fiii - capitulo 03 - eletrodinamica · a qual o produto foi fabricado. ... de 5 pessoas, que o...

Física III

Prof. Márcio T. de Castro18/05/2017

Capítulo 03

Eletrodinâmica

Técnico em Edificações (PROEJA)

Parte I

2

Corrente Elétrica

• Corrente Elétrica: movimento relativamente ordenado de elétrons.

• Sentido da Corrente Elétrica: contrário ao sentido de deslocamento dos elétrons.

• Gerador: estabelece uma ddp entre os pontos A e B que obriga os elétrons a um deslocamento organizado, criando uma corrente elétrica.

Corrente Elétrica

• Intensidade de Corrente Elétrica (i): quantidade de elétrons que atravessa

determinada seção do condutor num intervalo

de tempo.

– Unidade (SI): ampère (A).

qi

t

∆=∆

Circuito Elétrico

• Circuito Elétrico Simples: um condutor (fio

metálico) acoplado aos polos de um gerador

(pilha), fica submetido à energia potencial

(fem) deste gerador e através do condutor

pode circular uma corrente elétrica.

Tipos de Corrente Elétrica

• Corrente Contínua: ocorre um fluxo contínuo

de elétrons do polo negativo ao polo positivo.

– Pilha: a ação química de seus componentes

separa as cargas positivas num terminal e os

elétrons noutro e quando acoplada a um circuito

existirá um deslocamento de elétrons do polo

negativo para o positivo, passando pelo condutor.

Tipos de Corrente Elétrica

• Corrente Alternada: os elétrons livres do condutor ficam num constante movimento vibratório de ir e vir, já que as polaridades se invertem a cada instante, numa determinada frequência.

– Tomada: dispositivo com contatos permanentemente ligados a um fonte onde são acoplados os plugues dos equipamentos

• Intensidade da Corrente Elétrica: 10 a 20 A.

• Equipamento Eletrônicos: funcionam internamente com corrente contínua (transformadas por um retificador) e a baixas tensões (transformadas por um transformador).

Efeitos da Corrente Elétrica

• Efeito Térmico (ou Joule): conversão de

energia elétrica em energia térmica.

– Equipamentos Elétricos: ferro de passar, chuveiro

elétrico, aquecedores elétricos etc.


• Efeito Magnético: corrente elétrica cria, na

região próxima a ele, um campo magnético.

– Utilidade: motores, transformadores e unificação

da eletricidade e do magnetismo.


• Efeito Químico: solução eletrolítica sofre

decomposição quando atravessada por

corrente elétrica (Eletrólise).

– Utilidade: revestimento de metais, reações

químicas de baterias.


• Efeito Luminoso: a passagem de corrente

elétrica em um gás rarefeito faz com que ele

emita luz.

– Utilidade: lâmpadas fluorescente e anúncios

luminosos.


• Efeito Fisiológico: corrente elétrica age

diretamente no sistema nervoso provocando

contrações musculares (choque elétrico).

Corrente Elétrica Consequência

Até 10 mA Dor e contração muscular

De 10 mA até 20 mA Aumento das contrações musculares

De 20 mA até 100 mA Parada respiratória

De 100 mA até 3 A Fibrilação ventricular que pode ser fatal

Acima de 3 A Parada cardíaca, queimaduras graves

Dispositivos de Segurança

• Fusível: fio condutor que ao ser atravessado por corrente elétrica de intensidade maior que um determinado valor, funde-se, interrompendo a passagem da corrente elétrica.

– Símbolo:

• Disjuntor: chave magnética que se desliga automaticamente quando a intensidade da corrente elétrica ultrapassa determinado valor.

– Símbolo:

Parte II

14

Resistência Elétrica

• Resistência Elétrica (R): oposição ao fluxo de

elétrons livres devido a choques com as

partículas constituintes do condutor.

– Unidade (SI): ohm (Ω).

– Resistência: característica do aparelho elétrico e

dos condutores elétricos (medida

experimentalmente) e varia com a temperatura

ambiente, isolamento e grupamento de

condutores.


• 1ª Lei de Ohm: a resistência R dos condutores

ôhmicos (caso dos metais) é diretamente

proporcional à diferença de potencial V

estabelecida no circuito e inversamente

proporcional à intensidade i da corrente

elétrica que o percorre.

