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Aula 1 CIRCUITO ELÉTRICO “Circuito, ou rede elétrica, é uma coleção de elementos elétricos interconectados de maneira específica.” Formado, basicamente, por uma fonte de energia elétrica, um condutor em circuito fechado e elementos que utilizam a energia da fonte. ALGUNS ELEMENTOS Fontes de Tensão, Resistores, Capacitores, Indutores, Diodos, Linhas de Transmissão, Fontes de Corrente, Interruptores, etc.. Esses elementos podem estar ligados em série, em paralelo ou em associações mistas. CARGA ELÉTRICA Característica intrínseca das partículas carregadas. Elétron partícula fundamental negativa; Próton não é fundamental positiva. A CARGA É QUANTIZADA ∆𝑞 = ± 𝑛. 𝑒 𝑒 = 1,60 × 10−19𝐶 A CARGA É CONSERVADA Sistema isolado não há criação nem destruição de cargas. CAMPO ELÉTRICO Força Elétrica Corpos eletrizados atraem e repelem outros corpos, mesmo sem tocá-los. Como uma carga “sabe” que outra está presente? Faraday Linhas de Força. Campo Elétrico Região do espaço em torno da carga elétrica (ou superfície carregada) corpo eletrizado fica sujeito à ação de 𝐹𝑒. As linhas de força “saem” do corpo positivo e “entram” no negativo. DIFERENÇA DE POTENCIAL (V) Capacidade de se realizar trabalho ao forçar os elétrons a se deslocarem. Também chamada de Tensão Elétrica. ∆𝑉 = 𝑉𝐵 − 𝑉𝐴 = 𝑉 FORÇA ELETROMOTRIZ () Força que é necessária para que os elétrons possam se movimentar. CORRENTE ELÉTRICA Condutor em equilíbrio eletrostático elétrons livres movimento desordenado. Ligado a uma fonte de tensão Campo Elétrico Força Elétrica. Elétrons movimento ordenado sentido e direção da 𝐹𝑒. Condutor ligado a uma fonte elétrons atravessam uma seção transversal (𝐴) do condutor em um intervalo de tempo (∆𝑡). Valor absoluto da carga ∆𝑞 = 𝑛 𝑒. 𝑖 = ∆𝑞 ∆𝑡 𝑖 = 𝑑𝑞 𝑑𝑡 POTÊNCIA ELÉTRICA Quantidade de energia que está sendo transformada por unidade de tempo: 𝑃 = ∆𝐸 ∆𝑡 = 𝑖𝑉 Circuitos Resistivos ANÁLISE DE CIRCUITOS Estudo da saída (resposta) de um circuito dado a sua entrada (excitação). Circuitos Resistivos. RESISTÊNCIA ELÉTRICA Corrente elétrica choque dos elétrons com os átomos calor. A essa propriedade Resistência Elétrica capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica. LEI DE OHM Figura: resistor, a uma 𝑇 constante, por onde passa uma corrente de intensidade 𝑖. Ao mudar a ddp de forma sucessiva 𝑉1, 𝑉2, … 𝑖1, 𝑖2, … O quociente das ddp por suas respectivas correntes característica constante: 𝑉 𝑖 = 𝑉1 𝑖1 = 𝑉2 𝑖2 = 𝑐𝑡𝑒 = 𝑅 A 1º lei de Ohm relaciona a ddp com a passagem da corrente elétrica: 𝑅 = 𝑉 𝑖 𝑉 = 𝑅𝑖 CIRCUITOS RESISTIVOS Associação em Série; Associação em Paralelo; Associação Mista. ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE Corrente nos resistores é a mesma: 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 + 𝑅2 +⋯+ 𝑅𝑛 ASSOCIAÇÃO EM PARALELO Tensão nos resistores é a mesma: 1 𝑅𝑒𝑞 = 1 𝑅1 + 1 𝑅2 +⋯+ 1 𝑅𝑛 LEIS DE KIRCHHOFF LEI DOS NÓS 𝑛 𝑖𝑛 = 0 LEI DAS MALHAS 𝑘 𝑉𝑘 = 𝑛 𝑖𝑛𝑅𝑛 = 0 Introdução e Circuitos Resistivos Análise de circuitos EXEMPLO (01): Um estudante manteve um rádio de 9,0V ligado das 21:00h às 2:00h da manhã do dia seguinte, debitando, durante esse tempo, uma potência média de 7,0W. (a) Qual a carga que atravessou o rádio? (b) O valor da carga encontrada equivale a quantos elétrons? (𝑒 = 1,60 × 10−19𝐶) Análise de circuitos EXEMPLO (02): Um resistor ôhmico, quando submetido a uma ddp de 100V, é atravessado por uma corrente elétrica de intensidade 2A. Qual será a ddp quando a corrente que o atravessa for igual a 3A. Análise de circuitos EXEMPLO (03): Considere a associação de resistências abaixo. Todas as resistências são de 5,0Ω. Calcule a resistência equivalente entre os pontos 𝐹 − 𝐻. Análise de circuitos EXEMPLO (04): No circuito esquematizado a seguir, 𝜀 = 270𝑉, 𝑅1 = 20Ω, 𝑅2 = 𝑅3 = 10Ω e 𝑅4 = 50Ω. Considerando desprezível a resistência interna da bateria, assinale o que for correto. Análise de circuitos I. 𝑅2 e 𝑅3 estão ligadas em série e 𝑅1 em paralelo. II. A resistência total do circuito vale 60Ω. III. A leitura do amperímetro 𝐴1 é de 5𝐴. IV. A leitura no amperímetro 𝐴2 é de 2𝐴. VI. A potência dissipada em 𝑅1 é o dobro da potência dissipada em 𝑅2. Análise de circuitos EXEMPLO (05): Calcule a diferença de potencial entre os pontos 𝑐 e 𝑑 do circuito abaixo, utilizando para isso o maior número de percursos diferentes. Considere 𝜀1 = 4,0𝑉, 𝜀2 = 1,0𝑉, 𝑅1 = 𝑅2 = 10Ω e 𝑅3 = 5Ω. Circuitos Resistivos Para um bom acompanhamento dos próximos temas é importante entender os conceitos apresentados nesse tema. Os outros temas irão envolver conceitos estudados sobre Resistência, Corrente Elétrica, Fontes de Tensão, Lei de Ohm, Leis de Kirchhoff etc.. Faça um planejamento para otimizar seu processo de aprendizagem. Procure sempre aprofundar seus estudos utilizando outras fontes com o propósito de estender seu conhecimento. Para resolução de exercícios em Física, temos que adotar uma metodologia: (a) Compreenda o problema; (b) Faça um diagrama e introduza uma notação; (c) Registre os dados informados no problema; (d) Determine as relações (ou fórmulas) entre as variáveis.