eletrostática e corrente elétrica

8/18/2019 Eletrostática e Corrente Elétrica

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Eletrostática e Corrente Elétrica

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Universidade Cruzeiro do Sul | www.cruzeirodosul.edu.br

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Unidade: Eletrostática e Corrente Elétrica


MATERIAL TEÓRICO

Campus Virtual Universidade Cruzeiro do Sul | www.cruzeirodovirtual.com.br

Responsável pelo Conteúdo:Prof. Dr. Victo dos Santos Filho

Revisão Textual:Profa. Ms. Alessandra Fabiana Cavalcante


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Tópicos de Física Clássica Unidade V: Eletrostática e Corrente Elétrica

ELETROSTÁTICA

Conceitos Iniciais

Eletrostática é a parte da Física que estuda os fenômenos elétricos ou

a eletricidade no caso de cargas elétricas em repouso. Denominamos carga

elétrica à propriedade intrínseca da Matéria que provoca o surgimento de

forças de atração ou repulsão entre corpos, após serem atritados.

A eletricidade estática é o fenômeno físico que se verifica

experimentalmente quando se fricciona dois ou mais corpos, provocando forçasde atração ou repulsão entre eles, cuja natureza depende dos materiais

atritados em questão. Por exemplo, se esfregarmos um pedaço de lã em um

tubo de ensaio de vidro, este fica com cargas elétricas de uma dada natureza

(positiva), enquanto que se o atritarmos com flanela, a natureza de suas cargas

é diferente (negativa).

De acordo com os experimentos, há dois tipos de eletricidade estática,

conforme surjam forças de atração ou repulsão, devido à presença de cargas

elétricas. Vamos, então, analisar o conceito de carga elétrica.

Carga Elétrica

A carga elétrica é uma propriedade da Matéria associada às partículas

que compõem todas as substâncias, responsável pelo surgimento de forças

entre corpos atritados. Todos os materiais são formados de átomos que, por

sua vez, são constituídos de partículas menores denominadas prótons,

nêutrons e elétrons. Experimentalmente, verifica-se que nêutrons não possuem

carga, ao passo que os outros têm cargas elétricas de mesma magnitude,

porém de natureza oposta. Convencionou-se chamar esta propriedade que se

manifesta em algumas das chamadas partículas elementares (por exemplo,

nos prótons e elétrons, mas também em outras, como píons, káons, neutrinos,

etc.) de carga elétrica, sendo adotado também por convenção para o próton

carga elétrica positiva (+) e para o elétron carga elétrica negativa (-).


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Experiências realizadas por Millikan no início do século XX permitiram

verificar que prótons e elétrons apresentam cargas elétricas de mesmo valor

absoluto e que a quantidade de carga apresentada por ambos corresponde à

menor quantidade de carga que uma partícula pode ter. Essa carga mínima é

chamada carga elementar e, cujo valor no SI é dado por e = -1,6 x 10-19 C.

Princípios da Eletrostática

Os Princípios sobre os quais se fundamenta a Eletrostática são:

1. Princípio da Atração e Repulsão:

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

atraem".

Na figura 1, vemos um esquema que ilustra este Princípio.

2. Princípio de Conservação das Cargas Elétricas:

"Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas

positivas e negativas é constante."

Matematicamente, dados corpos com cargas iniciais q1, q2, ..., qn e finais

Q1, Q2, ..., Qn, temos:

Assim, este enunciado diz que cargas elétricas não podem ser criadas

nem destruídas, conservando-se nos processos físicos.

Fig. 1: Esquemas do Princípio de Atração e Repulsão


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Condutores e Isolantes

Um corpo está eletricamente neutro quando seu número total de prótonsé igual ao de elétrons. Se, por um processo qualquer, desequilibrarmos o

número de prótons em relação ao número de elétrons, dizemos que o corpo

está eletrizado. Por exemplo, se um corpo possui um número de prótons maior

que o de elétrons, o corpo está eletrizado positivamente; caso contrário, para

um excesso de elétrons, o corpo está eletrizado negativamente.

Dizemos que um corpo é isolante ou dielétrico se as cargas em

excesso que nele surgem não se espalham, conservando-se em regiões

limitadas. São exemplos o vidro e a borracha.

