eletricidade intensivo ssmed_2015

ELETRICIDADE INTENSIVO.SSMed 2015

PROF. ANTONIO MARCOS

COC

SEB

Eletrodinâmica- Introdução

PRÓTONS

NÊUTRONS ÁTOMO

ELÉTRONS

PRÓTONS

NÊUTRONS

ELÉTRONS

CARGA +

CARGA -

SEM CARGA

CARGA ELÉTRICA

Corpo neutro – nº de Prótons = nº de elétrons.

Corpo eletrizado – nº de Prótons ≠ nº de elétrons.

a) Positivamente – nº de Prótons> nº de elétrons. O corpo eletrizado positivamente PERDE elétrons.

b) Negativamente – nº de Prótons < nº de elétrons. O corpo eletrizado negativamente GANHA elétrons.

QUANTIDADE DE CARGA ELÉTRICA(Q)

enQ .|| Ce 1910.6,1

e – carga elementar

n – nº de elétrons ganhos ou perdidos.

A unidade de carga elétrica no sistema internacional de unidades(SI) é o Coulomb(c).

Submúltiplos de Coulomb:

Ccbpicocoulom

Ccbnanocoulom

Ccmbmicrocoulo

Cmcbmilicoulom

12

9

6

3

10)(

10)(

10)(

10)(

Princípios da Eletricidade • 1º Princípio: “Cargas elétricas de mesmo sinal

se repelem e cargas elétricas de sinais contrários se atraem”.

• 2º Princípio: “Em um sistema eletricamente isolado, a carga elétrica permanece sempre constante”.

DEPOISANTES QQ

CONDUTORES E ISOLANTES

• CONDUTORES – São compostos em que há facilidade no fluxo de cargas elétricas em sua superfície.

• Podem ser classificados como:

• a) Eletrônicos – Possuem fluxo exclusivo de elétrons. Ex: Condutores metálicos


• b) Iônicos – O fluxo de cargas é gerado pelo movimento de cátions e ânions em sentidos opostos.

• IMPORTANTE: Gases: portadores de cargas elétricas íons e elétrons.

Ex: BATERIAS

ISOLANTES (Dielétricos) - São compostos em que há dificuldade no fluxo de cargas elétricas em sua superfície.

Ex: Papel, borracha, madeira, plástico, mica, cerâmica,

seda, fibras ópticas. IMPORTANTE!

Alguns isolantes, quando submetidos a temperaturas inferiores a 0°C tornam-se condutores, tais como mica, cerâmica e fibras ópticas.


Força Elétrica

Lei de Coulomb “A intensidade da força de interação elétrica entre

duas cargas puntiformes é diretamente

proporcional ao produto dos módulos das cargas e

inversamente proporcional ao quadrado da

distância entre elas”.

2

|.|

d

qQKF

229 /.10.9 CmNK

Campo Elétrico

Região no espaço, ao redor de uma carga

eletrizada, que limita a atuação da força

elétrica.

q

d

|| q

FE

2

||

d

QKE

O Vetor campo elétrico

independe da carga de

teste, mas sim da carga

geradora.

Propriedade do Campo elétrico

Quando a carga geradora é positiva, o campo elétrico é divergente, ou de afastamento. Quando a carga geradora é negativa, o campo elétrico é convergente, ou de aproximação.

Consequências da propriedade

+

-

+

- E

E

E

E

q(+)

q(+)

q(-)

q(-)

F

F

F

F F

F

F

F

Se q > 0, E e F têm mesma direção e mesmo sentido. Se q < 0, E e F têm mesma direção e sentidos contrários.

Exercícios

10. (Unimontes-MG) A intensidade da força elétrica entre duas cargas de mesmo módulo q está representada no gráfico abaixo em função da distância d entre elas. O valor de q em µc é

a) 0,50 b) 0,25 c) 0,75 d) 1,00 e) 1,25

Exercícios

14

EXERCÍCIOS

20. FUVEST-SP

O campo elétrico de uma carga puntiforme em repouso tem, nos pontos A e B, as direções e os sentidos indicados pelas flechas na figura acima. O módulo do campo elétrico no ponto B vale 24 N/C. O módulo do campo elétrico no ponto P da figura vale, em N/C:

a) 3,0 b) 4,0 c)3√2 d)6,0 e) 12

EXERCÍCIO

30.(UFPR)Uma pequena esfera eletrizada com carga de -2µ C e peso igual a √3 . 10-5N está fixada à extremidade de um fio de seda, conforme a figura.

