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Corrente elétrica Alessandro Alves Condutor • Condutor elétrico é todo meio que permita a movimentação de cargas. Existem condutores metálicos, não metálicos e líquidos (soluções eletrolíticas), e não metálicos e gasosos • O movimento dos elétrons livres é desordenado. • O campo elétrico presente no fio ocasiona um • O campo elétrico presente no fio ocasiona um deslocamento dos elétrons livres em uma certa velocidade chamada velocidade de arraste. O campo elétrico propriamente se deslocará em velocidade muito superior, variando de 50 a 99% da velocidade da luz Dielétrico (isolante) Os dielétricos, também chamados de isolantes, são os materiais que fazem oposição à passagem da corrente elétrica. Nesses materiais os elétrons estão fortemente ligados ao núcleo dos átomos, ou seja, as substâncias dielétricas não possuem elétrons livres . Exemplos borracha, porcelana, vidro, plástico, madeira e muitos outros Caso especialCaso especial Um dielétrico é um isolante que, sob a atuação de um campo elétrico exterior acima do limite de sua rigidez dielétrica, permite o fluxo da corrente elétrica. Qualquer substância submetida a um campo elétrico muito alto pode se ionizar e tornar-se um condutor. Corrente elétrica • Denomina-se corrente elétrica o movimento ordenado de partículas portadoras de carga elétrica no interior de um condutor elétrico. - + • Para que exista a corrente elétrica, no entanto, é necessária a presença de uma diferença de potencial (ddp) ou tensão. E - + Corrente em uma solução iônica • Sentido da corrente elétrica: nos condutores eletrolíticos (solução NaCl em água, a corrente elétrica é constituída pelo movimento dos íons positivos (cátions) e dos íons negativos (ânions). ++ -- Sentido convencional da corrente •O sentido convencional da corrente elétrica é igual ao sentido do campo elétrico no interior do condutor. • deslocamento de cargas positivas (prótons) • sempre usar o sentido convencional Intensidade da corrente •É a quantidade de carga que passa pela secção transversal de um fio condutor por unidade de tempo A I = ∆Q ∆t Corrente Tempo C s •Seja ∆Q a quantidade de carga que passa pelo condutor, podemos definir: •Onde: ∆Q é a quantidade de carga elétrica (C) n é o número de elétrons e é a carga elementar do elétron (e = 1,6.10-19 C) ∆� = � . � Tempo Exercícios de fixação 1 Um fio metálico é percorrido por uma corrente elétrica contínua e constante. Sabe-se que uma carga elétrica de 32 C atravessa uma seção transversal do fio em 4,0 s. Sendo e= 1,6.10-19C a carga elétrica elementar, determine:elementar, determine: a) a intensidade de corrente elétrica; b) o número de elétrons que atravessa uma seção do condutor no intervalo de tempo indicado. Resolução A) B) Q = n.e n = Q/e n = 32/1,6 x10-19 I = ∆Q ∆t I = 32 4 I = 8A B) Q = n.e n = Q/e n = 32/1,6 x10 n= 20 x 10+19 elétrons Circuito simples • É aquele em que há apenas uma única corrente elétrica, ou seja, a corrente elétrica sai do gerador e percorre somente um caminho até voltar a ele. Podemos ver na figura abaixo que há uma pilha, uma lâmpada e uma chave metálica, ligada por fios condutores.condutores. Efeitos da corrente elétrica •Efeito químico: é quando algumas reações químicas são percorridas por correntes elétricas. É bastante comum nos processos de eletrodeposição, usado para revestir certos metais com uma camada de outro material (como prata, ouro, cromo, cobre e níquel), a fim de proteger essa peça metálica contra a corrosãofim de proteger essa peça metálica contra a corrosão •Efeito térmico (ou efeito joule): esse efeito ocorre quando uma corrente provoca o aquecimento dos condutores elétricos pelos quais ela percorre. Equivalente ao processo responsável por transformar a energia elétrica em térmica Efeitos da corrente elétrica •Efeito magnético: esse efeito se manifesta no momento em que surge um campo magnético próximo ao local em que se aplica a corrente elétrica. •Efeito fisiológico: acontece no momento em que a corrente elétrica passa através do organismo dos seres vivos. Ela, então, vai para o sistema nervoso e faz comvivos. Ela, então, vai para o sistema nervoso e faz com que o corpo tenha contrações musculares – o que, no popular, é o chamado “choque elétrico” Resistência Elétrica •Resistência elétrica é a capacidade