Aula 1 EO 2018

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Plano de Ensino: 
 
Curso: Ciência da Computação 
Disciplina: Eletricidade e Óptica 
 
 
Objetivos especificos 
 
Compreender aspectos gerais do funcionamento de um circuito possibilitando entender 
aspectos físicos necessários ao bom funcionamento de micro-computadores. 
 
Compreender aspectos gerais de ótica possibilitando entender aspectos físicos 
necessários ao bom funcionamento de comunicação de dados. 
 
Aprender quais são alguns dos aspectos relevantes no processo de instalação de micros 
e redes. 
 
Avaliação 
 
Duas provas bimestrais. 
 
Ementa: 
 
Módulo 1: Corrente Elétrica 
Módulo 2: Resistores e Circuitos 
Módulo 3: Capacitores 
Módulo 4: Carga Elétrica 
Módulo 5: Força e Campo Elétrico 
Módulo 6: Luz e Príncipios da Óptica Geométrica 
Módulo 7: Reflexão e Expelhos Planos 
Módulo 8: Refração da Luz e Instrumentos Ópticos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Módulo I - Corrente Elétrica 
 
1.1 Corrente elétrica quer dizer movimento ordenado de elétrons. Quando ligamos o 
interruptor de uma lâmpada, o filamento metálico no interior do bulbo fica sujeito a uma 
diferença de potencial que provoca um fluxo de carga elétrica, de maneira semelhante ao 
fluxo de água numa mangueira, provocado por uma diferença de pressão. O fluxo de carga 
elétrica constitui uma corrente elétrica. 
 
Observações: 
 
 O movimento de cargas elétricas, além de ser ordenado, é simultâneo, isto é, 
todos os elétrons se movimentam ao mesmo tempo. 
 Um condutor elétrico não precisa ser necessariamente metálico e sólido. Existem 
condutores líquidos (soluções eletrolíticas) e gasosos (gases ionizados). 
 Materiais que não conduzem cargas elétricas (madeira, vidro, plástico, etc.) são 
chamados de isolantes elétricos. 
 
Simbolo: I 
Unidade: Ampér [A] 
 
1.2: Intensidade de Corrente Elétrica (I): A corrente elétrica se define como a taxa de 
passagem de carga através da área de seção reta de um condutor. Se Q for a carga que 
passa pela área A da seção reta, no intervalo de tempo t, a corrente I é: 
 
 
 
∆𝑄: quantidade de carga [C] (Coulomb) 
∆𝑇: tempo [s] (segundos) 
I: intensidade da corrente [A] (Ampér) 
 
O sentido de corrente é tomado, convencionalmente, como o sentido de carga positiva 
(contrário ao movimento real dos elétrons livres). 
 
Podemos, também, expressar a corrente elétrica como sendo: 
 
𝐼 =
𝑛. 𝑒
∆𝑡
 
n: número de elétrons 
e: carga elementar do elétron (1,6. 10-19 C) 
∆𝑇: tempo [s] (segundos) 
I: intensidade da corrente [A] (Ampér) 
 
 
 
Exercício 1: Um fio metálico é percorrido por uma corrente elétrica contínua e 
constante. Sabe-se que uma carga elétrica de 32 C(Coulomb) atravessa uma seção 
transversal do fio em 4 s(segundos). Determine a intensidade de corrente elétrica: 
 
Solução: 
Q = 32 [C] 
∆𝑇 = 4 [s] 
 
Como: 𝐼 =
∆𝑄
∆𝑡
 
 
I = 32/4 
I = 8 [A] 
 
Exercício 2: É possível medir a passagem de 2000 elétrons por segundo através de um 
condutor com certo aparelho sensível. Sendo a carga do elétron 1,6 . 10-19, calcule a 
intensidade da corrente correspondente ao movimento. 
 
