física - apostila iii

8/14/2019 Fsica - Apostila III

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ELETRICIDADE

Carga eltrica

A matria formada de pequenas partculas, ostomos. Cada tomo, por sua vez, constitudode partculas ainda menores, no ncleo: osprtons e os nutrons; na eletrosfera: os eltrons.s partculas eletrizadas (eltrons e prtons)chamamos "carga eltrica" .

(-)Eltrons

Condutores de eletricidade So os meios materiais nos quais h facilidadede movimento de cargas eltricas, devido apresena de "eltrons livres". Ex: fio de cobre,alumnio, etc.

Isolantes de eletricidadeSo os meios materiais nos quais no hfacilidade de movimento de cargas eltricas. Ex:vidro, borracha, madeira seca, etc.

Princpios da eletrosttica

"Cargas eltricas de mesmo sinal se repelem e desinais contrrios se atraem."

"Num sistema eletricamente isolado, a soma dascargas eltricas constante."

Corpo neutro -> N prtons = N eltronsCorpo positivo -> O corpo perdeu eltronsCorpo negativo -> O corpo ganhou eltrons

Medida da carga eltrica

q = - n.e (se houver excesso de eltrons) q = + n.e (se houver falta de eltrons)

e = 1,6.10-19 C

q = quantidade de carga (C)n = nmero de cargase = carga elementar (C)

unidade de carga eltrica no SI o coulomb (C)

usual o emprego dos submltiplos:1 microcoulomb = 1 C = 10-6C1 milecoulomb = 1mC = 10-3C

Exerccios 1. Na eletrosfera de um tomo de magnsio

temos 12 eltrons. Qual a carga eltrica desua eletrosfera?

2. Na eletrosfera de um tomo de nitrogniotemos 10 eltrons. Qual a carga eltrica desua eletrosfera?

3. Um corpo tem uma carga igual a -32. 10-6C. Quantos eltrons h em excesso nele?

4. dado um corpo eletrizado com carga +6,4.10-6C. Determine o nmero de eltronsem falta no corpo.

5. Quantos eltrons em excesso tem um corpoeletrizado com carga de -16.10-9C?

Questes 6. Qual o erro na afirmao: "Uma caneta

considerada neutra eletricamente, pois nopossui nem cargas positivas nem cargasnegativas"?

7. O que acontece quando se acrescentameltrons em um ponto de um isolante? E deum condutor?

8. Que tipo de carga eltrica se movimenta emum fio metlico?

9. O que so eltrons livres? Eles existem nosmateriais condutores ou nos isolantes?

10. Quantos tipos de carga eltrica existem nanatureza? Como se denominam?

11. Em que condies temos atrao entre duascargas eltricas? E em que condies elas se

repelem?

Prtons(+)Nutrons(0)

+ +

- -

+ -


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2

12. O que ligao terra?PROCESSOS DE ELETRIZAO

Eletrizao por atrito Quando dois corpos so atritados, pode ocorrer apassagem de eltrons de um corpo para outro.

plstico

+ + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _perde eltrons recebe eltrons

Eletrizao por contato Quando colocamos dois corpos condutores emcontato, um eletrizado e o outro neutro, podeocorrer a passagem de eltrons de um para ooutro, fazendo com que o corpo neutro seeletrize.

Antes durante depois

Eletrizao por induoA eletrizao de um condutor neutro podeocorrer por simples aproximao de um corpoeletrizado, sem que haja contato entre eles.

Ligao com a Terra "Ao se ligar um condutor eletrizado Terra, elese descarrega."

-

-

Pndulo eletrostticoO pndulo eletrosttico constitudo de umaesfera leve e pequena. Aproximando-se umcorpo eletrizado da esfera neutra, ocorrer ofenmeno da induo eletrosttica na esfera e elaser atrada pelo corpo eletrizado.

Exerccios1. Um corpo A, com carga QA = 8 C,

colocado em contato com um corpo B,inicialmente neutro. Em seguida, soafastados um do outro. Sabendo que a cargado corpo B, aps o contato, de 5 C,calcule a nova carga do corpo A.

2. Duas esferas metlicas idnticas, de cargas 4.10-6C e 6.10-6C, foram colocadas em contato.Determine a carga de cada uma aps ocontato.

Questes 3. Para evitar a formao de centelhas eltricas,

os caminhes transportadores de gasolinacostumam andar com uma corrente metlicaarrastando-se pelo cho. Explique.

4. Segurando na mo uma esfera eletrizada demetal, possvel torn-la eletrizada? Porqu? Como se deve proceder para eletrizaressa esfera?

5. Um pedao de borracha atritado em umacerta regio de sua superfcie, adquirindouma carga negativa naquela regio. Estacarga se distribuir na superfcie deborracha? Por que?

