Eletricidade

Profa. Ana Barros

Curso Eletricista -Montador

Janeiro 2009

Plano de Curso

1) Carga Elétrica

1.1 Propriedades

1.2 Estrutura atômica

2) Isolantes e condutores

3) Processos de Eletrização

3.1 Eletrização por contato

3.2 Eletrização por indução

4) Corrente Elétrica

4.1 Conceito de corrente elétrica

4.2 Sentido convencional da corrente

4.3 Intensidade de corrente elétrica

4.4 Efeitos da corrente elétrica

4.4.1 Efeito térmico

4.4.2 Efeito químico

4.4.3 Efeito magnético

4.4.4 Efeito luminoso

4.4.5 Efeito fisiológico

5) Potencial Elétrico

5.1 Noção qualitativa

5.2 Aterramento

6) Resistência Elétrica

6.1 Definição

6.2 Resistores ôhmicos e não-ôhmicos

6.3 Resistividade

6.4 Associação de resistores

6.4.1 Série

6.4.2 Paralelo

6.4.3 Mista

7) 1ª Lei de Kirchohoff 2ª Lei de Kirchhoff 8) Potência Elétrica

8.4)- Energia 9) Corrente Alternada

9.1 Fase de uma corrente alternada

9.1.1 Circuito resistivo puro

9.1.2 Circuito indutivo puro

9.1.3 Circuito capacitivo puro

9.1.4 Circuito arbitrário

9.2 Valor médio e valor eficaz

9.3 Potência aparente, ativa, reativa

10) Magnetismo

10.1 Linhas de força magnéticas

10.2 Magnetização

10.3 Campo magnético gerado por uma corrente elétrica

11) Indução Eletromagnética

11.1 Sentido da corrente induzida

11.2 Gerador de corrente alternada

1 – CARGA ELÉTRICA

1.1 - Propriedades

Experiência 1: friccionar um bastão de vidro com um

pedaço de seda. Adquirem uma nova propriedade →

eletricidade

a) Bastão de vidro eletrizado próximo a uma pequena

bola de cortiça pendurada por um fio → bastão atrai a

bola.

1 – CARGA ELÉTRICA

1.1 - Propriedades

Experiência 1: friccionar um bastão de vidro com um

pedaço de seda. Adquirem uma nova propriedade →

eletricidade

b) Bastão de âmbar eletrizado próximo a uma

pequena bola de cortiça pendurada por um fio →

bastão atrai a bola.

1 – CARGA ELÉTRICA

1.1 - Propriedades

Experiência 1: friccionar um bastão de vidro com um

pedaço de seda. Adquirem uma nova propriedade →

eletricidade

c) Com ambos os bastões → uma atração menor ou

mesmo nenhuma. Possuem efeitos opostos → dois

tipos de estados eletrizados. (+) e (-)

Experiência 2: tocar duas bolas de cortiça com um

bastão de vidro eletrizado (a) e com um de âmbar

eletrizado (b). Uma com o de vidro e outra com o de

âmbar (c).

• Dois corpos com a mesma espécie de eletrização

(ambos + ou -) repelem-se. Se tem tipos diferentes de

eletrização (um + e outro -), atraem-se.

• Caracterizar o estado de eletrização de um corpo

definindo carga elétrica (q). (+) ou (-).

•A carga total de um corpo é a soma

algébrica de suas cargas (+) e (-).

• Corpo com quantidade de (+) = (-)

→ eletricamente neutro.

•A carga total não varia para qualquer processo que se

realiza dentro de uma sistema isolado. Princípio de

conservação da carga elétrica.

Próton: carga

elétrica positiva

Elétron: carga

elétrica negativa

Nêutron: carga

elétrica zero

1.2 - Estrutura atômica

• R. Millikan → a carga elétrica sempre ocorre como

um múltiplo inteiro de uma unidade fundamental de

carga , e. A carga q é quantizada, isto é, q = n e, onde n é um número inteiro. (e = 1,6 × 10-19 C)

• Lei de Coulomb: a interação eletrostática entre duas

partículas carregadas é proporcional às suas cargas e

ao inverso do quadrado da distância entre elas, e tem a

direção da reta que une as duas cargas.

2

21

d

qqkF

• Devido às cargas elétricas e outras grandezas da eletricidade e do magnetismo serem

representadas por números muito pequenos ou muito grandes é importante utilizarmos a

tabela de múltiplos e submúltiplos:

2

21

d

qqkF

2 – ISOLANTES E CONDUTORES

• Condutores: são materiais nos quais as cargas

elétricas podem se movimentar livremente. Quando

estes materiais são carregados, numa pequena região, a

carga se distribui com facilidade sobre toda a

superfície do condutor. Ex: cobre, alumínio, prata, etc.

