Consulta - Eletricidade I-1º Tópico - Grandeza - Elétricas

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ELETRICIDADE I 
 
 
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Material de Consulta para o Aluno 
 
1º Tópico – Grandezas Elétricas 
 
1.1 – Estrutura da Matéria 
 
Todas as coisas existentes na natureza são constituídas de átomos ou suas 
combinações. 
 
Átomo 
Atualmente, sabemos que o átomo é a menor estrutura da matéria que apresenta as 
propriedades de um elemento químico. 
A estrutura do átomo é semelhante a do Sistema Solar, consistindo em um núcleo, onde 
fica concentrada a massa, como o Sol, e em partículas girando ao seu redor, 
denominadas elétrons, equivalentes aos planetas. 
Como o Sistema Solar, o átomo possui grandes espaços vazios, que podem ser 
atravessados por partículas menores do que ele. 
 
Estrutura do núcleo 
O núcleo do átomo é formado por partículas de carga positiva, chamadas prótons, e de 
partículas de mesmo tamanho, mas sem carga, denominadas nêutrons. 
 
O número de prótons ou número atômico identifica um elemento químico, comandando 
seu comportamento em relação aos outros elementos. 
 
O elemento químico natural mais simples, o hidrogênio, possui apenas um próton, 
contudo o número de nêutrons pode ser variável e sua quantidade irá definir diferentes 
isótopos, e um determinado elemento químico pode existir com diferentes números de 
nêutrons. Um exemplo disso é o caso do urânio, que na natureza aparece sob a forma de 
três isótopos, que são: 
Urânio-234, U-235 e 238. 
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Todos eles possuem 92 prótons e, respectivamente 142, 143 e l46 nêutrons. 
 
 
Figura 1 - Estrutura do átomo 
 
 
Condutores e Isolantes 
Condutores e isolantes são materiais elétricos que se comportam de maneiras opostas no 
que respeita à passagem de corrente elétrica. 
Enquanto os condutores permitem a movimentação dos elétrons, os isolantes dificultam 
essa movimentação, ou seja, a passagem da eletricidade. 
É o mesmo que dizer que os condutores conduzem as cargas, ou facilitam, a sua 
passagem e que os isolantes a isolam. Isso acontece em decorrência da estrutura 
atômica das substâncias, ou melhor, dos elétrons que os materiais apresentam na sua 
camada de valência. A camada de valência é aquela que fica mais distante do núcleo 
atômico. 
 
 
Figura 2 - Distribuição eletrônica do átomo 
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Condutores 
Nos materiais condutores, as cargas elétricas se movimentam com mais liberdade em 
função dos elétrons livres presentes na sua camada de valência. 
 
A ligação dos elétrons livres com o núcleo atômico é bastante fraca. Assim, esses 
elétrons têm tendência para serem doados, movimentam-se e espalham-se facilitando a 
passagem da eletricidade.São exemplos de condutores elétricos os metais em geral, tais 
como cobre, ferro, ouro e prata. 
 
Tipos de condutores 
 Sólidos - também chamados de condutores metálicos, caracterizam-se pelo 
movimento dos elétrons livres e pela forte tendência de doar elétrons; 
 Líquidos - também chamados de condutores eletrolíticos caracterizam-se pelo 
movimento de cargas positivas (cátions) e negativas (ânions). Essa movimentação, 
em sentidos opostos, cria a corrente elétrica; 
 Gasosos - também chamados de condutores de terceira classe, caracterizam-se 
pelo movimento de cátions e ânions. Mas, ao contrário dos condutores líquidos, a 
energia é produzida através do choque entre as cargas e não de forma isolada. 
 
 
Isolantes 
Nos materiais isolantes, também chamados de dielétricos, verifica-se a ausência ou 
pouca presença de elétrons livres. Isso faz com que os elétrons dos isolantes estejam 
fortemente ligados ao núcleo, o que inibe a sua movimentação. 
São exemplos de isolante elétricos: borracha, isopor, lã, madeira, papel, vácuo, plástico e 
vidro. 
 
Semicondutores 
Os materiais semicondutores são aqueles que podem se comportam como um condutor 
ou como um isolante mediante as condições físicas. 
Os exemplos mais comuns de semicondutores são silício e o germânio. 
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1.2 – Eletrostática 
 
O estudo da eletricidade originou-se de observações que, aparentemente, foram feitas 
pela primeira vez pelos gregos. Na realidade, é possível que outros povos tenham 
também observado esses fenômenos, mas os relatos mais antigos de que temos registro 
são dos gregos. Por essa razão, atribui-se a eles a primazia desse feito. 
 