Solução: 
n = 2000 
e = 1,6.10-19 
 
Como: 𝐼 =
𝑛.𝑒
∆𝑡
 
 
 
I = 2000*1,6.10-19/1 
I = 3,2 10-16 [A] 
 
 
1.3: Tipos de Corrente Elétrica: 
 
 corrente contínua (CC): quando o sentido da corrente se mantêm constante 
(bateria de automóvel, pilha). 
 
 corrente alternada (CA): quando a intensidade e o sentido variam periodicamente 
(usinas hidrelétricas, casa), como por exemplo, de maneira senoidal. 
 
 
1.4: Efeitos da Corrente Elétrica: 
 
a) Efeito magnético: quando um condutor é percorrido por uma corrente elétrica, produz 
nas suas extremidades um campo magnético, que pode ser observado ao se colocar uma 
bússola próxima ao condutor. 
 
 
 
 
 
 
b) Efeito Joule (ou Térmico): constitui o aquecimento do condutor, provocado pela colisão 
dos elétrons livres com os átomos. Esse efeito é aplicado em aparelhos que produzem calor 
(chuveiro, torneiras elétricas, ferro elétrico, etc.) 
 
 
 
c) Efeito Químico: quando uma corrente elétrica atravessa uma solução iônica ocorre a 
eletrólise, ocasionando o movimento de íons negativos e positivos, respectivamente, para o 
ânodo e cátodo. Esse efeito é aplicado na galvanização de metais (cromeação, prateação, 
niquelação, etc.). 
 
d) Efeito Luminoso: quando a corrente elétrica atravessa um gás, sob baixa pressão, ocorre 
emissão de luz. Esse efeito é aplicado nas lâmpadas fluorescentes, lâmpadas de vapor de 
sódio,etc. 
 
 
 
 
e) Efeito Fisiológico: quando a corrente elétrica atravessa um organismo vivo, produz no 
mesmo contrações musculares, conhecidas por choque elétrico. O ser humano, ao ser 
atravessado por uma corrente de intensidade de 10 mA ou mais, pode sofrer danos fatais. 
 
 
 
2: Tensão (V) ou Diferença de Potencial Elétrico: 
 
Sabe-se, da Mecânica, que certa quantidade de água escoa através de um tubo, desde 
que haja uma diferença de potencial gravitacional entre suas extremidades. Se A é o 
ponto mais alto do tubo e B o mais baixo, ocorre movimento espontâneo do líquido no 
sentido de A para B. A corrente de água só será interrompida se a torneira for fechada. 
 
Analogamente, na Eletrodinâmica, certa quantidade de carga elétrica também se 
movimenta ordenadamente, desde que se estabeleça uma diferença de potencial 
elétrico nas extremidades do condutor. 
 
O dispositivo que fornece esta diferença é uma fonte elétrica ou gerador (bateria, 
pilha, tomada, etc.). A diferença de potencial elétrico, também chamada de tensão 
elétrica, representada pela letra V, tem como unidade, no SI, o volt (V). 
 
 
 
 
 
Simbolo: V 
Unidade: Volt [V] 
 
 
3: Potência Elétrica (P): 
 
A potência elétrica é uma grandeza física que mede a quantidade de trabalho realizado 
em determinado período de tempo, ou seja, é a taxa de variação da energia, de forma 
análoga à potência mecânica. Um forno elétrico industrial, por exemplo, tem uma 
potência maior do que um ferro elétrico doméstico, pois tem uma capacidade de 
produzir uma quantidade de calor maior num mesmo intervalo de tempo. 
 
Simbolo: P 
Unidade: Watt [W] 
 
𝑷 = 𝑽. 𝑰 
Onde: 
P: Potência: watt (W) 
V: Tensão: volt (V) 
I: Corrente: ampére (A) 
 
 
 
Exercício 3: Um condutor, sob diferença de tensão de 12 V, é percorrido por uma corrente 
de intensidade de 3 A. Determine a potência elétrica fornecida pela condutor: 
 
Solução: 
V = 12 [V] 
I = 3 [A] 
 
Como: 
P = V.I 
P = 12.3 
P = 36 [W] 
 
Exercício 4: Um chuveiro de potência 2200 W esta ligado sob diferença de tensão de 220 
V, Determine a corrente elétrica que percorre a resistência do chuveiro. 
 