VR

i=


• Exemplo: uma pequena lâmpada está

submetida a uma tensão de 12 V. Sabendo

que sua resistência é de 8 Ω, determine a

corrente que percorre a lâmpada.

128

VR

i

i

=

=

12

8

1,5 A

i

i

=

=


• Resistor: condutores que se aquecem com a

passagem da corrente elétrica, transformando

energia elétrica em energia térmica e a

resistência elétrica assume valores intermediários

adequados numericamente identificados.

– Reostato: resistor cuja resistência elétrica pode ser

variada.


• Resistividade: resistência elétrica que uma

unidade de volume de material oferece ao

fluxo de corrente.

– Unidade (SI): ohm metro (Ω.m)


• 2ª Lei de Ohm:

R = resistência do resistor

ρ = resistividade do material

L = comprimento do resistor

A = área da seção reta transversal do resistor

LR

Aρ=

Resistência Elétrica• Exemplo: A resistividade é característica dos materiais e a

resistência elétrica é característica do objeto. Para demonstrar isto, calcule: a) a resistência de um metro de fio de cobre de 1,5 mm² de bitola (seção reta transversal); b) a resistência de um metro de fio de cobre de 2,5 mm² de bitola (ρcobre = 1,7.10-8 Ω.m).

8

6

2

11,7.10

1,5.10

1,1.10

A

A

A

LR

A

R

R

ρ

−

−

−

=

=

= Ω

8

6

3

11,7.10

2,5.10

6,8.10

B

B

B

LR

A

R

R

ρ

−

−

−

=

=

= Ω


• Condutividade Elétrica (σ): indica a facilidade

com a qual um material é capaz de conduzir

uma corrente elétrica.

– Unidade (SI): um por ohm metro (Ω.m)-1

1σ

ρ=


• Resistência e Temperatura: para a maioria dos

materiais condutores de energia elétrica o

aumento da temperatura ocasiona o aumento

da resistência elétrica, pois isto aumenta a

amplitude de oscilação dos átomos e aumenta

a probabilidade de choques.


• Supercondutividade: propriedade física de

característica intrínseca de certos materiais

que, quando resfriados a temperaturas

extremamente baixas (ordem de 1 K), tendem

a conduzir corrente elétrica sem resistência

nem perdas.

– Utilidades: magnetos supercondutores

(aceleradores de partículas), fios supercondutores

(chips), ímãs (trens bala).


• Curto-Circuito: passagem de corrente elétrica

acima do normal em um circuito devido à

redução abrupta da resistência deste, quando

uma ligação errada é feita, eliminando

componentes do circuito.

ViR

=

Associação de Resistores

• Resistores associados em série: resistores

interligados de tal maneira que, se forem

percorridos por corrente elétrica, ela terá a

mesma intensidade em todos eles.

1 2...eq nR R R R= + + + 1 2

... nV V V V

i cte

= + + +

=


• Resistores associados em paralelo: resistores

interligados de tal maneira que fiquem todos

submetidos à mesma diferença de potencial.

1 2

1 1 1 1...

eq nR R R R= + + +

1 2...

n

V cte

i i i i

=

= + + +


• Associação Mista de Resistores:

Parte III

29

Potência Elétrica

• Potência Elétrica (P): quantidade de energia

elétrica que o equipamento é capaz de

transformar na unidade de tempo, ou seja, é o

trabalho elétrico efetuado na unidade de

tempo.

– Unidade (SI): watt (W)

Potência Elétrica

• Cálculo da Potência Elétrica (P): é resultado

do produto da tensão V disponível pela

corrente i circulante.

• Ex: seja um chuveiro elétrico de 2200 W ligado à rede de 110 V. Calcule a corrente que o percorre.

P V i= ⋅

Potência Elétrica

• Potência Elétrica dissipada num Resistor:

2P R i= ⋅

2V

PR

=

Aparelho Tensão Potência Corrente Resistência

Lâmpada 110 V 60 W 0,56 A 200 Ω

Lâmpada 110 V 100 W 0,9 A 121 Ω

Lâmpada 220 V 100 W 0,45 A 484 Ω

Chuveiro 110 V 4400 W 40 A 2,8 Ω

Chuveiro 220 V 4400 W 20 A 11 Ω

Soldador 110 V 30 W 0,3 A 403 Ω

Valores Nominais

• Tensão Nominal: tensão da rede elétrica para

a qual o produto foi fabricado.