Na região existe um campo elétrico uniforme horizontal E. Determine a intensidade deste campo.

30° E

Linhas de força

Define-se "linha de força” como a linha imaginária que tangencia o vetor campo elétrico em cada ponto da região, conservando seu sentido.

Propriedades das linhas de força

1. Duas linhas de força nunca se interceptam. Se duas linhas se cruzassem num ponto teríamos dois vetores intensidade de campo elétrico, o que é impossível.

2. A concentração das linhas de força é proporcional à intensidade do campo elétrico.

C

B A CAB EEE

3. As linhas de força se originam em cargas positivas (fontes) ou no infinito e terminam em cargas negativas (sumidouros) ou no infinito.


A

B

C

CAB EEE

O Campo elétrico é UNIFORME

O campo elétrico uniforme possui linhas de força paralelas e equidistantes.

QUESTÃO EXTRA Na figura a seguir, estão representadas as linhas de força e as

superfícies equipotenciais de um campo elétrico uniforme E, de intensidade igual a 102V/m. Uma partícula de massa igual a 2x10-9 kg e carga elétrica de 10-8C é abandonada em repouso, no ponto A.

A B

C

20V 10V

Desprezando-se as ações gravitacionais, é correto afirmar: (01) A distância d entre as superfícies equipotenciais é 1m. (02) O trabalho realizado pela força elétrica, para deslocar a partícula de A até B, é de 10-7J. (04) A velocidade da partícula no ponto B, é 10m/s. (08) A energia mecânica se mantém constante durante o deslocamento AB. (16) Colocada a partícula no ponto C, a sua energia potencial elétrica é maior do que no ponto B. (32) O trabalho realizado pela força elétrica para deslocar a partícula de A até C é de 10-7J. (64) Durante o deslocamento da partícula, do ponto A ao ponto B, a energia cinética diminui e a energia potencial elétrica aumenta.

Corrente Elétrica

• É o fluxo ordenado de cargas elétricas que se deslocam em um condutor, num dado intervalo de tempo. Por convenção, adota-se o sentido da corrente como contrário ao das cargas em fluxo.

Corrente Elétrica

NATUREZA

ELETRÔNICA Metais: portadores de cargas elétricas - elétrons.

IÔNICA Soluções Eletrolíticas: portadores de cargas elétricas - íons positivos e negativos.

ELETRÔNICA/IÔNICA Gases: portadores de íons e elétrons.

Ex: BATERIAS

Intensidade de Corrente Elétrica

t

Qi

||

t

eni

.

A unidade de intensidade de corrente elétrica no Sistema Internacional é o ampère (A).

Tipos de corrente

Contínua – É constante no sentido e na intensidade. i

A

É comum a pilhas e baterias

Tipos de corrente

• Alternada – Varia em intensidade e sentido

A corrente alternada varia senoidalmente a sua intensidade no decorrer do tempo. Aqui no Brasil, a alternância tem frequência média de 60hz.

QUESTÃO EXTRA (UF-Viçosa-MG) Um meteorito penetra na atmosfera

terrestre com uma velocidade média de 5 x 103m/s. A cada quilômetro que percorre, o meteorito acumula uma carga elétrica de 2 x 10-3 coulombs. Pode-se associar o acúmulo de cargas no meteorito a uma corrente elétrica média, em ampères, da ordem de:

a) 10-12

b) 10-5

c) 10-8

d) 10-2

e) 101

Resistores

Resistor é todo dispositivo elétrico que transforma exclusivamente energia elétrica em energia térmica.

Simbolicamente é representado por:

Resistência Elétrica

• A resistência elétrica (R) é uma medida da oposição ao movimento dos portadores de carga

Primeira Lei de OHM : A ddp é diretamente proporcional à intensidade de corrente elétrica, ou seja, U i.

i

UR

Segunda Lei de Ohm

A resistência elétrica do condutor depende do comprimento do fio (l) , da área de sua secção transversal ( A ) e do tipo de material que constitui o condutor (ρ) .

A

lR

.

ρ é a resistividade do material, sendo que:

Baixa resistividade = Bom condutor Alta resistividade = Mau condutor ρ→0 = Supercondutor.

Potência elétrica dissipada

iuP .

R

UP

2

2.iRP

Energia dissipada por efeito Joule

tPE .

tR

UE .

2

tiRE .. 2tiUE ..

J w s

tPE .