Solução: 
P = 2200 [W] 
V = 220 [V] 
 
Como: 
2200 = 220.I 
I = 2200/220 
I = 10 [A] 
 
4: Trabalho (t): 
 
Simbolo: 𝛿 
Unidade: Kilo Watt hora [KWh] 
 
𝜹 = 𝑷. ∆𝒕 
 
𝜏: Trabalho: Joule (J) – Usaremos aqui o Kilo Watt hora [KWh] 
P: Potência: Kilo watt (Kw) 
∆𝑡: ℎ𝑜𝑟𝑎 [ℎ] 
 
Observação: Trabalho da Força elétrica, para nós, será o consumo de energia elétrica 
que poderemos converter em “custo” nos exercícios. 
 
Observação: o cálculo do custo da energia elétrica deve ser feito sempre em KWh. 
 
 
 
 
Exercício 5: No vidro de uma lâmpada está gravado : 60 W – 120 V. Estando a 
lâmpada ligada de acordo com as especificações, determine o consumo da lâmpada em 
20 horas (em kWh). 
 
Solução: 
P = 60 [W] = 0,06 [KW] 
∆t = 20 [h] 
 
𝜹 = P. ∆𝒕𝜹 = 0,06.20 
𝜹 = 1,2 [kWh] 
 
b) Se a Elektro cobra 0,5 R$ por KWh, quanto custará a utilização dessa lampada nesse 
período? 
 
Solução: 
Custo = 1,2.0,5 = 0,6 R$ 
 
 
Exercício 6: O fornecedor de energia elétrica de uma determinada residência garante 
uma tensão média de 120 V. Nessa residência permanecem ligados, durante 1 hora 2 
lâmpadas de 100 W e 1 ar condicionado de 600 W por 2 h. Calcule o custo mensal (30 
dias) devido a esses aparelhos, se o kWh valesse R$0,50. 
 
Solução: 
 
Lampadas A: 100 W – 1 h/dia -> 0,1 kW – 1h/dia (x2) 
Ar condicionado: 600 W – 2h/dia -> 0,6 KW – 2 h/dia 
 
𝜹 = 𝑷. ∆𝒕 
 
- Lampadas A (x2): 
 
𝜹 dia = 0,1.1.2 = 0,2 kWh 
𝜹 mes = 0,2.30 = 6 kWh / mes 
 
- Ar condicionado: 
 
𝜹 dia = 0,6.2 = 1,2 kWh 
𝜹 mes = 1,2.30 = 36 kWh / mes 
 
𝜹 total = 6 + 36 kWh / mes 
𝜹 total = 42 kWh 
 
Preço: 42*0,5 = 21 R$ 
 
 
Exercício 7: O fornecedor de energia elétrica de uma determinada residência garante 
uma tensão média de 120 V. Nessa residência permanecem ligados, durante 1 hora 2 
lâmpadas de 100 W, 1 lâmpada de 40 W por 30 min, um liquidificador de 360 W por 15 
min e um ar condicionado de 600 W por 2 h. Calcule o custo mensal (30 dias) devido a 
esses aparelhos, se o kWh valesse R$0,50. 
 
Exercício 8: O fornecedor de energia elétrica de uma determinada residência garante 
uma tensão média de 120 V. Nessa residência permanecem ligados simultaneamente, 
durante 20 min, 2 lâmpadas de 100 W, 1 lâmpada de 40 W, um liquidificador de 360 W 
e um aquecedor elétrico de 600 W. Calcule o custo mensal (30 dias) devido a esses 
aparelhos, se o kWh valesse R$0,20. 
 
Exercício 9: Um fio metálico é percorrido por uma corrente elétrica constante, de modo 
que a cada minuto passam 75.1019 elétrons por uma seção reta do fio. Sabendo que a 
carga elementar é 1,6 . 10-19 C, calcule a intensidade dessa corrente. 
 
Exercício 10: Um fio condutor é percorrido por uma corrente de intensidade de 0,2 A 
(200 mA) durante 1 hora. Qual a quantidade de carga que passa por uma seção reta do 
condutor?