Dizemos que um corpo é condutor se as cargas em excesso que nele

surgem se espalham imediatamente por toda a sua extensão. São exemplos os

metais e o corpo humano.

Processos de Eletrização

Denominamos eletrização o fenômeno em que surgem cargas elétricas

em um corpo neutro devido a algum processo físico. Há três tipos de processos

de eletrização de um corpo (vide figura 2):

1. Atrito:

É o processo em que dois corpos inicialmente neutros são friccionados,

ocorrendo transferência de elétrons de um corpo para outro. O corpo que perde

elétrons fica eletrizado positivamente e o que ganha elétrons fica eletrizado

negativamente.

2. Contato:

É o processo em que dois corpos, um neutro e outro carregado, são

tocados, de modo que parte das cargas do corpo eletrizado passa para o corpo

neutro. Ao final, ao contrário do caso de eletrização por atrito, os dois corpos

têm carga de mesmo sinal.


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3. Indução eletrostática :

É o processo em que um corpo é eletrizado apenas pela aproximação deum outro corpo previamente eletrizado. Na eletrização por indução, o corpo

induzido sempre se eletriza com cargas de sinal contrário à do corpo indutor.

Fig.2: Processos de Eletrização (extraído de extraído em março de 2009 de http://servlab.fis.unb.br/matdid )

Lei de Coulomb

Charles A. Coulomb estudou as forças de interação entre as partículas

eletrizadas e estabeleceu uma lei empírica, hoje conhecida como Lei de

Coulomb. Coulomb usou uma balança de torção para estudar as forças entre

cargas elétricas puntiformes (corpos eletrizados com dimensões desprezíveis

em relação à distância que os separa de outros corpos eletrizados). A lei de

Coulomb pode ser enunciada da seguinte forma:

"A intensidade da força eletrostática entre duas cargas elétricas é

diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente

proporcional ao quadrado da distância que as separa."


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Substituindo a expressão do campo elétrico, temos:

logo:

Há duas possíveis configurações de campo elétrico (figura 3):

1. As cargas fontes são positivas: As linhas de campo se afastam da carga.

2. As cargas fontes são negativas: As linhas se aproximam da carga.

Fig. 3: Possíveis configurações de linhas de campo elétrico

Trabalho da Força Elétrica

Considere um campo uniforme de intensidade Ey. Suponha que uma

carga q se mova de (0,yi) a (0,yf ) neste campo. A força que age em q é

constante e dada por F = q E. Se d é o módulo do deslocamento de A até B, da

definição de trabalho de uma força paralela ao deslocamento, temos:


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Pode-se demonstrar que se o deslocamento não fosse paralelo ao

campo, mas sim uma sucessão de vários deslocamentos d1, d2, d3, ..., dn com

as mais variadas posições, entretanto com posição final em B, então o trabalho

desta força elétrica é dado pela mesma expressão dada em (7).

Em um campo elétrico qualquer, quando uma carga elétrica nele se

desloca de um ponto A para um ponto B, o trabalho da força elétrica resultante,

que age em q, não depende da forma da trajetória que liga A com B,

dependendo apenas dos pontos de partida (A) e de chegada (B), ou seja, o

campo é conservativo.

Como o trabalho da força elétrica depende da carga elétrica q e dos

pontos de partida A e chegada B do campo, se deslocarmos outra carga entre

os pontos A e B, altera-se o trabalho da força elétrica, porém o quociente

trabalho por carga permanece constante e só depende dos pontos A e B do

campo. Assim, podemos associar uma grandeza física a essa quantidade

constante, que chamamos de tensão elétrica.

Tensão Elétrica e Potencial Elétrico

Denominamos Tensão Elétrica ou Diferença de Potencial Elétrico

entre os pontos A e B a razão entre o trabalho da força elétrica e a carga

elétrica. Matematicamente:

Assim, pode-se definir um escalar a cada ponto i do espaço,

denominado Potencial Elétrico Vi, de modo que V possa ser expresso pela

diferença entre os valores desta grandeza nos pontos A e B, ou seja:

motivo pelo qual a tensão elétrica é também chamada de diferença de

potencial elétrico (ddp).


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Assim, pode-se escrever:

A unidade de V no SI é J / C, denominado volt (V), ou seja: 1 V = 1 J/C.

