AULA2 - Eletricidade e Ond 2019 (Elaborado Prof Gabriel)

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Tópico 4 – Energia e potencial elétrico
• Quando há força eletrostática agindo entre as partículas de um
sistema podemos associar uma energia potencial elétrica U ao
sistema.
• Potencial Elétrico: é a divisão da energia potencial pela carga
em um ponto no espaço. 𝑽 =
𝑼
|𝒒|
• Se uma partícula carregada vai de um ponto inicial a um ponto
final com um potencial diferente (entre os dois pontos há uma
ddp ou diferença de potencial); ela adquire uma energia
cinética que é a variação de sua energia potencial:
∆𝑽 =
∆𝑼
|𝒒|
∆𝑽 ∙ |𝒒| =
𝒎𝒗𝒇
𝟐
𝟐
-
𝒎𝒗𝟎
𝟐
𝟐
Energia potencial
Carga
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Tópico 4 – Energia e potencial elétrico
• Quando há uma ddp entre dois pontos no espaço uma partícula
carregada adquire energia cinética e vai para o ponto de menor
potencial.
Exercícios
• 1. Uma partcula com carga eletrica q = +4,5pC e massa m =
1,0mg e abandonada no ponto A do campo eletrico uniforme
abaixo representado. Determine a velocidade escalar da
partcula ao passar por B.
• 2. A diferença de potencial elétrico entre pontos de descarga
durante uma determinada tempestade é de 1.2 x 109 V. Qual e o
modulo da variacão na energia potencial elétrica de um 1
elétron que se move entre estes pontos?
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Tópico 4 - Capacitância
• A capacitância ou capacidade elétrica é a grandeza escalar que
mede a capacidade de armazenamento de energia em
equipamentos e dispositivos elétricos.
• O dispositivo mais usual para armazenar carga é o capacitor.
• Capacitor de placas paralelas:
• Relacionando capacitância e dimensão do capacitor:
𝐂 =
|𝒒|
∆𝑽
Carga
ddp
Capacitância
𝐄 =
𝑽
𝒅
ddp
Distância entre as placas
Campo elétrico
𝑪 =
𝑨
𝟒𝝅𝑲𝒅
Área das placas paralelas
Capacitância 4
Tópico 4 - Capacitância
• 1. Um capacitor de placas paralelas possui placas quadradas de
lado 3 cm e a distância entre as placas é 3 mm. A carga
acumulada em cada placa possui módulo igual a 4 x 10-8 C. As
placas estão no vácuo. a) Qual o valor da capacitância? b) Qual
a ddp entre as placas? c) Qual é o módulo do campo elétrico
entre as placas?
• 2. Um capacitor de placas paralelas possui papel como
dielétrico entre as placas. Se as placas paralelas possuem área
igual a 20 cm² cada. Qual deve ser a espessura do papel para
que a capacitância seja 300 nF? Qual será a ddp entre as
placas?
Dados: Kpapel = 2,25 x 10
9 Nm²/C²
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Tópico 5 – Corrente Elétrica
• Corrente elétrica é o movimento ordenado de portadores de
carga. É causada por uma ddp.
• Para condutores sem dissipação a corrente elétrica é sempre
igual, e a soma das correntes inicial e final deve ser igual no
caso de um nó.
• Quando se aplica uma ddp em um material flui uma corrente
por ele que obedece a seguinte equação:
V
a
V
b
𝒊 =
|𝒒|
∆𝒕
Carga
Intervalo de tempo
Corrente elétrica
∆𝑽 = 𝑹𝒊 6
Tópico 5 – Resistência Elétrica e Resistores
• R = resistência elétrica daquele material, que depende do
componente que é feito aquele material e sua geometria:
• Resistores são dispositivos cuja função é converter energia
elétrica em energia térmica. Dependendo de sua potência é a
quantidade de energia dissipada naquele resistor.