• Isolantes (dielétricos): são materiais que não

transportam, com facilidade, carga elétrica. Quando

estes materiais são carregados por atrito, somente a

área de contato fica com carga elétrica, e essa carga

não se desloca para outras regiões do material. Ex: vidro,

borracha, madeira seca, etc

•Semicondutores: as suas propriedades elétricas

ficam, um tanto, entre as dos isolantes e as dos

condutores.

Ex: sílicio, germânio, etc

• Supercondutores: não oferecem resistência ao

movimento da carga elétrica através deles.

• Supercondutividade é uma propriedade física. De característica

intrínseca de certos materiais que quando se esfriam a temperaturas

extremamente baixas, conduzem corrente sem resistência nem

perdas, funcionando também como um diamagneto perfeito abaixo

de uma temperatura crítica.

Esta propriedade foi descoberta em 1911 pelo físico Irlandês Heike

Kamerlingh Onnes, quando observou que a resistência elétrica do

mercúrio desaparecia quando resfriado a 4K (-452°F, -269.15°C).

Princípios da eletrostática

"Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários

se atraem."

"Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas elétricas é

constante."

Corpo neutro -> Nº prótons = Nº elétrons

Corpo positivo -> O corpo perdeu elétrons

Corpo negativo -> O corpo ganhou elétrons

RESUMO:

3 – PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO

3.1 – Eletrização por contato

• Colocando-se, em contato, dois condutores, um

eletrizado (A) e outro neutro (B), este se eletriza com

carga de mesmo sinal que A.

A positivo e B

neutro estão

Isolados.

Colocados em

contato, elétrons

livres vão de B

para A.

A e B

eletrizados

positivamente.

A negativo e B

neutro isolados.

Colocados

em contato,

elétrons vão

de A para B.

A e B

eletrizados

negativamente.

• Nos isolantes, temos um processo muito semelhante

ao da indução nos condutores. Polarização.

Eletrização por contato entre condutores de mesmas

dimensões.

3.2 Eletrização Por Indução

Indução eletrostática

Corpo A: indutor

Corpo B: induzido (sofre o processo de separação das

cargas)

• Afastando-se o indutor, o induzido volta à situação inicial.

Como eletrizar B?

Liga-se o induzido à Terra

Na presença do indutor,

desfaz-se a ligação do

induzido com a Terra.

Afasta-se o indutor. Os elétrons em

excesso no induzido espalham-se pelo

mesmo.

B eletriza-se negativamente.

• Na eletrização por indução, o induzido eletriza-se

com carga de sinal contrário à do indutor.

Considerando o indutor negativo.

B neutro e

isolado. Aproximando A de B ocorre

a indução.

Ligando B à

Terra, elétrons

de B escoam

para a Terra.

A ligação de B com a Terra

é desfeita.

A é afastado e

B se eletriza

positivamente.

Baseado no fenômeno da indução eletrostática

explica-se porque ao aproximarmos um corpo

eletrizado de um condutor neutro ocorre atração.

Condutor B

neutro suspenso

por um fio

isolante

As cargas (+) de A atraem as

(-) e repelem as (+) de B. A

força de atração tem

intensidade maior que a de

repulsão.

O efeito resultante é a atração

• Quando entre um corpo eletrizado A e um

condutor B ocorre atração, B poderá estar

eletrizado com carga de sinal oposto ao de A ou

poderá estar neutro.

• Ligação com a Terra:

"Ao se ligar um condutor eletrizado à Terra, ele se descarrega."

Exercícios

1 – Dispõe-se de três esferas metálicas idênticas e

isoladas uma da outra. Duas delas A e B, estão

eletrizadas com cargas iguais a Q e a terceira C está

neutra. Coloca-se, em contacto, C com A e, a

seguir, C com B. Determine, nestas condições, a

carga elétrica de C. (3Q/4)

2 – O fenômeno da indução eletrostática consiste:

a) Na passagem de cargas do indutor para o induzido.

b) Na passagem de cargas do induzido para o indutor.

c) Na passagem de cargas do indutor para o induzido,

se o primeiro estiver negativamente eletrizado.

d) na separação de cargas no induzido, devido à

presença do indutor eletrizado.

