ELEMENTOS BÁSICOS DE ELETRICIDADE

FÍSICA 2Eng. Civil

Prof. Wagner Sindici

É o movimento ordenado de cargas dentro de um condutor, obtida pela aplicação de uma tensão entre dois pontos, continuamente ou durante um certo tempo.A carga em condutores sólidos é o elétron, em condutores fluidos é o íon.É grandeza vetorial e seu módulo é dado por (carga sobre tempo)Unidade: ampère, símbolo A, sendo 1A = 1C/s

CORRENTE CONTÍNUA E ALTERNADA Corrente contínua (CC em português) (DC em inglês)é constante com o tempo (pilhas, acumuladores, circuitos eletrônicos e outros). Corrente alternada (CA em português) (AC em inglês)é aquela que varia com o tempo, geralmente de forma senoidal, repetindo 60 ciclos/s ou 60 Hz (motores, geradores, transformadores, retificadores, instalações elétricas industriais e prediais. Analogia Com Sistema Hidráulico :Pressão para elevar um líquido para um nível superior seria a tensão. O líquido em escoamento seria a corrente.

CORRENTE ELÉTRICA

ENERGIA E TENSÃO ELÉTRICAEnergia:É a condição necessária para realizar

trabalho.Diferença de Potencial (ddp), Tensão elétrica ou Voltagem:É a ddp entre dois pontos, o impulso

necessário para que a carga elétrica entre em movimento.

Unidadevolt, símbolo VSímbolo: U

POTÊNCIA E ENERGIA ELÉTRICAPotência É uma grandeza escalar que relaciona o trabalho realizado em um

determinado tempo.

Potência de 1 watt desenvolvida quando se realiza o trabalho de um joule, em cada segundo,

contínua e uniformemente.Unidade de potência : watt, símbolo W. Exemplo: Uma potência de 500 W significa que foi

realizado um trabalho de 500 joules em 1 segundo. O joule é a unidade de energia. Nos circuitos de corrente alternada o joule toma o nome de:· volt-ampère-segundo , VAs ou watt. segundo energia aparente· Ws ou var.segundo, Vars energias ativa ou reativa.

Unidade de energia Watt hora (Wh)Quando o tempo é expresso em hora e a potência em watt

a unidade de energia será deum watt hora. Relação entre o Watt hora e o joule1 Watt hora = (1 joule / segundo) hora1 hora = 3600 sSubstituindo:1 Watt hora = (1 joule / segundo) 3600 segundos = 3600 joulesPortanto:1 Wh = 3600 J

A conta de energia elétrica é dada em kWh.Exemplo: A conta de energia de uma residência de classe média, registrou um consumo de 372 kWh e incluindo impostos, um custo de R$ 110,70, isto é:1 kWh custa R$ 0,297/kWh. Nela residem 6 pessoas que levam no banho, 10 minutos cada, isto é, 60 minou 1h por dia. O chuveiro elétrico da casa tem uma potência de 5400 W. Logo o consumo de energia diário será de 5400 Wh ou 5,4 kWh, e o custo diário será de 5,4 x 0,297 , isto é R$ 1,60 / dia. Considerando um mês de 30 dias: R$ 48,10/mês. Pode-se notar que 43% da conta de energia é devido ao uso do chuveiro elétrico!

CÁLCULO DO CUSTO DE ENERGIA ELÉTRICA

Resistores e Resistência ElétricaConceitoResistor é todo dispositivo elétrico que transforma exclusivamente energia elétrica em energia térmica.

Simbolicamente é representado por:

Alguns dispositivos elétricos classificados como resistores são: ferro de passar roupa, ferro de soldar, chuveiro elétrico, lâmpada incandescente, etc.