de um corpo se opor à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de potencial aplicada. Seu cálculo é dado pela Primeira e Segunda Lei de Ohm, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é medida em ohmsohms • Resistência Resistência desprezível Resistor Leis de OHM • A primeira lei de Ohm estabelece que a razão entre a diferença de potencial e a corrente elétrica em um condutor é igual a resistência elétrica desse condutor. Vale salientar que a explicação foi desenvolvida tendo como base um condutor de resistência constante. É por isso que condutoresresistência constante. É por isso que condutores desse tipo são chamados de condutores ôhmicos. R =V / i (Ω) V =R . i (V) Leis de OHM •segunda lei de Ohm Quais fatores influenciam na resistência elétrica: De acordo com a segunda lei, a resistência depende da geometria do condutor (espessura e comprimento) e do material de que ele é feito. A resistência é diretamente proporcional aoA resistência é diretamente proporcional ao comprimento do condutor e inversamente proporcional a área de secção transversal (a espessura do condutor). Energia e Potência •Potência elétrica é definida como a rapidez com que um trabalho é realizado. Ou seja, é a medida do trabalho realizado por uma unidade de tempo. No caso dos equipamentos elétricos, a potência indica a quantidade de energia elétrica que foi transformada em outro tipo de energia por unidade de tempo.de energia por unidade de tempo. τAB ∆t P = VAB = T AB /q T AB =VAB .q ∆t P = VAB . q Corrente P =VAB . i (W) Energia e Potência • • Um quilowatt-hora representa a energia elétrica consumida por um aparelho de potência 1 kW durante 1 hora de funcionamento. E = P. ∆t wh 1 kW durante 1 hora de funcionamento. 1 kWh = 3,6 x 106 J. Efeito joule P = v2 / R P = R . i2 Exercício de fixação 1 Um resistor ôhmico, quando submetido a uma ddp de 40 V, é atravessado por uma corrente elétrica de intensidade 20 A. Quando a corrente que o atravessa for igual a 4 A, a ddp, em volts, nos seus terminais, será:será: a) 8 b) 12 c) 16 d) 20 e) 30 Resolução Inicialmente, encontra-se o valor da resistência: V i R = 40R = V = R. i V = 2. 4 40 20 R = R = 2Ω V = 8 A Exercício de fixação 2 Um resistor de resistividade ρ tem comprimento L e área de secção transversal igual a A. Qual será o valor da nova resistência desse resistor caso seu comprimento seja duplicado e sua área seja quadruplicada?quadruplicada? a) A nova resistência é o dobro da anterior. b) A nova resistência é quatro vezes menor que a anterior. c) A nova resistência é a metade da anterior. d) A nova resistência é oito vezes menor que a anterior. e) Não haverá mudança no valor da resistência. Resolução • A resistência é diretamente proporcional ao comprimento e inversamente proporcional à área de secção transversal. Sendo assim, a primeira resistência é igual a: • A segunda resistência, após as alterações de comprimento e área, é:e área, é: • A nova resistência (R') é a metade da primeira resistência oferecida pelo material (R). Exercícios de fixação 3 Antes de passar por um processo de amplificação do sinal, o fluxo de partículas β, geradas por decaimento radioativo e capturadas por um detector de partículas, está representado pelo gráfico a seguir. Sabendo-se que uma partícula β tem a mesma carga elétrica que um elétron, 1,6 . 10–19C, da análise desse gráfico, pode-se estimar que, para o intervalo de tempo considerado, a intensidade média de correntetempo considerado, a intensidade média de corrente elétrica no detector antes de sua amplificação, poderia serexpressa, em A, pelo valor: Resolução • A área do gráfico fornece nº de elétrons A 1 = (B+b)h 2 A 1 = (8+4).10 -3 .10.105 2 A 1 = 6.10 3 A 2 = B.h A 2 = 5x10 5 . 8x10-3 A 2 = 4.10 3 Nº = A t = 10.10 3 elétronsNº = A t = 10.10 3 elétrons I = ∆Q ∆t Q = n . e Q = 10.103 . 1,6.10 -19 Q = 10.103 . 1,6.10 -19 I = 10.103 . 1,6.10 -19 8x10-3 I = 2.10-13 A Exercícios de fixação 4 Em uma casa comum, existem 10 lâmpadas de 100W e 02 chuveiros de 5.000W. Os dois chuveiros são ligados em 220V, por 15 minutos, 3 vezes por dia, cada um. As lâmpadas são ligadas em 110V, por duas horas diárias, cada uma. Com base nesses dados, FAÇA o que se pede. A) DETERMINE a corrente elétrica em cadapede. A) DETERMINE a corrente elétrica em cada elemento. B) DETERMINE o gasto mensal de energia em kWh. Resolução • Corrente nas lâmpadas • Corrente nos chuveiros • Consumo de energia P = V . i 100 = 110 . i i = 0,91A P = V . i 5000 = 220 . i i = 22,7A E = P. ∆t• Consumo de energia • Chuveiro • Lâmpadas E = P. ∆t E = 10kw. 0,25.3.30 E =225kwh E = 10.100. 