Aula 05 - Eletrodinâmica - Corrente Elétrica - Lei de Ohm

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Introdução a Eletrodinâmica
Corrente elétrica e sua intensidade
Ricardo Santos
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Corrente Elétrica e sua intensidade
Eletricidade é uma forma de energia, um fenômeno que é um resultado da existência de cargas elétricas. A teoria de eletricidade e seu inseparável efeito, Magnetismo, é provavelmente a mais precisa e completa de todas as teorias científicas. O conhecimento da eletricidade foi o impulso para a invenção de motores, geradores, telefones, rádio e televisão, raios-X, computadores e sistemas de energia nuclear. A eletricidade é uma necessidade para a civilização moderna.
http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/eletricidade/eletricidade-eletricidade.php#ixzz1vRT1wR4a
A eletrodinâmica estuda as correntes elétricas, suas causas e seus efeitos.
As correntes elétricas desempenham um papel fundamental em nosso cotidiano.
Imagem: Ujjwal Kumar / American and Dridal Fall of Niagara Falls on a full moon / Domínio Público
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Corrente Elétrica e sua intensidade
Corrente elétrica é o movimento ordenado de portadores de carga elétrica ao longo de um condutor, isto é, é o movimento que ocorre numa direção e num sentido definido. 
Os materiais existentes dividem-se em dois grandes grupos quanto à mobilidade dos portadores de carga elétrica: condutores e isolantes (1)
Condutores metálicos e grafite: materiais que apresentam elétrons livres, facilitando a mobilidade deles em seu interior. (animação 1)
Soluções eletrolíticas: são soluções que os portadores de carga elétrica são íons positivos e negativos.(animação 2)
Gases ionizados: os portadores de carga elétrica podem ser íons e elétrons livres.
CAUSA DA CORRENTE ELÉTRICA
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Estabelecida uma ddp (diferença de potencial) ou tensão elétrica entre os terminais do condutor ,obtemos ,então, um deslocamento de portadores de carga. 
No caso dos condutores sólidos, os elétrons livres se deslocarão do menor potencial para o maior potencial. 
leitura recomendada
(Anatomia de um fio)
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No caso das soluções eletrolíticas, os íons negativos se deslocarão do menor potencial para o maior potencial, enquanto que os íons positivos de deslocarão do maior para o menor potencial.
Observe a experiência realizada por alunos. Nela observamos algumas etapas que mostram algumas das propriedades de uma solução eletrolítica. Observe que a tensão utilizada é de 220V. Realizar essa experiência nessa tensão é muito perigoso!
Solução eletrolítica
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CONCLUSÃO
A corrente elétrica é causada por uma ddp (diferença de potencial elétrico) ou uma tensão elétrica nos terminais do condutor.
Podemos também explicar o surgimento da corrente elétrica através do conceito de campo elétrico. Quando o condutor tem suas extremidades ligadas a uma ddp, surge no interior do condutor um CAMPO ELÉTRICO orientado no sentido do menor potencial. Assim, uma FORÇA ELÉTRICA começa a atuar nos portadores de carga que passam a se deslocar, criando-se então a CORRENTE ELÉTRICA.
OBSERVAÇÃO
A corrente elétrica, nesses casos, é temporária. Após um intervalo de tempo, os potenciais das extremidades do condutor ficam iguais, não havendo mais ddp e nem campo elétrico.
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Para mantermos a corrente elétrica pelo tempo que for necessário devemos manter diferentes os potenciais das extremidades do condutor. Por exemplo, o elétron, que chega numa das extremidades do condutor é levado para outra extremidade mantendo assim a ddp entre elas. O dispositivo que “transporta o elétron” é chamado de GERADOR ELÉTRICO.
Imagem: Asim18 / Image of a pair of Energizer AA Bateries, 2008 / Creative Commons Attribution 3.0 Unported.
Imagem: Rmacker / A Panasonic 9-Volt Battery, 2008 / Domínio Público
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INTENSIDADE MÉDIA DA CORRENTE ELÉTRICA(im) 