Kw.h Kw h

Lei de Joule

EXTRA Efeito Joule é um fenômeno de transformação da energia

elétrica em calor, isso ocorre devido ao encontro dos elétrons da corrente com as partículas do condutor.

Considerando-se que um chuveiro de resistência 55 e submetido a uma d.d.p. de 220V converte energia elétrica em térmica em 15min de uso, determinar em quanto tempo uma lâmpada de 100W gastaria para consumir a mesma quantidade de energia nesse tipo de conversão.

a)1 hora b)1hora e 23 min. c)2 horas d)2horas e 10 min. e)2 horas e 12 min.

EXTRA

(UFBA) Um aquecedor, operando à ddp de 100 V, eleva a temperatura de 5 litros de água de 20°C para 70°C, em um intervalo de 20 minutos. Admitindo-se que toda energia elétrica é transformada em energia térmica e considerando-se que a água tem densidade de 1 g/cm e calor específico de 4J/g°C, determine, em ohms, a resistência elétrica do aquecedor.

3

Associação de resistores • Associação em Série

PROPRIEDADES:

1. A corrente elétrica é a mesma em todos os resistores. 2. A ddp nos extremos da associação é igual à soma das ddps em cada resistor. 3. A resistência equivalente é igual à soma das resistências dos resistores associados.

Associação em Paralelo

• Um conjunto de resistores quaisquer é dito associado em paralelo quando todos os resistores estiverem submetidos à mesma diferença de potencial.

Associação em Paralelo

• 1. a ddp (voltagem) é a mesma para todos os resistores;

• 2. a corrente elétrica total da associação é a soma das correntes elétricas em cada resistor;

• 3. o inverso da resistência equivalente é igual à soma dos inversos das resistências associadas;

P.100 QUESTÃO 05

(UEL-PR) Considere os valores indicados no esquema a seguir, que representa uma associação de resistores.

O resistor equivalente dessa associação vale: a) 8Ω b) 14 Ω c) 20 Ω d) 32 Ω e) 50 Ω

P.101 QUESTÃO 11 (UEL-PR) A instalação elétrica de parte de uma residência está

esquematizada a seguir. Ela contém um liquidificador (110 V – 220 W), três lâmpadas iguais (110 V – 110 W), uma televisão (110 V – 55 W), uma geladeira (110 V – 550 W) e uma torneira elétrica (110 V – 700 W).

O fusível F mais adequado para proteger essa instalação, especificado através de sua corrente máxima, em ampères, é:

a) 10 b)15 c)20 d)25 e)30

EXTRA

No circuito esquematizado, F é um fusível que suporta, no máximo, corrente de intensidade 5A. Determine o valor da resistência R, sabendo-se que o fusível está na iminência de se queimar.

EXTRA

(UFBA) O diagrama abaixo representa uma associação de resistores submetida a uma tensão de 90V. Determine, em watts,a potência dissipada por efeito joule no resistor R.

MEDIDORES ELÉTRICOS

Entre os pontos A e B da associação da figura a seguir, mantém-se a DDP de 20V. Sendo i1 = 3,2A, a corrente que passa por R=5, calcular a resistência R, a medida do voltímetro e a medida do amperímetro.

Indicar o valor da resistência R para que a ponte da figura mantenha-se equilibrada, se R1 = 6, R2 = 15 e R3 = 30.

A ponte apresentada na figura a seguir está em equilíbrio. A resistência x vale…

300Ω

No circuito ao lado, para que ambos os amperímetros ideais, A1 e A2, indiquem zero, é necessário que as resistências R1 e R2 valham, respectivamente:

a) 10Ω e 120 Ω . b) 40 Ω e 90 Ω . c) 90 Ω e 40 Ω . d) 40 Ω e 10 Ω . e) 10 Ω e 40 Ω .

Gerador – Força eletromotriz (fem) - ε

Denominamos gerador elétrico todo dispositivo capaz de transformar energia não elétrica em energia elétrica.

Podemos classificar os geradores em: – mecânicos (usinas hidrelétricas) – térmicos (usinas térmicas) – nucleares (usinas nucleares) – químicos (pilhas e baterias) – foto-voltaicos (bateria solar) – eólicos (energia dos ventos)

Representação de um Gerador

2.irPd

iUPu .

iPt .

U Como, Pt = Pu + Pd, a equação do gerador é determinada por:

riU

O gráfico U = f (i) para o gerador, fica:

Rendimento do Gerador

O rendimento elétrico de um gerador é o quociente entre a potência elétrica (útil) Pu e a potência não elétrica (total) Pt.