Para o cálculo do potencial elétrico em um ponto, é preciso um potencial

de referência, ao qual atribuídos valor nulo.

No caso de uma carga puntiforme, pode-se mostrar com a ajuda do

Cálculo Diferencial e Integral que o campo por ela gerado é dado por:

onde se supõe VB = 0.

Podemos interpretar a tensão elétrica como a capacidade que um corpo

energizado tem de realizar trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas

elétricas, assim como uma massa de água a uma certa altura tem energia

potencial gravitacional que pode ser convertida em trabalho.

Como o potencial é uma quantidade escalar, o potencial resultante

gerado por várias cargas é a soma algébrica dos potenciais gerados por cada

uma delas:

No Eletromagnetismo, o potencial elétrico ou potencial eletrostático pode

ser visto como um campo equivalente à energia potencial elétrica associada a

um campo elétrico estático dividida pela carga elétrica de uma partícula-teste.

Como sempre se depende de um potencial de referência a ser adotado

arbitrariamente, apenas diferenças de potencial elétrico (ddp) possuem

significado físico.


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Equilíbrio Eletrostático

Dizemos que um corpo está em equilíbrio eletrostático quando nele nãoocorre movimento ordenado de cargas elétricas em relação a um referencial

fixo no condutor. Um condutor em equilíbrio eletrostático apresenta várias

propriedades:

1. O campo elétrico resultante nos pontos internos do condutor é nulo.

Se o campo não fosse nulo, ele atuaria nos elétrons livres, colocando-os

em movimento ordenado e tirando-o do equilíbrio elétrico.

2. O potencial elétrico em todos os pontos internos e superficiais de um

condutor é constante.

Se em dois pontos internos quaisquer houvesse uma ddp, os elétrons

livres se deslocariam da região de maior potencial para a de menor potencial,

tirando o corpo do equilíbrio elétrico.

3. Nos pontos da superfície de um condutor em equilíbrio eletrostático, ovetor campo elétrico tem direção perpendicular à superfície.

4. As cargas elétricas em excesso de um condutor em equilíbrio

eletrostático distribuem-se na superfície externa do mesmo.

Com isso, pode-se mostrar que, para um condutor esférico de raio R,

eletrizado com carga Q, tem-se, para uma distância d, do centro da esfera ao

ponto externo:

e


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Já para os pontos internos e na superfície do condutor, o potencial é:

Capacitores e Capacidade Eletrostática

Considere um condutor isolado, inicialmente neutro. Ao ser eletrizado

com carga Q, ele adquire um potencial elétrico V. Quanto maior a carga que ele

adquire, maior será seu potencial. Assim, a razão entre a carga e o potencial é

constante e mede a capacidade que um condutor possui de armazenar cargas

elétricas.

Chamamos Capacitores os dispositivos que possuem capacitância ou

que servem para armazenar cargas elétricas. Um capacitor ou condensador é

um componente que armazena energia num campo elétrico, acumulando um

excesso de cargas elétricas. A propriedade que estes dispositivos têm de

armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é chamada

de capacitância ou capacidade eletrostática C, medida pelo quociente da

quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial (V) que existe

entre as placas. Assim, definimos matematicamente a capacidade eletrostática

de um condutor isolado como:

A unidade de capacitância ou capacidade eletrostática é C / V, chamada

de Farad (F), ou seja: 1 F = 1 C / V.

Os capacitores consistem de dois eletrodos ou placas que armazenam

cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um

isolante ou dielétrico. A carga é armazenada na superfície de cada uma das

placas é | Q |, mas a carga total no dispositivo é nula, pois uma placa tem carga

+Q e a outra -Q.