• A potencia dissipada por um resistor pode ser calculada por:
P = potencia elétrica [P] = Watt (W)
• Sabendo qual é a potência do resistor é possível calcular qual é
a quantidade de energia que ele dissipa/dissipou em um
determinado intervalo de tempo:
𝑹 =
𝝆 𝒍
𝑨
Comprimento
Área da seção reta
Resistividade
𝑷 = 𝑹𝒊² 𝑷 =
∆𝑽
𝑹
𝑬 = 𝑷 ∙ ∆𝒕
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• Resistores estão ligados em série quando estão de uma maneira a
construir apenas um trajeto condutor.
-Em todos os resistores passa a
mesma corrente elétrica i.
-A ddp da fonte é igual a soma das
ddp’s aplicadas em cada resistor.
𝑹𝒆𝒒 = 𝑹𝟏 + 𝑹𝟐 + 𝑹𝟑 +⋯
• Resistores estão ligados em paralelo quando estão de uma maneira
a estar sujeitos a uma mesma ddp.
-A corrente total do circuito i é
igual a soma das correntes i
1
, i
2
,
i
3…
de cada resistor.
-Em todos os resistores é
aplicada a mesma ddp.
𝟏
𝑹𝒆𝒒
=
𝟏
𝑹𝒆𝒒
+
𝟏
𝑹𝒆𝒒
+
𝟏
𝑹𝒆𝒒
+⋯ 8
Tópico 5 – Exercícios
1. Numa secção reta de um condutor de eletricidade, passam 12 C
a cada minuto. Nesse condutor, qual a intensidade da corrente
elétrica, em amperes?
2. Um condutor é percorrido por uma corrente elétrica de
intensidade i = 0,800 A. Conhecida a carga elementar, e = 1,6 x
10-19 C, qual o número de elétrons que atravessa uma secção reta
desse condutor por segundo.
3. Um ferro elétrico automático tem a resistência de 15 Ω e está
ligado em uma rede 110V. Calcule: a corrente que flui pelo ferro; a
potência dissipada; a energia gasta se ele ficar ligado durante 30
minutos.
4. Uma lâmpada de potência 60 W quando ligada a 220 V. Se for
ligada a 110 V. Determine qual sera o valor da potência dissipada?
Ela emitirá mais ou menos luz?
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Tópico 5 – Exercícios
5. Um soldador elétrico de baixa potência de especificações 26 W
– 127 V está ligado a uma rede 127V. Calcule: a resistência
elétrica desse soldador; a intensidade de corrente que flui por ele.
6. Um cabo feito de liga de cobre possui área de secção transversal
correspondente a 10 mm2. Sabendo que a resistividade da liga de
cobre é de 2,1 x 10-2 Ω .mm2/m, determine a resistência para 5 m
desse fio.
7. Uma lâmpada incandescente (100W, 120V) tem um filamento
de tungstênio de comprimento igual 0,31 m e diâmetro 4,0.10-
2mm. A resistividade do tungstênio à temperatura ambiente é de
5,6.10-8Ωm. a) Qual a resistência do filamento?
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Tópico 5 – Exercícios
8. Três lâmpadas de R = 200 Ω. Estão em um circuito fechado em
uma rede de 110 V. Qual é a corrente total que passa pelo circuito
se elas estão: Em serie? Em paralelo?
9. Três lâmpadas, L1, L2 e L3, identificadas, respectivamente,
pela inscrições (2Ω - 12V), (4Ω - 12 V) e (6Ω - 12 V), foram
associadas em serie e em paralelo em um circuito com fonte de 12
V. Calcule a corrente que passa em cada lâmpada para os dois
casos. Qual dos casos as lâmpadas devem emitir mais luz?
Explique.
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Tópico 5 – Amperímetro e Voltímetro
O amperímetro é um aparelho que mede
a intensidade da corrente elétrica que
percorre um elemento do circuito elétrico.
Para que isso seja possível, é preciso que o
voltímetro seja colocado em série com
esse elemento.
O voltímetro é um aparelho que mede
a diferença de potencial (ddp) entre dois
pontos de um circuito elétrico. Para que
isso seja possível, é preciso que o
voltímetro seja colocado em paralelo ao
trecho ou ao elemento do circuito no qual
essa ddp será medida.