É a relação entre carga total (valor absoluto) que atravessa uma superfície S da secção transversal do condutor, num intervalo de tempo. 
UNIDADE DA INTENSIDADE DE CORRENTE ELÉTRICA NO S.I. 
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A intensidade de corrente elétrica no S.I. tem unidade Coulomb/segundo(C/s). Em homenagem à ANDRÉ-MARIE AMPÈRE, o C/s foi então substituído por AMPÈRE(A).
	SUBMÚLTIPLOS
	NOME	SÍMBOLO	VALOR EM AMPÈRES(A)
	Miliampère	mA	10-3 
	Microampère	A	10-6 
	Nanoampère	nA	10-9
	Picoampère	pA	10-12
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SENTIDO DA CORRENTE ELÉTRICA 
Inicialmente, nos condutores sólidos, pensava-se que a corrente elétrica era consequência do movimento de cargas positivas. Dessa forma, o sentido da corrente seria do potencial maior(+) para o potencial menor(-). Esse sentido chamou-se de CONVENCIONAL. 
Sabemos então que o sentido REAL da corrente elétrica(elétrons) é do potencial menor(-) para o maior potencial(+), isto é, contrário ao sentido do campo elétrico estabelecido no interior do condutor.
O referencial adotado para o sentido da corrente elétrica nos condutores é o sentido CONVENCIONAL.
VA
VB
<< íon positivo << elétron livre
VA>VB
Sentido convencional da corrente elétrica >>
CONTINUIDADE DA CORRENTE ELÉTRICA 
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i1
i2
i3
i
i= i1+ i2 + i3
Genericamente:
i= i1+ i2 + ... + in
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TIPOS DE CORRENTE ELÉTRICA 
Quando o sentido permanece constante, mas a intensidade passa por variações, então ela será chamada de CORRENTE CONTÍNUA PULSANTE.
Quando a intensidade da corrente elétrica e o sentido do deslocamento permanecem constantes, chamamos essa corrente de CORRENTE CONTÍNUA CONSTANTE. Essa corrente é gerada por pilhas e baterias. 
i
t
i(A)
T (s)
t1
t2
I
Fig. 5 – Gráfico da corrente contínua pulsante
Quando o sentido da corrente alterna e a intensidade varia entre um máximo e um mínimo, então ela será chamada de CORRENTE ALTERNADA (AC). 
É gerada pelas hidroelétricas.
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Propriedade importante!
No gráfico i x t, o cálculo da área da figura sob a linha do gráfico é numericamente igual ao módulo da carga elétrica que atravessa uma secção transversal do condutor num certo intervalo de tempo.
Lista de exercícios
Imagem: Omegatron / GNU Free Documentation License, Versão 1.2
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EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA
EFEITO TÉRMICO – EFEITO JOULE
Quando os elétrons livres são acelerados no interior dos condutores, eles colidem com os átomos do material. Essas colisões transferem energia fazendo com que esses átomos aumentem sua VIBRAÇÃO. Essa situação, macroscopicamente é evidenciada pelo aumento da temperatura do condutor gerando o CALOR. Esse efeito também é conhecido por EFEITO JOULE.
	CHUVEIROS ELÉTRICOS
	FERROS ELÉTRICOS
	FUSÍVEIS
	SECADOR DE CABELO
	CHAPINHA
	LÂMPADA INCANDESCENTE
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EFEITO QUÍMICO
Quando uma corrente elétrica atravessa uma solução de ácido sulfúrico, por exemplo, observamos a formação dos gases oxigênio e hidrogênio no cátodo e ânodo. A corrente produz uma ação nos elementos da substância.
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EFEITO MAGNÉTICO
Quando a corrente elétrica percorre um condutor, ela produz em torno desse condutor um campo magnético.
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EFEITO LUMINOSO
O efeito luminoso é uma consequência do efeito Joule. Após o condutor ser aquecido, ele então emite ondas eletromagnéticas dentro do espectro da luz visível.
Imagem: KMJ / Eletric Bulb from Neolux / GNUFree Documentation License
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EFEITO FISIOLÓGICO
Por que ocorre o choque?
A corrente elétrica, quando percorre o corpo humano, interfere junto às correntes internas carregadas pelos nervos, dando-nos a sensação de formigamento.