• Potência Nominal: potência elétrica

consumida pelo produto quando submetido à

tensão nominal.

Fio Fase

Parte IV

35

Energia Elétrica

• Energia Elétrica (τ): calculada pelo produto da

potência P desenvolvida no equipamento,

pelo tempo ∆t durante o qual ele permanece

ligado.

– Unidade (SI): joule (J)

– Unidade (Usual): quilowatt-hora (kWh)

P tτ = ⋅∆

Energia Elétrica• Exemplo: considere uma casa em que mora uma família

de 5 pessoas, que o chuveiro elétrico possui potência nominal de 3000 W, o tempo médio do banho de cada pessoa é de 15 minutos e o preço médio do kWh é de R$ 0,40. Quanto se gasta por mês para tomar banho nesta casa?

Raio• Raio: descarga elétrica ocorrida entre nuvens eletrizadas e a Terra

devido a uma grande diferença de potencial, em que cargas elétricas negativas (descarga inicial), liberadas pela nuvem em direção ao solo, e o intenso campo elétrico formado em seu trajeto produz outra descarga elétrica, bem mais intensa, do solo para a nuvem (descarga de retorno) que se encontram.– Relâmpago: emissão de luz devido à forte ionização das partículas de

ar que estão no trajeto das cargas elétricas em movimento

– Trovão: forte estrondo devido ao aquecimento brusco do ar que provoca uma rápida expansão dessa massa gasosa, produzindo intensa onda de pressão.

– Duração: 0,5 s a 2 s

– Voltagem: 100 milhões V a 1 bilhão V

– Corrente: 30 mil A a 300 mi A

– Energia: 300 kWh

– Comprimento: 100 km

– Temperatura: 30 mil °C

Parte V

39

Medidores Elétricos

• Medidores Elétricos: instrumentos que

medem grandezas elétricas.

• Multímetros: instrumentos que se prestam à

medição de corrente, tensão e resistência,

bastando posicionar adequadamente uma

chave seletora para o exercício de cada

função.

• Valor de Fundo de Escala: valor máximo

indicado na escala de um medidor.


• Amperímetro: instrumento utilizado para

medir a intensidade de uma corrente elétrica,

devendo ser ligado em série.

– Símbolo:

– Amperímetro ideal: medidor hipotético em que a

resistência interna do aparelho é igual a zero.


• Voltímetro: instrumento utilizado para medir

a diferença de potencial, devendo ser ligado

em paralelo.

– Símbolo:

– Voltímetro ideal: medidor hipotético em que a

resistência interna do aparelho é infinitamente

grande.


• Ohmímetro: instrumento utilizado para medir

resistência elétrica.

– Símbolo:

– Medição: aplica-se uma tensão na resistência de

modo que uma corrente seja forçada a circular,

então usa-se a 1ª lei de Ohm.

Parte VI

44

Circuito Elétrico

• Circuito Elétrico: ligação de elementos

elétricos de modo que formem pelo menos

um caminho fechado para a corrente elétrica.

– Elementos do Circuito: resistor, indutor, capacitor,

gerador, receptor, dispositivos de segurança,

medidores elétricos, interruptores, fios, etc.

Fio de Ligação

• Fio de Ligação: fio condutor que permite o

fluxo de cargas elétricas pelo circuito.

– Símbolo:

– Fio ideal: fio condutor hipotético, cuja resistência

elétrica é igual a zero.

– Fio de Cobre: fio condutor real de resistência tão

baixa que pode ser considerado ideal.

Interruptor

• Interruptor: dispositivos por meio dos quais

abrimos ou fechamos um circuito elétrico

– Símbolo:

Interruptor

• Interruptor Simples: utilizado para ligar ou

desligar uma lâmpada e apresenta dois

terminais.

Circuito Elétrico

• Interruptor Paralelo: apresenta três terminais

e permite instalar uma lâmpada de modo que

possa ser ligada ou desligada de dois

diferentes locais.

Circuito Elétrico

• Interruptor Intermediário: dotado de quatro

terminais úteis que combinado com

interruptores paralelos, podemos ligar ou

desligar uma lâmpada de qualquer posição.

