esfera A estará carregada com a carga equivalente a: a) 7,5Q b) 6Q c) 3Q d) 1Q SOLUÇÃO A (5Q) + B (3Q) → A (4Q) A (4Q) + C (6Q) → A (5Q) A (5Q) + D (1Q) → A (3Q) → Letra (c) 12. Dispõe-se de três esferas metálicas idênticas e isoladas uma das outras. Duas delas, A e B, estão neutras, mas a esfera C contém uma carga elétrica Q. Faz-se a esfera C tocar primeiro a esfera A e depois a esfera B. No final desse procedimento, qual será a carga elétrica das esferas A, B e C, respectivamente? a) Q/3, Q/3, Q/3. a) Q/2, 3Q/8, Q/8. b) Q/6, Q/6, Q/6. c) Q/2, Q/4, Q/4. SOLUÇÃO C (Q) + A (0) → C (Q/2) + A (Q/2) C (Q/2) + B (0) → C (Q/4) + B (Q/4) Logo A (Q/2) , B (Q/4) , C (Q/4) → Letra (c) 13. Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), físico francês, iniciou suas pesquisas no campo da eletricidade e do magnetismo para participar de um concurso aberto pela Academia de Ciências sobre a fabricação de agulhas imantadas. Estudou o atrito e descobriu a eletrização superficial dos condutores. Em sua homenagem a unidade de carga elétrica no sistema internacional recebeu seu nome. Qual o número de elétrons existentes em uma carga de 1 C ? (Considere e = 1,6.10-19 C) a) 1,6 x 10-19 elétrons. b) 1 elétron. c) 1,6 x 10-19 elétrons. d) 6,25 x 10+18 elétrons. SOLUÇÃO ∆q = 1,0 C e = 1,6 x q10-19 C ∆q = n x e → Letra (d) e q n ∆ = elétronsx x n 1819 1025,6106,1 1 == −
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