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A capacitância de uma capacitor de placas paralelas constituído de dois

eletrodos planos de área A separados por uma distância constante d pode ser

escrito como:

onde:

C: Capacitância em Farads

r : Permissividade eletrostática relativa do dielétrico utilizado entre as placas

A energia armazenada em um capacitor é igual ao trabalho feito para

carregá-lo. Considerando um capacitor com capacitância C, com carga de

módulo q em cada placa, pode-se mostrar que a energia armazenada é dada

por:

CORRENTE ELÉTRICA

Chama-se Corrente Elétrica o fluxo ordenado de elétrons em uma

determinada secção de um condutor. Há dois tipos de corrente: corrente

contínua (CC) e corrente alternada (CA). A corrente contínua tem um fluxo

constante em uma dada direção, enquanto que na corrente alternada o fluxo de

elétrons muda de direção continuamente, tendo um fluxo médio zero, emboranão tenha valor nulo todo o tempo. Matematicamente, podemos definir a

corrente i como a quantidade de carga elétrica que atravessa uma secção de

condutor por unidade de tempo:


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O sentido da corrente elétrica é adotado por convenção como o mesmo

dos portadores de carga positiva; assim, em um condutor metálico, se o fluxo

de elétrons é para a esquerda, a corrente aponta para a direita e vice-versa.

A unidade de corrente elétrica no SI é o C / s, denominada Ampère (A),

ou seja: 1 A = 1 C / s.

Efeitos da Corrente Elétrica

Dependendo da natureza do condutor e da intensidade da corrente, esta

provoca diferentes efeitos, sendo os quatro efeitos principais:

1. Efeitos Fisiológicos:

São os efeitos que provocam danos nos organismos vivos, quando neles

há passagem de corrente. A corrente elétrica que passa num corpo pode agir

diretamente no sistema nervoso, provocando contrações musculares, o que

chamamos de choque elétrico. Se a corrente atravessa o tórax de ponta a

ponta pode afetar o coração e a respiração. Um valor de 1 mA já é suficiente

para que se possa perceber sensações de formigamento e um valor de 10 mA

já se perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir a mão e livrar-se do

contato. Um valor aproximadamente entre 10 mA e 3A pode ser mortal.

2. Efeito Térmico ou Efeito Joule:

O efeito Joule é causado pelo choque dos elétrons livres contra os

átomos dos condutores, que vibram mais intensamente, aumentando a

temperatura do condutor.

3. Efeito Químico:

O efeito químico é aquele em que se passa corrente elétrica em

soluções eletrolíticas, provocando reações químicas. É muito aplicado no

recobrimento de metais, nos processos conhecidos como niquelação,

cromação, prateação, etc.


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4. Efeito Magnético:

O efeito magnético é aquele em que surge um campo magnético naregião em torno do condutor pelo qual passa uma corrente elétrica. Este é o

efeito mais importante e com muitas aplicações importantes, que será estudado

em destaque na última unidade.

Circuitos Elétricos

Um circuito elétrico é a ligação de dispositivos elétricos (tais como

resistores, indutores, capacitores, etc.) de modo que formem pelo menos umcaminho fechado para a corrente elétrica. Os circuitos elétricos são formados

basicamente por quatro elementos ou dispositivos básicos:

1. Gerador elétrico

O gerador elétrico ou dispositivo de força eletromotriz (fem) é o elemento

que mantém uma diferença de potencial entre seus terminais, de modo a gerar

uma corrente elétrica no circuito.

Os geradores têm por função transformar algum tipo de energia em

energia elétrica. Por exemplo, as pilhas e as baterias transformam energia

química em energia elétrica e geram corrente contínua. Um outro exemplo é o

caso de alternadores, que transformam energia mecânica em energia elétrica,

gerando corrente alternada.

2. Condutores

Os condutores são os meios pelo quais as cargas elétricas se

propagam, como os fios de cobre.

3. Interruptores

Os interruptores são chaves situadas no condutor entre o gerador e o

receptor, permitindo ou impedindo a passagem da corrente, conforme esteja

fechado ou aberto, respectivamente.


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4.Receptores

Os receptores são os elementos que transformam a energia elétrica emoutras formas de energia. Por exemplo, no caso de um motor, a energia

elétrica é convertida em energia mecânica.

Lei de Ohm

A Lei de Ohm descreve a relação entre a intensidade de corrente e a

tensão em um elemento: a diferença de potencial elétrico é diretamente

proporcional à intensidade de corrente e à resistência elétrica. A Lei de Ohm éexpressa matematicamente assim:

onde:

V: Diferença de Potencial Elétrico

I: Corrente Elétrica

R: Resistência

A Resistência Elétrica é a grandeza física que mede o grau de

resistência à passagem de corrente elétrica que um dado condutor possui.