3 – Assinale a proposição correta:

a) Se um corpo A, eletrizado positivamente, atrai um

outro corpo B, concluímos que este está carregado

negativamente.

b) Um corpo neutro pode ser atraído por um corpo

eletrizado.

c) Um corpo carregado não pode atrair ou repelir um

corpo neutro.

d) somente os corpos carregados positivamente é que

podem atrair corpos neutros.

4 – Se aproximarmos um condutor eletrizado

negativamente de um condutor neutro, sem que haja

contato:

a) O condutor neutro fica com carga total negativa e é repelido pelo

eletrizado.

b) O neutro continua com carga total nula, mas não é atraído nem

repelido pelo eletrizado.

c) O neutro continua com carga total nula, mas é atraído pelo

eletrizado.

d) o neutro fica com carga positiva e é atraído pelo eletrizado.

Lei de Coulomb

“As cargas elétricas exercem forças entre si. Essas forças

obedecem ao princípio da ação e reação, ou seja, têm a

mesma intensidade, a mesma direção e sentidos opostos”

F= força de interação entre as cargas (N)

Q = carga (C)

d = distância entre as cargas (m)

K = constante eletrostática (N.m2/C2)

Kvácuo = 9.109 N.m2/C2

Exercícios:

1) A intensidade da força elétrica entre duas cargas

elétricas puntiformes iguais, situada no vácuo a

uma distância de 2 m uma da outra, é de 202, 5 N.

Qual o valor das cargas.

2) Duas cargas puntiformes, Q1= 5mC e Q2 = -4m C, no

vácuo, estão separadas por uma distância de 30 cm.

Determine a força elétrica entre elas.

3) Duas cargas elétricas puntiformes Q1 =2m C e

Q2 =8m C são fixadas nos pontos A e B, distantes entre si

0,4 m, no vácuo. Determinar a intensidade da força elétrica

resultante sobre uma carga Q3 = -3m C, colocada a 0,1m de

B, sobre a reta AB. Considere K = 9x109N.m2/C2

4) Uma pequena esfera recebe uma carga de 40 m C, e

outra esfera de diâmetro igual, localizada a 20 cm de

distancia , recebe uma carga de -10m C.

a) Qual a força de atração entre elas?

b) Colocando as esferas em contato e afastando-as 5 cm,

determine a nova força de interação elétrica entre elas.

5) Duas cargas puntiformes Q1 = 6 m C e Q2 = - 8 m C encontram-se

fixadas nos pontos A e B como mostra a figura ao abaixo.

a )Determinar a intensidade da força resultante que atua

sobre uma carga Q3 = 1 m C colocada no ponto C.

Considere o meio como sendo o vácuo.

b) Indique por meio de vetores as forças atuantes em cada

carga.

6) Dois corpos puntiformes e condutores estão eletrizados

com cargas de mesmo sinal e estão separados por uma

distancia r, no vácuo. Nessas condições eles se repelem

com uma força elétrica de intensidade F. É correto

afirmar

a) Dobrando-se a distancia entre eles, a intensidade da

força de interação eletrostática fica 4 vezes menor

b) Dobrando-se a quantidade de carga elétrica em

cada corpo, a intensidade da força elétrica fica 4

vezes menor.

c) Se os corpos forem colocados em contato e, em

seguida, retornarem à posição original, a força

elétrica entre eles passa a ser de atração.

d) Se os corpos forem colocados em contato e, em

seguida, retornarem à posição original, a força

elétrica entre eles apresenta a mesma intensidade.

7) Duas cargas elétricas puntiformes Q1 e Q2, sendo

Q2= 4Q1, estão fixas em dois pontos A e B,

distantes 30cm um do outro.

a) A que distância do ponto A deve ser colocada uma

carga Q3 qualquer para ficar em equilíbrio sob a

ação exclusiva das forças elétricas?

b) Se a carga Q3 for colocada no ponto médio da

distância entre A e B, qual será a direção e o

sentido da força resultante sobre ela?

Considere Q3 = 2Q1

8) As cargas da figura estão localizadas no vácuo.

Ache X para que a carga Q2 fique em equilíbrio sob

a ação exclusiva das forças eletrostáticas. As

cargas Q1 e Q2 são fixas. Indique graficamente os

vetores força elétrica na disposição das cargas.

Campo Elétrico

“Existe uma região de influência da carga Q onde

qualquer carga de prova q, nela colocada, estará sob a

ação de uma força de origem elétrica. A essa região

chamamos de campo elétrico.”