Circuito Elétrico

• Gerador: fornece energia elétrica ao circuito que ele alimenta.– Geradores Mecânicos: convertem energia mecânica

em energia elétrica.• Ex: usinas hidrelétricas

– Geradores Químicos: convertem energia potencial química em energia elétrica.• Ex: pilhas e baterias

– Geradores Luminosos: convertem energia luminosa em energia elétrica.• Ex: fotômetros e células solares

– Geradores Térmicos: convertem energia térmica diretamente em energia elétrica.• Ex: termopar

Elementos do Gerador

• Força Eletromotriz (Ԑ): diferença de potencial

existente entre os terminais de um gerador

quando não percorrido por corrente elétrica.

• Resistência Interna do Gerador (r): resistência

elétrica própria do material que compõe o

gerador.

• Símbolo do Gerador:

• Equação do Gerador: .V r iε= −


• Gerador ideal: gerador hipotético em que a

resistência interna é nula.

• Gerador em curto-circuito: toda a força

eletromotriz que o gerador produz fica

aplicada em sua resistência interna.

V ε=

0V ir

ε= ⇒ =

Fio-Terra

• Fio-Terra: a ddp que estaria aplicada em uma

pessoa, se não houvesse o fio-terra, passa a estar

“jogada” na linha de transmissão de energia, que

faz o papel de um gerador em curto-circuito.


• Potência Elétrica Total do Gerador:

• Rendimento Elétrico do Gerador (η): fração

da potência elétrica total que está sendo

transferida para quem ele alimenta.

.tP iε=

Vη

ε=


• Associação de Geradores em Série: a força

eletromotriz equivalente é a soma das forças

eletromotrizes de todos os geradores.

1 2...

eq nε ε ε ε= + + +

1 2...

eq nr r r r= + + +


• Associação de Geradores em Paralelo: a corrente que passa em cada gerador é apenas uma fração da corrente total, o que prolonga sua vida útil, e há redução da resistência interna, o que provoca maior estabilidade de tensão.

eqε ε=

eq

rr

n=

Receptor Elétrico

• Receptor Elétrico: dispositivo que recebe

energia elétrica de um gerador e converte

uma parte dela em energia não-térmica.

– Exemplo: motor elétrico.

– Símbolo:

– Força Contra-Eletromotriz (Ԑ’): parte útil da ddp

estabelecida nos terminais do receptor.

– Resistência Interna do Receptor (r’): resistência

elétrica do receptor.

` `.V r iε= +

Elementos do Receptor

• Receptor ideal: receptor hipotético em que a resistência interna é nula.

• Corrente Elétrica no Receptor: tem o sentido do positivo para o negativo.

• Potência Elétrica Útil do Receptor:

• Rendimento Elétrico do Receptor (η): fração da potência elétrica total que está sendo convertida em energia não-térmica.

`.UP iε=

`

V

εη =

Capacitor• Capacitor: componente eletrônico constituído de duas

peças condutoras (armaduras), entre elas existe um isolante, cuja função básica é armazenar cargas elétrica e, consequentemente, energia potencial eletrostática.– Símbolo:

– Exemplos: flash da máquina fotográfica, teclas do teclado.

Carga de um Capacitor

• Carga de um Capacitor (Q): o gerador passa a retirar elétrons da armadura A, que vai se eletrizando positivamente, e a introduzir elétrons na armadura B, que vai se eletrizando negativamente, até atingir o equilíbrio eletrostático.

Capacitor

• Capacitância (C): capacidade de um capacitor

de armazenar carga.

– Unidade (SI): farad (F)

QC

V=

Capacitor

• Flash: toda a energia armazenada num

capacitor é lançada na lâmpada.

Capacitor

• Tecla: quando a tecla é pressionada, a

distância entre as placas desse capacitor

diminui e, com isso, sua capacitância

aumenta, que é detectada por um circuito

eletrônico.

Capacitor

• Circuito Ressonante: para cada valor da

capacitância, o receptor sintoniza ondas de

determinada frequência.

Capacitor

• Divisor de Frequências: o capacitor bloqueia a

passagem de baixas e medias frequências, que

é reproduzido pelo Woofer, mas facilita a

chegada das frequências mais elevadas ao

Tweeter.

fiii - capitulo 03 - eletrodinamica · a qual o produto foi fabricado. ... de 5 pessoas, que o...

Documents