Quando o gerador é ideal, o seu rendimento corresponde a 100%

RECEPTOR- FORÇA CONTRA-ELETROMOTRIZ (fcem) - ε’

• Qualquer elemento de circuito que transforme energia elétrica em outra forma de energia que não a elétrica, é denominado receptor.

Classificação dos Receptores: Passivos: transformam integralmente energia elétrica em energia exclusivamente térmica (calor). É o caso dos resistores.

Ativos: transformam a energia elétrica em outra forma de energia que não seja exclusivamente térmica. É o caso dos motores elétricos que transformam parte da energia elétrica em energia cinética de rotação (energia mecânica)

Representação do Receptor

iUPt .

'U

iPu '.

2'.irPd

irU '.'

Como, Pt = Pu + Pd, a equação do receptor é determinada por:

O gráfico U = f (i) para o receptor, fica:

Rendimento do Receptor

Da definição de rendimento, temos:

UiU

i

Pt

Pu '

.

'.

Quando o receptor é ideal, o seu rendimento corresponde a 100%

CIRCUITOS:GERADORES E RECEPTORES

É importante lembrar o sentido da corrente elétrica no circuito:

Gerador: pólo(+) → pólo (-)

Receptor: pólo(-) → pólo (+)

Podemos generalizar para um número qualquer de geradores, receptores e resistores, ligados de modo que a corrente elétrica tenha um único caminho a seguir.

De acordo com a lei de OHM – POUILLET:

Potência Máxima dissipada no gerador em circuitos fechados

rPMáx

4

2

É importante lembrar que a potência dissipada é máxima quando a corrente elétrica circulante é máxima, para isso, R=r.

EXERCÍCIO UEL-PR

O gráfico a seguir representa a ddp U em função da corrente i para um determinado elemento do circuito.

Pelas características do gráfico, o elemento é um: a. gerador de resistência interna 2,0 Ω. b. receptor de resistência interna 2,0 Ω. c. resistor de resistência elétrica 2,0 Ω. d. gerador de resistência interna 1,0 Ω. e. receptor de resistência interna 1,0 Ω.

EXERCÍCIO

São feitas as seguintes afirmações: I. A corrente circula no sentido horário. II. A intensidade da corrente elétrica é de 2 A. III. A tensão elétrica entre os pontos C e B é de 24 V. IV. A tensão elétrica entre os pontos A e D é de 116 V. Pode-se afirmar que estão corretas as afirmações: a. I e II b. II e III c. I e IV d. I e III e. II e IV

Considere o circuito elétrico seguinte.

EXERCÍCIO

PUC-SP

A figura esquematiza o circuito elétrico de uma enceradeira em funcionamento. A potência elétrica dissipada por ela é de 20 W e sua fcem é de 110 V. Assim, sua resistência interna é de:

a) 5Ω b) 55Ω c) 2Ω d) 115Ω e) -5Ω

Capacitores

Capacitores ou condensadores são elementos elétricos capazes de armazenar carga elétrica e, consequentemente, energia potencial elétrica.

Capacitor Plano – Armazenam cargas através de placas(armaduras) que estabelecem uma d.d.p.

Então, para o capacitor plano, definimos:

U

QC

A unidade de capacidade eletrostática, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é o farad (F).

Prof. ANTONIO MARCOS

Permissividade elétrica(ε0)

d

AC

.0

O dielétrico (material isolante) pode ser: vácuo, ar, papel, cortiça, óleo etc.

mF /10.85,8 12

0

Para o Vácuo como dielétrico: Prof. ANTONIO MARCOS

Energia Potencial armazenada no capacitor

• Como, nesse caso, Q e U são grandezas diretamente proporcionais, o gráfico corresponde a uma função linear, pois a capacidade eletrostática C é constante.

2

.UQEp


Associação de capacitores

Em série

A carga armazenada é a mesma em todos os capacitores, então, Q1 = Q2 = Q3 = Q

A ddp é a soma para cada capacitor, então U = U1+U2+U3...

321

1111

CCCCeq


Particularidades da série

Para dois capacitores

21

21.

CC

CCCeq

Para Capacitores Iguais

n

CCeq

C C


Livro de teoria

Cad. Atividades 03 ENEM

Cad. Atividades 03 ENEM

µ µ µ

SARTRE COC

• Departamento de física

• Prof. A. Marcos.

Produzido e Editado por:

• Prof. Antonio Marcos

• Sartre COC SEB

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