2. 30 E = 60kwh E = 285kwh Exercícios de fixação 5 Em um aparelho elétrico ligado corretamente lê-se a inscrição (480 W - 120 V). Sendo a carga elementar e = 1,6.10-19 C calcule o número de elétrons que passarão por uma seção transversal do aparelho em 1 s. i = ∆Q � � � do aparelho em 1 s. P = V . i i = ∆Q ∆t ∆� = � . � 480 = 120 . i i = 4 A 4 = ∆Q 1 ∆Q = 4C 4 = � . 1,6.10-19 � = 2,5.1019 elet Associação de Resistores • Associação de resistores Em vários sistemas, quando queremos alcançar um nível de resistência em que somente um resistor não é suficiente fazemos uma associação de resistência. • Qualquer associação de resistores será representado pelo Resistor Equivalente, que representa a resistência total dos resistores associados. Associação de Resistência em Série • Quando resistores são conectados de forma que a saída de um se conecte a entrada de outro e assim seguindo sucessivamente em uma única linha. R1 =10Ω R2 =20Ω Req =10 + 20 • O resistor equivalente é igual à soma de todos os resistores que compõem a associação. =30Ω Req =30Ω • Podemos notar que só existe um ponto em comum entre os resistores neste tipo de associação. Associação de Resistência em Paralelo • Quando a ligação entre resistores é feita de modo que o início de um resistor é ligado ao início de outro, e o terminal final do primeiro ao termina final do segundo. • Podemos notar que existe dois ponto em comum entre os resistores neste tipo de associação. Cálculo da Resistência Equivalente •Caso Geral 1 =20Ω 2 =30Ω 3 =12Ω 1 10 1 1 Req 1 = + + 20 30 12 1 5 Req 1 = 60 3 2 + + Req 1 = 60 10 Req = 6 Ω Cálculo da Resistência Equivalente •Caso particular 1 (de duas em duas) também conhecida como (Produto pela soma) •Caso particular 2 (Resistências iguais) Associação de Resistência Mista • Uma associação mista é composta quando associamos resistores em série e em paralelo no mesmo circuito. R = 60.30 • Na figura acima os resistores 60 Ω e 30 Ω estão em paralelo Req = 60.30 60 + 30 Req = 20 Ω Req =10+ 20 +5 Req = 35 Ω Exemplos de aplicação Determine a resistência equivalente total do circuito Req1 =R3 x R4 R3 + R4 Req3 =Req1 + R5 Req2 =R1 + R2 Exemplos de aplicação Req1 R5 Req3 =Req1 + R5 Req3 Req2 Req3 ReqT = Req3 x Req2 Req3 + Req2 Circuito Série - A corrente elétrica que passa em cada resistor da associação é sempre a mesma: i = i1 = i2 = i3 .. - A tensão no gerador elétrico é igual à soma de todas as tensões dos resistores: V = V1 + V2 + V3 .. - A equação que calcula a tensão em um ponto do circuito é: V = R . i , então teremos a equação final:circuito é: V = R . i , então teremos a equação final: Req . i = R1 . i1 + R2 . i2 + R3 . i3 ... Exemplos de aplicação • Calcule a resistência equivalente do circuito • A corrente e a tensão em cada resistência do circuito, sabendo que a tensão aplica na fonte é de 44V Req = R1 + R2 + R3 Req = 4 + 10 + 8Req = 4 + 10 + 8 Req = 22 Ω Calculo da corrente V =R . i 44 = 22 . i i = 2A Exemplos de aplicação Calculo da Tensão corrente elétrica que passa em cada resistor da associação é sempre a mesma: i = i1 = i2 = i3 .. V = 4 . 2V = R . i V1 = 4 . 2V1 = R . i V1 = 8V V2 = R . i V1 = 8 . 2 V1 = 16V V3 = R . i V3 = 10 . 2 V3 = 20V VT =8+16+20 VT = 44V Corrente elétrica Condutor Dielétrico (isolante) Corrente elétrica Corrente em uma solução iônica Sentido convencional da corrente Intensidade da corrente Exercícios de fixação Resolução Circuito simples Efeitos da corrente elétrica Efeitos da corrente elétrica Resistência Elétrica Leis de OHM Leis de OHM Energia e Potência Energia e Potência Exercício de fixação 1 Resolução Exercício de fixação 2 Resolução Exercícios de fixação 3 Resolução Exercícios de fixação 4 Resolução Exercícios de fixação 5 Associação de Resistores Associação de Resistência em Série Associação de Resistência em Paralelo Cálculo da Resistência Equivalente Cálculo da Resistência Equivalente Associação de Resistência Mista Exemplos de aplicação Exemplos de aplicação Circuito Série Exemplos de aplicação Exemplos de aplicação
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