Unidade I - Princípios Básicos da Eletricidade

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Eletricidade
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof. Esp. Diego Bomfim Pedretti
Revisão Textual:
Prof. Esp. Claudio Pereira do Nascimento
Princípios Básicos da Eletricidade
• Carga Elétrica.
 · Conhecer e aplicar os conceitos básicos referentes às grandezas elétri-
cas e sua natureza, para iniciarmos os estudos em eletricidade servin-
do como base para as futuras disciplinas relacionadas à Engenharia.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Princípios Básicos da Eletricidade
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas:
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos 
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você 
também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão 
sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e 
de aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
Contextualização
A eletricidade é um fenômeno físico, onde o movimento das cargas elétricas e a 
energia que são mostradas, seja por expressões na área da física, efeitos luminosos, 
ou mesmo na área da mecânica ou térmica.
Embora seja abstrata na maioria de suas expressões, como por exemplo, nas 
descargas elétricas dos neurônios, no funcionamento do sistema nervoso do ser 
humano, a eletricidade pode ser vista no nosso dia a dia através de raios quando 
está se aproximando uma forte tempestade, quando ocorre um curto circuito em 
grandes linhas de transmissão de energia elétrica entre pequenas localidades, como 
por exemplo: linhas de transmissão das usinas hidrelétricas. 
A eletricidade é fundamental para o funcionamento de grandes maquinas em 
sistemas industriais complexos, no funcionamento dos transportes públicos nas 
grandes metrópoles, auxiliam no funcionamento de pequenos equipamentos ele-
trônicos em hospitais e até grandes sistemas de comunicações que por sua vez está 
sendo utilizado por esse computador que você está utilizando para ler este texto. 
A eletricidade está presente em tudo!
Bons estudos!
8
9
Carga Elétrica
Antes de iniciarmos os estudos sobre carga elétrica, vamos conhecer um pou-
co sobre a matéria e sua estrutura atômica. Toda e qualquer matéria que existe no 
universo é composta por partículas subatômica, denominadas: elétrons, prótons 
e nêutrons.
Essas partículas, quando combinadas em determinadas quantidades, são chama-
das de átomos.
“Todo átomo é, em princípio, eletricamente neutro, pois o número de 
prótons é igual ao número de elétrons, de modo que a carga total positiva 
anula a carga total negativa”. Cruz, C. A. Pg. 28 capitulo 2.3
Figura 1
Fonte: Adaptado de iStock/Getty Images
Os elétrons (-) são cargas eletricamente negativas que circulam na orbita de um 
átomo. Os prótons, cargas eletricamente positivas (+) estão localizados no núcleo 
de um átomo juntamente com os nêutrons, partículas sem cargas.
Os átomos, seja de qual for o elemento, quando estão com o mesmo número 
de elétrons e prótons, podemos dizer que são eletricamente neutros, ou estão em 
equilíbrio. Isto é possível devido as suas cargas (positivas e negativas) serem de um 
mesmo valor absoluto.
Prótons
Nêutrons
Elétrons
Figura 2 – 1 átomo de hélio com dois elétrons e dois prótons
Fonte: Adaptado de iStock/Getty Images
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UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
As órbitas dos átomos são constituídas por camadas, onde cada camada tem 
uma determinada quantidade de elétrons. Quando há uma forte energia sobre 
alguns materiais, como por exemplo, uma fonte de calor, luz ou eletricidade, os 
elétrons passam a adquirir energia e como consequência desse fenômeno, surge 
um deslocamento dos elétrons para um nível mais alto, se distanciando do núcleo, 
tornando o átomo instável. Nesse momento, os elétrons que estão sobre as 
camadas mais distantes do núcleo sofrem uma atração mínima, exercida pelas 
cargas positivas dos prótons no núcleo do átomo, estando livres para “saltar” de 
um átomo para outro.
Este link apresenta uma ilustração das camadas de um átomo e como são formadas as 
distribuições eletrônicas do átomo.