A primeira observação foi feita com um material denominado âmbar. Semelhante ao 
plástico resulta do endurecimento da seiva de árvores de uma espécie extinta. Tales de 
Mileto, o primeiro filósofo do qual temos conhecimento, parece ter sido também o primeiro 
a chamar atenção para o fato de que o âmbar, após ser atritado com lã ou pelo de animal, 
adquire a propriedade de atrair objetos “leves”, como penas, fios de algodão, papel picado 
etc. 
 
Após algum tempo e alguns estudos sobre o âmbar, foi constatado que a eletricidade não 
era exatamente uma propriedade exclusiva do âmbar, mas tratava-se de um fenômeno 
generalizado e que podia ser observado em diversas substâncias. Hoje sabemos que 
estamos rodeados de uma série de fenômenos elétricos e de suas incontáveis aplicações 
práticas: rádio, transmissão via satélite, internet, chapinha, chuveiro elétrico etc. 
 
Em alguns momentos do nosso cotidiano, deparamo-nos com situações “pouco 
estranhas”, nas quais tomamos choques em maçanetas de portas, na tela da TV ou até 
mesmo quando encostamos-nos a outra pessoa. Esses pequenos choques ocorrem em 
razão da eletricidade estática que adquirimos diariamente. Essas cargas são adquiridas 
por alguns processos de eletrização conhecidos há séculos. São três os processos de 
eletrização: eletrização por atrito, eletrização por contato e eletrização por indução. 
 
Processos de eletrização 
 Eletrização por atrito: Como o próprio nome diz, atritando-se, ou melhor, 
colocando-se dois corpos constituídos de substâncias diferentes e, inicialmente, 
neutros em contato, um deles cede elétrons, enquanto o outro recebe. Ao final, os 
dois corpos estarão eletrizados e com cargas elétricas opostas. 
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 Eletrização por contato: Dizemos que a eletrização por contato é o processo em 
que um corpo eletrizado é colocado em contato com um corpo neutro. De 
preferência, devem ser usados dois corpos condutores de eletricidade. 
 
 Eletrização por indução: Dizemos que a indução eletrostática é o fenômeno de 
separação de cargas elétricas de sinais contrários em um mesmo corpo. Portanto, 
esse tipo de eletrização pode ocorrer apenas pela aproximação entre um corpo 
eletrizado e um corpo neutro, sem que entre eles aconteça qualquer tipo de 
contato. 
 
 
Figura 3 - Processos de eletrização 
 
Você já levou choque ao abrir a porta de um carro ou ao descer do veículo? 
 
Como citado anteriormente, algumas vezes, ao abrirmos a porta do carro, levamos um 
pequeno choque. Esse choque é proveniente do processo de eletrização por atrito, pois, 
ao se movimentarem, os automóveis e outros veículos eletrizam-se em virtude do atrito 
com o ar. Isso é mais notado em locais de clima seco. É muito comum um passageiro 
levar um choque quando o ônibus chega à parada: basta ele se encostar a qualquer uma 
das partes metálicas do veículo. Nesse caso, o passageiro faz o papel de fio terra. Muitas 
vezes, também, é possível levar um choque quando se desce de um automóvel. 
Geralmente, o veículo está eletrizado por atrito com o ar e, ao descer do carro, a pessoa 
estabelece um contato entre a carcaça metálica eletrizada do carro e a terra. Eis uma das 
causas de choque elétrico. 
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No entanto, existe outra razão para ocorrer o choque elétrico ao se descer de um carro: o 
passageiro, por ficar sentado no banco, causa atrito entre o tecido de sua roupa e o tecido 
do banco do veículo. Assim, a pessoa fica eletrizada e, ao descer do carro, carrega essas 
cargas elétricas espalhadas em seu corpo. Quando, então, toca em um metal (carro), este 
faz escoar as cargaspara a terra, ocasionando o choque elétrico. 
 
 
1.3 – Grandezas Elétricas Principais 
 
1.3.1 – Tensão Elétrica (E, U ou V) 
 
A Tensão Elétrica é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos, ou seja, ela é que 
faz com que a corrente elétrica circule através de um circuito elétrico. Isso quer dizer que 
a tensão é o movimento das cargas elétricas. 
 
A tensão é expressa na unidade de Volts (V) e quilovolt (kV) que são 1000 Volts, gigavolt 
(GV) que são 1.000.000 Volts ou 1.000 kV. Ela também pode ser expressa abaixo de 1 
Volt, como o milivolt (mV) que corresponde a 0,001 Volt, ou microvolt (µV) que 
corresponde a 0,000001 V. 
 