Resistência ElétricaA resistência elétrica (R) é uma medida da oposição ao movimento dos portadores de carga, ou seja, a resistência elétrica representa a dificuldade que os portadores de carga encontram para se movimentarem através do condutor. Quanto maior a mobilidade dos portadores de carga, menor a resistência elétrica do condutor.Isto significa que para uma aparelho aquecer, ele deve ter baixa resistência para obter alta corrente, logo, corrente elétrica e resistência elétrica, são grandezas inversamente proporcionais.Fato este, comprovado pela primeira lei de Ohm, expressa matematicamente por:

A unidade, no SI, para resistência é o ohm (Ω)

Fusíveis ElétricosO fusível elétrico é um elemento utilizado nos circuitos elétricos como segurança. Trata-se de um condutor (resistor) que age como um elemento de proteção aos demais elementos de um circuito. Para isto, o fusível suporta, no máximo, um determinado valor de corrente elétrica; acima deste valor, o calor produzido por efeito Joule é tal que funde (derrete) o fusível.O material empregado nos fusíveis tem, em geral, baixa temperatura de fusão. Alguns materiais utilizados são: o chumbo, que apresenta temperatura de fusão da ordem de 327 °C; o estanho, com temperatura de fusão da ordem de 232 °C; ou ligas desses metais.O fio de metal é montado em um cartucho ou em uma peça de porcelana. O fusível é construído de maneira a suportar a corrente máxima exigida por um circuito para o seu funcionamento. Assim, podemos ter fusíveis de 1 A ; 2 A ; 10 A ; 30 A, etc.Em circuitos elétricos, os fusíveis são representados pelo símbolo a seguir

Capacitores

Capacitores – ou condensadores – são dispositivos elétricos responsáveis por armazenar energia. Os Capacitores diferem das pilhas ou baterias, por poderem descarregar rapidamente a sua carga. A pilha ou a bateria demoram alguns minutos para se descarregarem. Nas pilhas ou baterias, ocorre a produção de elétrons em um dos seus pólos e a absorção em outro. Nos Capacitores existem duas placas metálicas que armazenam cargas opostas e separadas por um material isolante, como o vidro, o papel ou a parafina, o que é chamado de dielétrico

Aplicações dos Capacitores

Devido à característica dos Capacitores de se descarregarem rapidamente, eles são utilizados em equipamentos que necessitam de uma grande quantidade de energia instantaneamente. Os flashes das máquinas fotográficas ou a imagem das televisões são exemplos de mecanismos que necessitam de uma grande quantidade de energia rapidamente. Portanto, nestes equipamentos são empregados os Capacitores.Outra aplicação dos Capacitores é para corrigir as ondulações de uma corrente elétrica. Neste caso o capacitor uniformiza a corrente elétrica absorvendo o excesso de energia durante os picos e suprindo quando ocorrem as quedas. Se associados a indutores, os Capacitores formam osciladores, muito empregados para o funcionamento de relógios de quartzo e transmissores de rádio AM

Eletromagnetismo - ImãsImã é todo corpo que exibe propriedades magnéticas, tais como:• Atrair pedaços de ferro e alguns outros metais;• Exercer forças mútuas de atração ou de repulsão;• Orienta-se em uma direção determinada na terra quando pode girar livremente.Os ímãs são naturais ou artificiais. Os ímãs naturaisse constituem de magnetita. Os ímãs artificiais sãoobtidos pela imantação (magnetização) de certos materiaisdenominados ferros magnéticos, como ferro, níquel,cobalto e algumas ligas metálicas.Todo ímã possui regiões cujas propriedades se manifestamcom a máxima intensidade, ou seja, os pólos do imã. Um ímã capaz de girar livremente orienta-se segundo a direção do meridiano geográfico local.O pólo que se volta para o hemisfério norte denomina-se Pólo Norte e o outro, Pólo Sul.

Campo MagnéticoDá-se o nome de campo magnético à região do espaçoao redor de um ímã na qual se manifesta um efeitomagnético.Portanto, existe campo magnético nas proximidades.• de um ímã;• da Terra;• de uma corrente elétrica;• de uma carga elétrica em movimento.Para caracterizar o campo magnético (módulo, direçãoe sentido) num ponto do espaço, utiliza-se o vetor

Na representação do campo magnético, utilizam-se as linhas de indução cujas propriedades fundamentaissão:• Uma linha de indução é tangente ao vetor indução no ponto considerado.• A linha de indução sai do pólo norte de um imã e entra no pólo sul.• A linha de indução é sempre fechada.• A densidade de linhas de indução, através de uma superfície, dá uma idéia do módulo do vetor indução magnética.