Essa grandeza física é medida no SI em V / A, que é denominada ohm (!);

logo: 1 ! = 1 V / A.

Ao invés de trabalharmos com a resistência, podemos usar a

resistividade, uma vez que a resistência elétrica do resistor depende do

material que o constitui, de suas dimensões e de sua temperatura. Assim, se

consideramos um fio de comprimento l e área de secção transversal A,

podemos definir a resistividade como:


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Uma grandeza importante na eletrodinâmica é a potência elétrica, pois

ela permite saber a capacidade ou a energia consumida por segundo dos

vários aparelhos domésticos que possuímos. Definimos a potência como:

logo a potência elétrica é (usando a Lei de Ohm e substituindo E = q V acima):

Assim, vemos que a potência elétrica consumida pelos aparelhos

receptores que convertem a energia elétrica em outra forma de energia está

diretamente relacionada ao quadrado da corrente que passa pelo aparelho.

Outra forma de escrever essa expressão é em função do potencial

elétrico, ou seja, usando que I=V/R, temos:

Lei de Joule

A Lei de Joule expressa a quantidade de energia térmica gerada em um

condutor devido à passagem da corrente elétrica. Ela está associada ao

chamado Efeito Joule, que nos diz haver a geração de energia térmica devido

à passagem de corrente elétrica em um condutor. Tal efeito é usado emaparelhos como o chuveiro elétrico e a lâmpada incandescente, a fim de tornar

nossas vidas mais confortáveis. Basicamente, podemos enunciar a Lei de

Joule como:

"A quantidade de calor gerada num dado condutor, por unidade de tempo,

é proporcional ao quadrado da intensidade de corrente. "

Matematicamente, a Lei de Joule pode ser expressa como:


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Associações de resistores

Chamamos associações os diferentes modos que podemos utilizar para

interligar os elementos elétricos, formando um circuito elétrico.

Os dispositivos eletrônicos como resistores ou capacitores podem ser

associados para formar novos circuitos. Essas associações de resistores

podem ser: (1) associação em série; (2) associação em paralelo ou (3) mista.

Nos circuitos em série, todos os elementos ficam ligados de modo que a

corrente percorra um circuito contínuo em relação ao gerador.

Nos circuitos em paralelo, todos os elementos ficam entre os mesmos

nós extremos, mantendo-se a mesma ddp para todos. Neste caso, há dois ou

mais percursos para a corrente seguir.

Denominamos Resistência Equivalente a resistência única quesubstitui todas as demais, gerando os mesmos efeitos.

Numa associação em série, temos que a corrente elétrica é a mesma

que passa em cada elemento do circuito, logo:

logo, para uma associação em série, o resistor equivalente é dado por:

Numa associação em paralelo, temos que a ddp é a mesma em cada

elemento do circuito. Além disso, a corrente que entra é a soma das correntes

que passam em cada circuito (vide figura 4):


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Logo:

Cancelando o potencial V comum, temos como resistência equivalente:

Fig. 4: Associações de resistores

Geradores e Receptores

O Gerador é um dispositivo elétrico que possui a função de transformar

energia de um tipo qualquer em energia elétrica. Podemos citar como exemplo

a pilha, que transforma energia química em energia elétrica. A ddp criada no

gerador é chamada de Força Eletromotriz . Fisicamente, a tensão induzida

no gerador é determinada pela sua força eletromotriz menos a tensão gerada

por sua resistência interna. Assim, temos a chamada equação do gerador:

O Receptor é um dispositivo elétrico que tem a função de transformar

energia elétrica em outro tipo de energia não-térmica. Como exemplos, pode-

se citar o liqüidificador, que transforma energia elétrica em energia mecânica, e

a televisão, que transforma energia elétrica em sonora e luminosa.


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Uma grandeza importante na eletrodinâmica é a potência elétrica, pois

ela permite saber a capacidade ou a energia consumida por segundo dos

vários aparelhos domésticos que possuímos. Definimos a potência como:

logo a potência elétrica é (usando a Lei de Ohm e substituindo E = q V acima):

Assim, vemos que a potência elétrica consumida pelos aparelhos

receptores que convertem a energia elétrica em outra forma de energia está

diretamente relacionada ao quadrado da corrente que passa pelo aparelho.