O campo elétrico é uma grandeza vetorial.

A unidade de E no SI é N/C.

E = Intensidade do campo elétrico (N/C)

F = Força (N)

q = carga de prova (C)

Orientação do Campo Elétrico

1) Sobre uma carga elétrica de 2,0 . 10-6C, colocada em certo

ponto do espaço, age uma força de intensidade 0,80N.

Despreze as ações gravitacionais. A intensidade do campo

elétrico nesse ponto é:

a) 1,6 . 10-6N/C b) 1,3 . 10-5N/C

c) 2,0 . 103N/C d) 1,6 . 105N/C e) 4,0 . 105N/C

2) Uma carga pontual Q, positiva, gera no espaço um campo

elétrico. Num ponto P, a 0,5m dela, o campo tem intensidade

E = 7,2 . 106N/C. Sendo o meio vácuo onde K0 = 9 . 109

unidades S. I., determine Q.

a) 2,0 . 10-4C b) 4,0 . 10-4C c) 2,0 . 10-6C d) 4,0 . 10-6C

e) 2,0 . 10-2C

1) RESPOSTA: E

3) Em um ponto do espaço:

I. Uma carga elétrica não sofre ação da força elétrica se o campo

nesse local for nulo.

II. Pode existir campo elétrico sem que aí exista força elétrica

.III. Sempre que houver uma carga elétrica, esta sofrerá ação da

força elétrica. Use: C (certo) ou E (errado).

a) CCC b) CEE c) ECE d) CCE e) EEE

2)RESPOSTA:A

4) Considere as três figuras a seguir. Nelas temos:

3) RESPOSTA: D

Em cada uma das figuras, indique os sinais das respectivas

cargas Q e da carga de prova q. Quando q é colocada

próxima a Q, estará sob a ação de uma força de origem

elétrica. A essa região chamamos de campo elétrico.

5) Determine a intensidade do campo elétrico resultante no ponto P, sabendo que ele foi gerado exclusivamente pelas duas cargas elétricas da figura.

Temos ainda:

Q1 = +9,0 nC; Q2 = +4,0nC; K0 = 9,0 . 109 unid. SI; o meio é

vácuo

5) Determine a intensidade do campo elétrico resultante no ponto P, sabendo que ele foi gerado exclusivamente pelas duas cargas elétricas da figura.

3) RESPOSTA: D

Em cada uma das figuras, indique os sinais das respectivas

cargas Q e da carga de prova q. Quando q é colocada

próxima a Q, estará sob a ação de uma força de origem

elétrica. A essa região chamamos de campo elétrico.

4 Analise cada figura e descubra o sinal das cargas elétricas q e Q. Pode-se dizer que: I. Na figura 1: Q > 0 e q >0 II. Na figura 2: Q < 0 e q > 0 III. Na figura 3: Q < 0 e q < 0 IV. Em todas as figuras: q > 0 Use, para a resposta, o código abaixo: a) Se todas forem verdadeiras. b) Se apenas I, II e IV forem verdadeiras. c) Se apenas I e III forem verdadeiras. d) Se apenas II for verdadeira. e) Se nenhuma for verdadeira.

3) RESPOSTA: D

Diferença de Potencial entre Dois Pontos (Tensão):

A grandeza “diferença de potencial (ddp)” pode ser também

denominada de “voltagem”, “tensão elétrica” ou ainda “força

eletromotriz (fem)” e ser representada pela letra V ou U. O

Instrumento utilizado para medir essa grandeza é o Voltímetro,

sendo que a unidade utilizada é o Volts (V).

4 – CORRENTE ELÉTRICA

O papel de grande importância que a Eletricidade

desempenha na vida moderna baseia-se na corrente

elétrica. A parte da Eletricidade que estuda a corrente

elétrica denomina-se Eletrodinâmica

4.1 – Conceito de Corrente Elétrica

•Em um condutor em equilíbrio eletrostático, o

movimento dos elétrons é desordenado (Fig 1).

• Ligando o condutor à pilha, há uma diferença de

potencial (d.d.p.) nos terminais do condutor e o

movimento dos elétrons é ordenado; temos, aí uma

corrente elétrica i (Fig 2).

• Pólo positivo é o de maior potencial.

• Pólo negativo é o de menor potencial.

• Quando o movimento de cargas sempre se processa

num mesmo sentido, temos uma corrente contínua

(cc).

• Quando o movimento de cargas ora se processa num

sentido ora se processa no sentido oposto, temos uma

corrente alternada (ca).