Disponível em: https://goo.gl/V4Wis5
Ex
pl
or
Ao realizar este “salto” (perda de elétrons na última camada de valência), as 
cargas positivas e negativas passam a não existir e um corpo terá grande número 
de elétrons, fazendo com que sua polaridade seja negativa.
Podemos então concluir que:
 · Cargas com polaridades iguais se repelem;
 · Cargas com polaridades diferentes se atraem. 
Figura 3
Fonte: iStock/Getty Images
A unidade de medida de uma carga elétrica elementar é definida em Coulomb 
(C) e é equivalente ao valor de: 
1,6 × 10−19C
Tanto para os prótons ou nêutrons será o mesmo valor de carga, pois a interação 
entre as cargas referente à atração ou repulsão contém a mesma intensidade e 
direção, mas são sempre em sentidos contrários pois nêutrons não tem carga.
10
11
Tensão elétrica
Toda carga elétrica possui ao seu redor um campo elétrico com certa intensidade. 
Ao se distanciar da carga, essa intensidade vai diminuindo aos poucos até perder 
total efeito elétrico.
Esse fenômeno é chamado de potencial elétrico e é caracterizado por sua 
intensidade emitida em cada ponto de determinada região em volta da carga. 
V V
V V
V
Figura 4
Fonte: iStock/Getty Images
O potencial elétrico é uma grandeza escalar, caracterizado apenas por sua intensidade.
Ex
pl
or
O potencial elétrico possui uma letra do alfabeto que representa sua unidade 
para fácil identificação nos estudos da eletricidade: a letra “V”. A letra V foi uma 
homenagem ao Físico Italiano Alessandro Volta (1745-1827) que descobriu 
através de experimentos realizados durante suas pesquisas um item que até hoje 
utilizamos: a pilha elétrica.
Lá conta a história sobre os trabalhos desenvolvido por Alessandro Volta no descobrimento 
de “órgão elétrico artifi cial”, nos dias de hoje é mais conhecido como pilha elétrica.
Acesse o link: https://goo.gl/VqhXFp
Ex
pl
or
Outras literaturas, normalmente, utilizam a letra “U” para identificar potencial 
elétrico, entretanto, iremos adotar a letra V para se adequar a unidade de 
medida Volts.
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UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
A intensidade do potencial elétrico é expressa matematicamente pela equação:
V
K Q
d
=
.
Em que:
V = Potencial elétrico em volts [V];
K = 9. 109 N.m2/C2 (no vácuo e ar);
Q = Carga elétrica, em Coulomb [C];
D = Distância em metros [m].
Q
Q
+
–
V
–V
d
+
–
Figura 5
Fonte: iStock/Getty Images
Para exemplificar melhor este conceito, vamos ver o exemplo a seguir:Exemplo – 1 (CRUZ, E. C. A. 2014, p.39) calcule o potencial elétrico em volts 
gerado por uma carga Q = 20nC, situada no vácuo com uma distância equivalente 
à 2 metros.
Solução:
Substituindo as constantes da equação do potencial elétrico definidas no enun-
ciado temos:
V
K Q
d
V
V
V V
�
�
�
�
�
�
�9 10 20 10
2
180
2
90
9 9. .
Nesse caso, a 2 metros de distância da carga de 20 nC, temos 90 volts.
12
13
Outro exemplo que podemos aplicar nesse mesmo enunciado é dobrando a 
distância para 4 metros:
V
V V
=
=
180
4
45
Com esse exemplo, podemos concluir que ao aumentar a distância, o potencial 
elétrico irá diminuir sua intensidade.
Para que haja um deslocamento de uma carga, é necessária uma diferença de 
potencial ou mais comumente chamada de tensão elétrica.
Assim:
Suponha que temos um elétron livre de carga q imerso em um campo elétrico 
a uma distância dA da carga Q. O elétron irá se mover na direção próximo à carga 
Q devido à força F, chamado de distância dB:
dB
+ –
B
Q
F E
q
dA
A
Figura 6
Fonte: iStock/Getty Images
Como a distância dA é maior que a distância dB (dA> dB), o potencial no ponto 
A será menor que no ponto B. Podemos concluir que o elétron se movimenta 
do menor para o maior potencial e sem a ddp (diferença de potencial) não há 
movimento de cargas elétricas em um condutor.