Outra forma de escrever essa expressão é em função do potencial

elétrico, ou seja, usando que I=V/R, temos:

Lei de Joule

A Lei de Joule expressa a quantidade de energia térmica gerada em um

condutor devido à passagem da corrente elétrica. Ela está associada ao

chamado Efeito Joule, que nos diz haver a geração de energia térmica devido

à passagem de corrente elétrica em um condutor. Tal efeito é usado emaparelhos como o chuveiro elétrico e a lâmpada incandescente, a fim de tornar

nossas vidas mais confortáveis. Basicamente, podemos enunciar a Lei de

Joule como:

"A quantidade de calor gerada num dado condutor, por unidade de tempo,

é proporcional ao quadrado da intensidade de corrente. "

Matematicamente, a Lei de Joule pode ser expressa como:


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Da potência elétrica fornecida ao receptor, uma parte é convertida em

outra forma, não exclusivamente térmica, denominada potência elétrica útil.

Desta forma, temos que a energia fornecida ao receptor é igual à energia útil

mais a dissipada por segundo. Logo, a equação do receptor é dada por :

Aplicações

1. Consumo de energia residencial:

A diferença de potencial (V) em residências é geralmente 110 V ou 220

V, dependendo da região. Assim, observando a expressão da potência, vemos

que se ligarmos um aparelho em uma tomada de 220 V, teremos um consumo

muito maior de energia por segundo, se comparado com o caso de tensão

110V. Portanto, se quisermos economizar, é preciso trabalhar com aparelhos

ou com instalações elétricas que trabalhem em 110 V.

2. Uso do efeito Joule:

Como todo material apresenta resistência elétrica, todos os aparelhos

elétricos transformam parte da energia elétrica em energia térmica. Muitos

aparelhos domésticos se valem deste efeito em seus funcionamentos,

tornando-se úteis para nós. Como exemplo, podemos citar a lâmpada

incandescente, que transforma a energia elétrica consumida em energia

térmica e uma pequena parte em energia luminosa.

3. Geradores de Corrente Elétrica

Os geradores (dínamos) de corrente elétrica são responsáveis pela

corrente elétrica que utilizamos em nossas casas. Podemos encontrar

geradores de corrente elétrica nos carros. Esses geradores produzem a

corrente elétrica utilizada tocar o aparelho de som no carro, para acender os

faróis e principalmente recarregar a bateria.


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Os geradores de corrente contínua que existem em nossas casas são as

pilhas e baterias. As baterias que são utilizadas nos carros servem para

acionar o motor de arranque que faz funcionar o motor a combustão.

Como exemplos de geradores comuns temos as pilhas, usadas nos

controles de carrinho de brinquedos, celulares, rádios e quaisquer aparelhos

que não podem ser conectados por meio de fios à tomadas da rede elétrica.

4. Motores Elétricos

OsMotores Elétricos

são aparelhos elétricos que servem para fornecer

uma corrente elétrica às espiras localizadas em dois de seus elementos, o

estator e o rotor, que estão enroladas num núcleo de ferro-carbono, de modo a

gerar movimento. Como veremos na próxima unidade, a passagem de corrente

induz o surgimento de campos magnéticos que fornecem um torque necessário

para fazer girar o rotor. Assim, temos a conversão da energia elétrica gerada

em energia mecânica necessária para fazer um corpo se mover.

Podemos citar vários exemplos de motores que utilizamos no dia-a-dia,como o motor da geladeira, da batedeira, do circulador de ar e dos carros

(motor de arranque).

5. Transformadores

Para transportar a corrente elétrica entre as usinas hidrelétricas e

nossas casas, devemos minimizar as perdas provocadas pelo efeito Joule.

Como as perdas são proporcionais ao quadrado da corrente, temos que reduzira intensidade da corrente elétrica que passa nos cabos, o que pode ser feito

utilizando dispositivos chamados transformadores. O Transformador é o

dispositivo elétrico que recebe a corrente elétrica sob uma dada tensão e a

transmite em alta tensão, o que provoca a passagem de uma corrente baixa,

de acordo com a expressão da potência elétrica. Assim, com essa alteração, as

perdas pela passagem da corrente elétrica nos cabos são bem menores,

obtendo-se uma maior eficiência no aproveitamento da energia elétrica gerada

pelas usinas.