Exemplos 
1.2 kV = 1200 V 
1 mV = 0,001 V 
10 µV = 0,000010 V 
 
Exemplos de onde você encontra a tensão elétrica, nas tomadas de sua casa (127 ou 220 
Volts), denominada Tensão Alternada (VCA), pilha palito 1,5 Volts, bateria de seu carro 12 
Volts, etc., já são denominadas de Tensão Contínua (VDC). 
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1.3.2 – Corrente Elétrica (I) 
 
A Corrente Elétrica é o movimento direcionado de elétrons em um condutor ou circuito 
elétrico. Ou seja, é o fluxo de cargas elétricas. Quanto mais cargas passarem por um 
determinado ponto, maior será a intensidade da corrente. Podemos dizer que se a tensão 
é o movimento das cargas elétricas, a corrente é o efeito causado pelo movimento dessas 
cargas. 
 


qi
t 
 
Onde q é a carga que passa pela seção do condutor no intervalo de tempo Δt. A unidade 
SI da intensidade de corrente elétrica é o Coulomb/segundo, denominado Ampère (A). 
 
1 A = 1 C/s 
 
Sabemos que é normal a utilização de circuitos elétricos durante horas, e, por isso, utiliza-
se uma unidade prática de quantidade de eletricidade muito conveniente chamado 
AMPERE-HORA (Ah). 
 
Exemplos: 
Calcule a intensidade de corrente elétrica através de um condutor percorrido por uma 
carga de 10.000 C durante 20 minutos. 
 
 
10.000Ci 8,33A
1.200s
 
 
Qual o tempo máximo que uma bateria de 90 Ah é capaz de alimentar um aparelho de 
DVD que consome 15 A? 
 
       

q q 90Ahi t t 6h
t i 15A
 
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A corrente elétrica, também, pode ser expressa na unidade em quiloampère (kA) que são 
1.000 A. Ela, também, pode ser expressa em miliampère (mA) que corresponde a 0,001 
A, ou microampère (µA), que corresponde a 0,000001 A. 
 
Exemplos 
1000mA = 1 A 
1 mA = 0,001 A 
10 µA = 0,000010 A 
 
 
Existem vários tipos de corrente elétrica. A saber: 
 
 
1.3.2.1 – Corrente Alternada (CA ou AC) 
 
O fluxo de elétrons que inverte periodicamente de direção com o tempo. A Corrente 
Alternada não é polarizada, mas possuí fases e um fio neutro ou terra. Exemplo 
de Corrente Alternada é a rede elétrica de nossas residências, ela completa um ciclo, ou 
período, 60 vezes a cada segundo. Essa variação é denominada de frequência e 
utilizamos Hertz (Hz) como unidade de medida. A Corrente Alternada que recebemos em 
nossas casas tem uma forma de onda senoidal por ser a forma de transmissão de 
energia mais eficiente. 
 
 
Figura 4 - Corrente alternada 
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1.3.2.2 – Corrente Contínua (CC ou DC) 
 
É o fluxo ordenado de elétrons sempre numa direção, os circuitos CC (DC) possuem um 
polo negativo e outro positivo, ou seja, ele é polarizado. Exemplos de Corrente 
Continua são as geradas por baterias, pilhas, dínamos, células solares e fontes de 
alimentação de aparelhos eletrônicos como telefones celulares, tablets, câmeras 
fotográficas, computadores, etc. 
 
 
 
A corrente contínua, por convenção, tem o seu sentido do positivo para o negativo, mas 
na realidade é ao contrario. 
 
Figura 5 - Sentido da CC 
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1.3.3 – Resistência Elétrica (R) 
 
A resistência elétrica é a oposição à corrente elétrica, ela corresponde à relação entre a 
tensão e a corrente de um ampère sobre um elemento, exemplo, um fio condutor que 
tenha uma resistência elétrica de 1 ohm, terá uma queda de tensão de 1 volt a cada 1 
ampère de corrente que passar por ele. 
 
A resistência elétrica é expressa em Ohm e tem como símbolo a letra grega ômega (Ω). 
Ohm 1Ω , quilo-Ohm (kΩ), e megaOhms (MΩ). 
 