Corrente Elétrica
A eletrodinâmica, que faz o estudo das cargas em movimento nos ajuda a 
entender como as cargas se movem. Esse movimento é conhecido como corrente 
elétrica e sua simbologia é representada pela letra “I“ do alfabeto e sua unidade 
de medida é o Ampère, em homenagem ao Físico Francês Andre-Marie Ampère 
(1775-1836), que desenvolveu diversos trabalhos sobre a aplicação da matemática 
na física, além de vários experimentos no campo do eletromagnetismo.
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UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
Acesse o link https://goo.gl/9BTtzY, onde conta um pouco sobre a história de 
Andre-Marie Ampère.Ex
pl
or
Os elétrons são as cargas que se movimentam em um condutor metálico, efeito 
este que ocorre devido às suas cargas negativas livres que sofrem a ação da ddp ou 
tensão elétrica.
VB VA
VB VA
VB VA>
E
Corrente Elétrica
Figura 7
Fonte: iStock/Getty Images
É possível calcular a intensidade de corrente em um condutor através da variação 
da carga ΔQ, expressa em Coulomb, sobre a variação do tempo Δt:
I
Q
t
�
�
�
Para uso convencional, podemos afirmar que a corrente elétrica é o movimento 
das cargas positivas em direção do potencial maior para o menor, fazendo com que 
não seja necessário o uso constante do sinal negativo na corrente.
14
15
VB VA
VB VA
VB VA>
E
Corrente
Convencional
Figura 8
Fonte: iStock/Getty Images
Em um circuito elétrico, adotamos uma indicação para a corrente, saindo do 
potencial maior (polo positivo da bateria), indo para o potencial menor (polo 
negativo da bateria).
Potência e Energia Elétrica
Podemos definir potência como a velocidade com que se gasta uma certa 
quantidade de energia ou trabalho. A unidade de medida de potência elétrica é 
o WATT, em homenagem ao Engenheiro Escocês James Watt (1736 – 1819), 
criador da máquina a vapor, que contribuiu para o avanço mundial da revolução 
industrial na época.
Acesse o link: https://goo.gl/8d5BZ4. Que mostra a trajetória de James Watt até o desen-
volvimento da máquina a vapor.Ex
pl
or
1 Watt (W) = 1 Joule/segundo (j/s)
No campo da eletricidade, a potência elétrica é o resultado do produto da tensão 
e corrente fornecidas por um gerador de tensão ou um dispositivo que consome 
certa quantidade de potência.
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UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
Matematicamente temos:
P E I� �
Em que:
P = Potência gerada de uma fonte de tensão, em Watts;
E = Tensão do gerador;
I = Corrente elétrica.
Há também a expressão da potência que é consumida por um dispositivo:
P V I� �
Em que:
P = Potência consumida por um dispositivo em um circuito qualquer, em Watts;
V = Tensão de consumo de um dispositivo qualquer, conectado à um circuito, 
expresso em Volts;
I = Corrente elétrica.
Para obter o valor da potência em determinadas situações, aplica-se diretamente 
a substituição da lei de ohm em duas equações:
P V I
P V
V
R
P
V
R
� �
� � �
�
�
�
�
�
�
2
Ou, através de:
P V I
P I R I
P I R
� �
� �� � �
� �2
Concluímos que para calcular a potência, seja por um resistor ou dispositivo 
eletrônico, irá depender do tipo de informação fornecida.
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Para fixar as equações, vamos aos exemplos:
Exemplo – 02 Calcule a potência dissipada em um resistor de 10Ω, onde há 
uma corrente de 5 ampères.