Para que o choque ocorra, deve haver uma diferença de potencial entre dois pontos distintos do corpo humano, ou seja, quanto maior for a diferença de potencial, maior será a corrente elétrica, como consequência, o choque também será maior. Geralmente, um desses pontos são os pés, que estão em contato com o solo, e o outro ponto é o que de fato entra em contato com algum aparelho elétrico ou fio elétrico.
O valor da corrente elétrica, ou melhor, a intensidade, depende de alguns fatores relevantes, como a voltagem e a resistência elétrica do caminho percorrido pela corrente elétrica no corpo. A resistência do corpo humano sofre variação de uma pessoa para outra e também depende das condições da pele de cada um. Quando o corpo humano está molhado, sua resistência é bem menor do que quando está seco. Molhado, a resistência cai, e a corrente que passa pelo corpo humano pode ser bastante alta, mesmo para uma tensão pequena.
Devemos perceber que os danos que são causados pelos choques são mais relacionados com a corrente elétrica do que com a voltagem. Podem ocorrer choques que levam a óbito mesmo com uma voltagem de apenas 20 V.
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Danos causados ao corpo humano
Quando uma corrente elétrica passa pelo corpo humano, estamos aptos a sentir os seguintes efeitos: pequeno formigamento, dores, espasmos musculares, contrações musculares, alteração nos batimentos cardíacos, parada respiratória, queimaduras e morte. Os danos são provenientes do fato de o movimento dos músculos e as transmissões de sinais nervosos ocorrerem pela passagem de pequenas correntes elétricas.
Temos que lembrar que outro fator que pode causar danos ao corpo humano é o trajeto que a corrente faz. O fato de ela passar pelo coração, que é um músculo, causa os espasmos que alteram o ritmo cardíaco, deixando-o irregular. Os choques mais perigosos ocorrem quando uma pessoa segura com as duas mãos o fio elétrico, pois o caminho a ser percorrido pela corrente elétrica fica mais próximo do coração.
Imagem: Queimadura / Adam Gould / Domínio Público
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Corrente Elétrica e sua intensidade
Valores aproximados de corrente e os danos que causam:
1 mA a 10 mA – apenas formigamento;
10 mA a 20 mA – dor e forte formigamento;
20 mA a 100 mA – convulsões e parada respiratória;
100 mA a 200 mA – fibrilação;
acima de 200 mA – queimaduras e parada cardíaca.
Por Domiciano Marques
Fonte: http://www.brasilescola.com/fisica/choques-eletricos.htm
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Corrente Elétrica e sua intensidade
DICAS PARA FICAR LIGADO!
Confira abaixo uma série de dicas para evitar acidentes domésticos relacionados à eletricidade. 
 Nunca insira objetos metálicos dentro de TVs ou computadores, pois estes aparelhos armazenam energia mesmo fora da tomada.
 Nunca retire o plugue de aterramento, pois ele evita que oscilações de energia afetem seus aparelhos eletrônicos. 
 Evite mudar a chave do chuveiro para verão/inverno se ele estiver ligado. Sempre o desligue para evitar acidentes.
 Se algum aparelho está dando choques, chame um eletricista para fazer uma vistoria. 
 Se precisar realizar um reparo em algum equipamento, sempre o desligue da tomada antes de abri-lo ou inserir alguma ferramenta em seu interior.
Com alguns cuidados básicos, você evita acidentes e também se previne dos prejuízos. E você? Já tomou algum choque?
fonte: http://www.tecmundo.com.br/2564-evitando-acidentes-eletricos.htm#ixzz1voNyemRs
ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES
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FÍSICA, 3ª Série do Ensino Médio
Associação de Resistores
 APRESENTAÇÃO 	
	Estudaremos neste tópico, os resistores, elementos de circuito, cuja função exclusiva é efetuar a conversão de energia elétrica em energia térmica. Faremos, ainda, análises das diferentes maneiras de associá-los, bem como as aplicações do efeito Joule. (1) 
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Alguns nomes importantes na Eletrodinâmica:
George Simon Ohm;
Gustav Kirchhoff;
Thomas Alva Edison;
Luigi Galvani;
Alessandro Volta;
André-Marie Ampère.
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Você sabe como?
		Ligar uma lâmpada de tensão 110V em uma rede de 220V sem que ela queime?
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RESISTOR
 