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6. Receptores:

Durante o funcionamento de um motor elétrico, ocorrerá uma segundafase de funcionamento da bateria, oposta à primeira: o elemento de circuito

recebe energia e a transforma em um tipo de energia diferente da elétrica. Tais

aparelhos ou dispositivos são os chamados Receptores.

Exemplos Resolvidos:

1. Determine o módulo da força entre duas cargas iguais a 1 C, situadas

no vácuo a 1m de distância entre si.

Sabemos, da Lei de Coulomb, que: F=(kqQ) /d2, logo F = kq2 /d2= 9x109x1x1/12,

de modo que se obtém: F = 9x109 N.

2. Num ponto de um campo elétrico, o vetor campo elétrico tem direção

horizontal, sentido da direita para a esquerda e intensidade 0,1 MN/C.

Coloca-se, neste ponto, uma carga puntiforme de -2 C. Determine a

intensidade, a direção e o sentido da força que atua na carga.

A força que atua na carga é dada por: F = | q | E, logo F = 2 x 10-6 x 0,1 x 10 6,

de modo que F = 0,2 N. A força tem a mesma direção do campo e sentido

contrário, da esquerda para a direita.

3. Uma carga elétrica puntiforme q = 1 C é transportada do ponto A até o

ponto B de um campo elétrico. A força elétrica que age em q realiza um

trabalho T = 0,1 mJ. Determine a ddp entre A e B e o potencial elétrico de

A, adotando-se B como referência.

Neste caso, sabemos que T = q.(V A - VB), logo: 0,1 x 10-3=10-6 x (V A- VB), logo

obtém-se V A- VB=100V. Adotando VB=0, conclui-se que V A = 100V.

4. Calcule a corrente de um circuito com dois resistores em série de

valores R1= 5 ! e R2= 15 !, submetidos à ddp de 100 V.


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Neste caso, temos a resistência equivalente: R = R1+ R2, logo concluímos que:

R = 5 + 15 = 20 !. Assim, usando a Lei de Ohm, temos: i = V / R = 100 / 20, de

modo que i = 5 A.

5. Calcule a resistência equivalente de um circuito com dois resistores em

paralelo de valores R1= 5 ! e R2= 15 !.

Neste caso, temos: R = R1R2 / (R1+ R2), logo: R = 5.15 / 20 = 3,75 !.

PARA SABER MAIS

Para saber mais sobre Eletrostática e Corrente Elétrica, consulte abibliografia de nosso curso. Há também algumas páginas da internet quepodem servir de apoio e para estudos complementares, dentre as quais:

O sítio da internet HowStuffWorks (“Como as coisas funcionam”) é muito bom

e útil para obtermos informações sobre os vários dispositivos e máquinas

elétricas. Você pode se informar em:

http://ciencia.hsw.uol.com.br/usinas-hidreletricas2.htm

O material do grupo de reformulação de ensino de Física é muito bom, emespecial nos tópicos que estudamos nesta Unidade. Você pode consultá-lo em:

http://www.if.usp.br/gref/eletromagnetismo.html

Animações e simulações também estimulam muito o aprendizado dos alunos.Como inspiração, veja as animações nas páginas abaixo. Na primeira, clique

na opção Ensino à Distância e veja, por exemplo, a simulação envolvendocargas elétricas; na segunda, clique nas opções da Eletrodinâmica (em inglês):

http://www.unb.br/iq/kleber/

http://www.fisica.ufpb.br/prolicen/fendt/physengl/phe10.htm

Como material de apoio, revistas de divulgação científica são também

excelentes meios de estimular o interesse dos alunos. Veja o artigo da revista


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Scientific American Brasil de março de 2009 sobre novos motores, para tal

propósito (biblioteca UNICSUL, bibliotecas municipais, etc.):

“A aurora dos Foguetes Elétricos”, por Edgar Y. Choueiri.

Veja também a revista Ciência Hoje, que tem artigos interessantes nesses tópicos daFísica. Por exemplo, leia o artigo “Uma Descoberta Eletrizante” na Ciência Hoje(155), de novembro de 1999.


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eletrostática e corrente elétrica

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