Campo Magnético TerrestrePode-se comparar a terra a um imenso ímã, cujo pólo norte geográfico situa-se próximo ao pólo sul magnético, e cujo o pólo sul magnético situa-se próximo ao pólo norte geográfico.Modernamente, considera-se que o campo magnético terrestre é provocado por correntes elétricas no núcleo de ferro contido na Terra.O campo magnético terrestre é variável devido às correntes elétricas na ionosfera e as tempestades magnéticasrelacionadas à atividade magnética do sol.

1. (CESCEM-SP) Quando uma barra de ferro é magnetizada, são:a) Acrescentados elétrons à barra.b) Retirados elétrons da barra.c) Acrescentados ímãs elementares á barra.d) Retirados ímãs elementares da barra.e) Ordenados os ímãs elementares da barra.

2. (UFSC) O pólo norte do ímã bússola aponta aproximadamente para o Norte Geográfico porque:01) O Norte Geográfico é aproximadamente o Norte Magnético.02) O Norte Geográfico é aproximadamente o Sul Magnético.04) O Sul Geográfico é aproximadamente o Norte Magnético.08) O Sul Geográfico é aproximadamente o Sul Magnético.16) A Terra comporta-se como um ímã 32) Os pólos geográficos e magnéticos são coincidentes entre si.64) Os pólos geográficos e magnéticos não coincidem entre si.

3. (USP-SP) Um ímã em forma de barra foi quebrado em três pedaços, como mostra a figura. Verificando-se as propriedades magnéticas de cada uma destas partes acharemos que:

a) As três partes são ímãs completos.b) A parte A possui somente o pólo norte.c) A parte B não possui nenhum pólo magnético.d) A parte C apresenta somente o pólo sul.e) Nenhum das partes se comporta como um ímã completo.

Campo Magnético próximo a um Condutor Retilíneo

Campo Magnético Espira Circular

Campo Magnético em Solenóide

6. (VUNESP) A figura abaixo representa um condutor retilíneo, percorrido por uma corrente i, conforme a convenção indicada.

O sentido do campo magnético no ponto P, localizado no plano da figura, está:a) Contrário ao da corrente.b) Saindo perpendicularmente da página.c) Entrando perpendicularmente na página.d) Para a sua esquerda, no plano do papel.e) Para a sua direita, no plano do papel.

FORÇA MAGNÉTICA SOBRE CARGAS

Quando uma carga elétrica se move no interior de um campo magnético, experimenta a ação de uma força magnética.As características da força magnética, que atua sobre esta carga, foram determinadas inicialmente pelo físico holandês Hendrik Antoon Lorentz (1853-1920). Lorentz verificou que a intensidade da força magnética pode ser obtida da expressão:

9. (PUC-PR) Uma partícula com carga de 2μC penetra em um campo magnético de3 T, com velocidade de 72 000 km/h, perpendicular ao vetor indução magnética. Sobre a partícula passa atuar uma força de:a) 432 000 Nb) 120 000 Nc) 0,12 Nd) 0,432 Ne) 0,04 N

10.(UFSC) Uma carga elétrica negativa, ao atravessar uma região de campo magnético, perpendicular à sua velocidade, como mostra a figura:

01) Será desviada para baixo, no plano da página.02) Será desviada para fora da página.04) Será desviada para dentro da página.08) Será desviada para cima, no plano da página.16) Descreverá uma trajetória circular em sentido anti-horário.32) Descreverá uma trajetória circular em sentido horário.64) Descreverá uma trajetória helicoidal.

11.(PUC-PR) Uma superfície quadrada 10cm de lado está imersa em um campo magnético cuja indução é, em todos ospontos, B = 10-3 teslas. Se a superfície forma 90° com as linhas de força do campo, qual o valor do fluxo magnético, emWb?

12. (UNIV. FED. VIÇOSA-MG) A figura ao lado representa um solenóide ligado a um galvanômetro. Se introduzirmos um ímã no interior do solenóide, retirando-o em seguida podemos afirmar que:

01) O galvanômetro não acusará corrente durante a movimentação do ímã.02) Somente haverá corrente no galvanômetro com a aproximação do ímã ao solenóide.04) As correntes no galvanômetro terão um sentido com aaproximação do ímã e sentido oposto com o afastamentodo ímã.08) A intensidade da corrente depende da velocidade do ímã.16) A intensidade da corrente depende do número de espirasdo solenóide.