	É todo elemento de circuito, cuja função exclusiva é efetuar a conversão de energia elétrica em energia térmica. (2) O fenômeno da transformação de energia elétrica em energia térmica é denominado efeito térmico ou efeito Joule.
 
• Símbolo do resistor:
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Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
LEI DE OHM
		A lei de Ohm estabelece a lei de dependência entre a causa (a ddp U) e o efeito (intensidade de corrente elétrica i ) para um resistor:
 
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Associação de Resistores
OHM, Georg Simon (1787-1854), físico alemão. É conhecido pelos trabalhos sobre corrente elétrica, expostos em sua Teoria Matemática dos Circuitos Elétricos (1827), em que apresentou a noção de resistência elétrica e a lei que leva o seu nome. 
U = Ri
RESISTOR ÔHMICO
 
	É o resistor que obedece à Lei de Ohm, isto é, U é diretamente proporcional a i (ou seja, R é constante para um dado resistor, mantido à temperatura constante).
	Curva característica de um resistor ôhmico:
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POTÊNCIA ELÉTRICA DISSIPADA POR UM RESISTOR
	
	Um resistor transforma toda a energia elétrica recebida de um circuito em energia térmica; daí ser usual dizer que um resistor dissipa a energia elétrica que recebe de um circuito. Assim, a potência consumida por um resistor é dissipada. 
RESISTIVIDADE
 
	A experiência mostra que a resistência elétrica de um resistor depende do material que o constitui, de suas dimensões e de sua temperatura.
	A resistência R de um resistor em forma de fio, de comprimento L e a área de seção transversal A, é dada por:
Onde, ρ é a resistividade do material.
 
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Variação da resistividade e da resistência com a temperatura:
em que: α é o coeficiente de temperatura.
APLICAÇÕES DO EFEITO JOULE
	O efeito Joule, embora seja um inconveniente nas máquinas elétricas e nas linhas de transmissão, por representar perda de energia elétrica, tem grande utilidade em aquecedores elétricos em geral: ferro elétrico, chuveiro elétrico, fusíveis e lâmpadas incandescentes. 
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Reostatos
 
	São resistores cuja resistência elétrica pode ser variada.
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Fusíveis
	São dispositivos cuja finalidade é assegurar proteção aos circuitos elétricos. Sendo constituídos essencialmente de condutores de baixo ponto de fusão, como chumbo e estanho, que, ao serem atravessados por corrente elétrica de intensidade maior do que um determinado valor, se fundem. 
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Os fusíveis devem ser colocados em série com os aparelhos de um circuito. Abaixo temos alguns tipos:
fusível de rosca; 
fusível de cartucho;
representação de fusível em circuito. 
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Vocêsabe por quê?
 
 É comum ouvir-se falar, em noticiários, que esse ou aquele incêndio foi provocado por um curto-circuito. Considerando que o curto-circuito não causa danos ao aparelho em que ocorre, por que ele pode ser acusado de causador de incêndios? 
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Associação de Resistores
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Curto-circuito
	Provoca-se um curto-circuito entre dois pontos de um circuito, quando esses pontos são ligados por um condutor de resistência elétrica desprezível.
Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
VOCÊ SABIA?
	Modernamente, nos circuitos elétricos de residências, edifícios e indústrias, em vez de fusíveis utilizam-se dispositivos que têm base no efeito magnético da corrente elétrica e são denominados disjuntores. 
	Mas, afinal de contas, o que são disjuntores? 
	