Solução:
A potência pode ser calculada através da equação:
P I R� �2
Substituindo os valores presentes no enunciado do problema, temos:
P A
P W
� � � �
�
5 10
250
2 �
Exemplo – 03 Um aquecedor portátil, foi adquirido em uma loja de eletroeletrô-
nicos e em sua etiqueta de especificação técnica continha as seguintes informações:
 · Tensão de alimentação: 220 Volts;
 · Corrente elétrica: 10 Ampères.
Com base nas informações técnicas presente no equipamento, qual a potência 
do equipamento?
Solução:
P V I
P
P W
� �
� �
�
220 10
2200
Exemplo - 04 Um estudante de Engenharia Elétrica precisava realizar expe-
rimentos nas aulas de Eletricidade básica, no laboratório da Universidade. Nas 
caixas onde eram separados os componentes eletrônicos, continham informações 
técnicas de cada componente conforme datasheet do fabricante. O experimento 
necessitava de um resistor que suportaria ser ligado à uma tensão de 20 volts. Ao 
observar todas as caixas, o estudante percebeu que só havia resistores de 10Ω - 5 
Watts.
Com base nesses dados, o estudante poderá utilizar esses componentes em seu 
experimento?
Solução:
Sabemos que:
P
V
R
=
2
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UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
Substituindo os valores do enunciado, temos:
P
P W
=
=
20
10
40
2
Logo, conclui-se que a potência que irá ser dissipada sobre o resistor será maior 
que a especificada pelo fabricante.
Energia Elétrica
A energia elétrica está relacionada com o produto da potência (P) em watts, e 
com a sua variação de tempo Δt.
Assim, temos:
� � �P t�
Utilizamos a equação acima quando é necessário calcular a energia elétrica que 
é consumida por diversos equipamentos eletrônicos, lâmpadas leds, fluorescentes 
e até mesmo grandes aparelhos eletrônicos e máquinas elétricas.
A unidade de medida é o quilowatt x hora (Kwh).
Exemplo – 05 Em uma residência foi instalada uma lâmpada led com as seguin-
tes especificações técnicas:
 · Tensão: 127 Volts;
 · Potência: 9 watts.
Durante 30 dias, esta lâmpada permanece ligada pelo dono da residência, um 
período de 8 horas para iluminar a área externa da sua residência. Sabendo os 
dados técnicos da lâmpada e o tempo de utilização, qual o consumo de energia 
elétrica desta lâmpada?
Solução:
O tempo de utilização é:
�
�
t horas dias
t horas
� �
�
8 30
240
A energia consumida em 30 dias será:
�
�
�
� �
� �
�
P t
W horas
Kwh
�
9 240
2 16,
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Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Vídeos
APRENDA ELETRÔNICA: POR ONDE COMEÇAR? | Curso Eletrônica
https://youtu.be/AMlOiC6C8UE
AULA 2 DE ELETRICIDADE - Entre o Mais e o Menos
https://youtu.be/WpIGGtN5BTA
AULA 3 DE ELETRICIDADE - Os Três Mosqueteiros
https://youtu.be/O6XSH9IqtAA
Telecurso2000 - Aula 40/50 - Física - Corrente elétrica
https://youtu.be/jIWPw-120pU
 Leitura
Demonstração didática da interação entre correntes elétricas
Veja tambem, o artigo que conta um pouco sobre a “Demonstração didática da inte-
ração entre correntes elétricas”, em que explica didaticamente o experimento de Am-
père, mostrando didaticamente como correntes elétricas no mesmo sentido se atraem 
e opostas se repelem:
https://goo.gl/w6z1j9
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UNIDADE Princípios Básicos da Eletricidade
Referências
CRUZ, E. C. A. Eletricidade Básica: circuitos em corrente contínua. 1. ed. São 
Paulo: Erica, 2014.
BOYLESTAD, R. L. Introdução a Análisede Circuitos. 10. ed. São Paulo: Pear-
son Education do Brasil, 2004.
CAPUANO, F.G.; MARINO, M. A. M. Laboratório de Eletricidade e Eletrônica. 
24. ed. São Paulo: Erica, 2007.
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