Exemplos 
1KΩ = 1000 Ω 
1MΩ = 1000000 Ω 
 
 
1.3.4 – Potência Elétrica (P) 
 
A potência elétrica é uma grandeza que mede o tempo instantâneo com que a energia 
elétrica é transformada em outra forma de energia, ou seja, ela depende tensão elétrica 
do circuito e da quantidade de corrente elétrica por segundo, que passam pelo condutor. 
Em um circuito elétrico a potência (P) é igual à tensão elétrica(V) multiplicada pela 
corrente elétrica (I), 
P = V x I 
 
Exemplo: 
Um chuveiro de 220 Volts Consome 40 Ampères, qual é a potência elétrica? 
220 x 40= 8800 W 
O chuveiro tem uma potencia elétrica de 8800 Watts. 
 
A potência elétrica é expressa em Watts 1W, quiilowatt (kW) que são 1.000 
watts, Megawatt (MW) que são 1.000 KW e Gigawatt (GW) que são 1.000 MW. Ela, 
também, pode ser expressa em miliwatt (mW), que corresponde a 0,001 W, microwatt 
(µW), que corresponde a 0,000001 W etc. 
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Exemplos 
1KW = 1000 W 
1MW = 1000000 W 
10 mW = 0,001 W 
 
 
1.4 – Instrumentos de Medição 
 
Os instrumentos de medidas elétricas são aparelhos utilizados para medir, como o próprio 
nome explica, as grandezas elétricas. Podem ser de campo ou de bancada, analógicos ou 
digitais, com diferentes graus de precisão, sendo os principais: 
 
 
1.4.1 – Voltímetro 
 
Instrumento utilizado para medida da tensão elétrica (voltagem), composto por duas 
ponteiras que devem ser ligadas em paralelo, pois medem a diferença de potencial entre 
dois pontos. Tem como característica uma impedância de entrada elevada. 
 
Os voltímetros podem ser; analógico e digital. 
 
Um voltímetro analógico básico consiste de um galvanômetro sensível (medidor de 
corrente) em série com uma alta resistência. A resistência interna de um voltímetro deve 
ser alta. Caso contrário, ele atrairá uma corrente significativa e, portanto, perturbará a 
operação do circuito sob teste. A sensibilidade do galvanômetro e o valor da resistência 
em série determinam a faixa de tensões que o medidor pode exibir. 
 
Figura 6 - Voltímetro analógico 
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Um voltímetro digital mostra a voltagem diretamente como números. Alguns desses 
medidores podem determinar valores de tensão para vários valores significativos. Os 
voltímetros laboratoriais práticos têm intervalos máximos de 1000 a 3000 volts (V). A 
maioria dos voltímetros fabricados comercialmente tem várias escalas, aumentando em 
potências de 10; por exemplo, 0-1 V, 0-10 V, 0-100 V e 0-1000 V. 
 
 
Figura 7 - Voltímetro digital 
 
 
Para medir uma tensão, utilizando o voltímetro, os seus terminais devem estar em 
paralelo com a carga a ser medida. 
 
 
Figura 8 - Como utilizar o voltímetro 
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1.4.2 – Amperímetro 
 
Instrumento utilizado para medida da corrente elétrica (amperagem), composto por duas 
ponteiras que devem ser ligadas em série fazendo com que a corrente passe por dentro 
do instrumento. Tem como característica uma impedância de entrada baixa. 
 
Da mesma forma que o voltímetro, o amperímetro pode ser analógico e digital. 
 
Para medir uma corrente, utilizando o amperímetro, os seus terminais devem estar em 
série com a carga a ser medida. 
 
 
Figura 9 - Como utilizar o amperímetro 
 
 
1.4.3 – Ohmímetro 
 
Instrumento utilizado para medir resistência elétrica (em ohms). Também dotado de duas 
ponteiras. Para fazer a medição é necessário que o componente seja parcialmente 
desligado do circuito e o instrumento não deve ser conectado a circuitos energizados. 
 
Figura 10 - Como utilizar o ohmímetro 
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O ohmímetro serve, também, para medir a continuidade de um condutor elétrico. 
 
Figura 11 - Medindo a continuidade de um condutor1.4.4 – Wattímetro 
 
Instrumento utilizado para medida da potência elétrica efetiva, composto por três ou 
quatro ponteiras que devem ser ligadas em série e em paralelo. As ponteiras que são 
ligadas em paralelo são responsáveis por medir a tensão na qual o equipamento está 
submetida, e as ponteiras em série, a corrente. 
 
Figura 12 - Utilizando um wattímetro 
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1.4.5 – Multímetro 
 
O Multímetro é um instrumento de medida multifuncional que reúne a função de 
voltímetro, ohmímetro e amperímetro. 
 
O seu nome técnico é VOM (Voltímetro/Ohmímetro/Miliamperímetro). 
 
 
Figura 13 - Multímetro analógico, digital 
 
Figura 14 - Alicate amperímetro