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(2)
	
	Disjuntor é uma chave magnética que se desliga automaticamente, quando a intensidade da corrente elétrica ultrapassa o valor limite do dispositivo.
	
	A sua função é proteger o circuito elétrico no qual está inserido.
	
	
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RESISTOR EQUIVALENTE
 
	Inúmeras vezes tem-se necessidade de um valor de resistência diferente dos valores fornecidos pelos resistores de que dispomos; outras vezes, deve atravessar um resistor corrente maior do que aquela que ele normalmente suporta e que o danificaria. Nesses casos, deve-se utilizar uma associação de resistores. 
	Em qualquer associação de resistores, denomina-se resistor equivalente o resistor que faria o mesmo que a associação.(3)
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ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES
 
	Os resistores podem ser associados basicamente de duas formas: série e paralelo.
GRAMÁTICA DA FÍSICA !
De acordo com o dicionário Aurélio da Língua Portuguesa, associação significa combinação ou união.
 
 
 
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Associação em série
 
	Vários resistores estão associados em série, quando são ligados um em seguida do outro. 	
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Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Na associação em série...
• Todos os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica.
• As potências elétricas dissipadas são diretamente proporcionais às respectivas resistências(1).
 
	
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• A resistência equivalente é igual à soma das resistências associadas:
• A ddp total é a soma das ddps parciais:
 
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Associação de Resistores
1
2
3
1
2
3
Associação em paralelo
		Vários resistores estão associados em paralelo, quando são ligados pelos terminais.
 
 
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Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
• Todos os resistores estão submetidos à mesma ddp.
• A intensidade de corrente total é igual à soma das intensidades de correntes nos resistores associados:
• O inverso da resistência equivalente é igual à soma dos inversos das resistências associadas:
 
 
• As potências elétricas dissipadas são inversamente proporcionais às respectivas resistências.(3)
 
	
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Está na hora de praticar o que aprendemos!
01. A figura abaixo ilustra uma situação que trata da realidade de milhares de brasileiras. Tendo em vista a instalação dos eletrodomésticos presentes na situação, de que forma eles estão instalados? Em série ou paralelo? Justifique sua resposta.
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Imagem: Woman Irons daughters dress / National Archive 
 and Records Administration / Public Domain
02. Considere duas situações. Na situação A, uma lâmpada é conectada a uma bateria, que fornece uma ddp constante, e, na situação B, duas lâmpadas iguais são conectadas em série à mesma bateria. Comparando-se as duas situações, na situação B, a bateria provê:
 a) a mesma luminosidade.
b) maior intensidade de corrente.
c) menor intensidade de corrente.
d) maior luminosidade.
e) menor tensão. 
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Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
(4)
03. Duas lâmpadas incandescentes, cuja tensão nominal é de 110V, sendo uma de 20W e a outra de 100W, são ligadas em série em uma fonte de 220V. Conclui-se que: 
 a) as duas lâmpadas acenderão com brilho normal.
b) a lâmpada de 20W apresentará um brilho acima do normal e logo queimar-se-á.
c) a lâmpada de 100W fornecerá um brilho mais intenso do que a de 20W.
d) a lâmpada de 100W apresentará um brilho acima do normal e logo se queimará.
e) nenhuma das lâmpadas acenderá. 
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(4)
04. Um fio A tem resistência elétrica igual a duas vezes a resistência elétrica de um outro fio B. Sabe-se que o fio A tem o dobro do comprimento do fio B e sua seção transversal tem raio igual à metade do raio da seção transversal do fio B. A relação entre a resistividade do material do fio A e a resistividade do material do fio B é: 
0,25. 
0,50. 
0,75. 
1,25. 
1,50.
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(5)
05. Quando se submete o sistema representado na figura, há uma diferença de potencial elétrico de 14V entre os pontos A e B. O resistor que dissipa maior potência é o de:
 
 
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Imagem: SEE-PE, redesenhado a partir de imagem de Autor Desconhecido.
Sugestão de leitura:
Eletricidade e eletrodomésticos, de Santiago Pey Estrane (São Paulo, Hemus Editora, 2004)
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