6. Por que, em dias midos, um corpoeletrizado perde sua carga com relativarapidez?

7. Que partcula transferida de um corpo parao outro no processo de eletrizao por atrito?

l

- - --

- - - - - - - -

- - - - - - - - + -+ -

_ _ _ _ _ _

++++

- -- -


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3

LEI DE COULOMB"As cargas eltricas exercem foras entre si.Essas foras obedecem ao princpio da ao ereao, ou seja, tm a mesma intensidade, amesma direo e sentidos opostos."

Q1 Q2 Fr

Fr

d

221

dQ.QKF =

F= fora de interao entre as cargas (N)Q = carga (C)d = distncia entre as cargas (m)K = constante eletrosttica (N.m2 /C2)Kvcuo= 9.109 N.m2 /C2

Exerccios 1. Dois corpos foram eletrizados

positivamente. Um dos corpos ficou comuma carga de 10-5 C e o outro com umacarga de 10-7C. Determine a fora derepulso que aparecer entre eles, se foremcolocados a uma distncia de 10-3 m um dooutro. Considere Kvcuo= 9.109 N.m2 /C2

2. Duas cargas de 8.10-4C e 2.10-3C estoseparadas por 6 m, no vcuo. Calcule ovalor da fora de repulso entre elas.

3. Duas cargas eltricas Q1 = 10.10-6C e Q2 = -2.10-6C esto situadas no vcuo e separadaspor uma distncia de 0,2 m. Qual o valor

da fora de atrao entre elas?4. Uma carga de 10-12 C colocada a umadistncia de 10-5 m de uma carga Q. Entreas cargas aparece uma fora de atraoigual a 27.10-4 N. Determine o valor dacarga Q. Considere Kvcuo= 9.109 N.m2 /C2

5. Uma carga de 10-9 C colocada a umadistncia de 2.10-2 m de uma carga Q. Entreas cargas aparece uma fora de atraoigual a 9.10-5 N. Determine o valor da cargaQ. Considere Kvcuo= 9.109 N.m2 /C2

6. A que distncia no vcuo devem sercolocadas duas cargas positivas e iguais a10-4C, para que a fora eltrica de repulsoentre elas tenha intensidade 10 N?

7. Colocam-se no vcuo duas cargas eltricasiguais a uma distncia de 2 m uma da outra.A intensidade da fora de repulso entreelas de 3,6.102 N. Determine o valor dascargas.

8. Duas cargas eltricas puntiformes positivase iguais a Q esto situadas no vcuo a 2 mde distncia, Sabendo que a fora derepulso mtua tem intensidade 0,1 N,calcule Q.

Questes 9. possvel uma carga eltrica ser atrada portrs outras cargas fixas e permanecer emequilbrio? Faa um esquema justificando aresposta.

10. Descreva o mtodo utilizado por Coulombpara medir a fora eltrica.

11. A fora de interao eltrica obedece aoprincpio da ao e reao?

Exerccios complementares

12. A distncia entre um eltron e o prton notomo de hidrognio da ordem de 5,3.10-11m. Determine a a fora de atraoeletrosttica entre as partculas.

13. Uma pequena esfera recebe uma carga de40 C e outra esfera, de dimetro igual,recebe uma carga -10 C. As esferas socolocadas em contato e afastadas de 5.10-2 m. Determine a fora de interao entreelas.

14. Duas cargas puntiformes Q1

= 10-6 C e Q2

=4.10-6 C esto fixas nos pontos A e B eseparadas pela distncia de 0,3 m no vcuo.Determine a fora eltrica resultante sobreuma terceira carga Q3 = 2.10-6 C, colocadano ponto mdio do segmento AB.

Q1 Q3 Q2

d dA B

+ +

+ ++


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4

CAMPO ELTRICO "Existe uma regio de influncia da carga Q

onde qualquer carga de prova q, nela colocada,estar sob a ao de uma fora de origemeltrica. A essa regio chamamos de campoeltrico."

Er

Er

O campo eltricoEr

uma grandeza vetorial.A unidade de E no SI N/C.

qFEr

r

=

E = Intensidade do campo eltrico (N/C)F = Fora (N)q = carga de prova (C)

Orientao do campo eltrico

Q +q Er

E

r

Fr

Q -q Er

E

r

Fr

Q Er

+qE

r

Fr

Q Er

-qE

r

Fr

Exerccios 1. Calcule o valor do campo eltrico num ponto

do espao, sabendo que uma fora de 8Natua sobre uma carga de 2C situada nesseponto.

2. Devido ao campo eltrico gerado por umacarga Q, a carga q = +2.10-5 fica submetida fora eltrica F = 4.10-2N. Determine o valordesse campo eltrico.

3. O corpo eletrizado Q, positivo, produz numponto P o campo eltricoE

r

, de intensidade2.105 N/C. Calcule a intensidade da foraproduzida numa carga positiva q = 4.10-6 Ccolocada em P.

4. Em um ponto do espao, o vetor campoeltrico tem intensidade 3,6.103 N/C. Umacarga puntiforme de 1.10-5 C colocada nesseponto sofre a ao de uma fora eltrica.Calcule a intensidade da fora.

5. Uma carga de prova q = -3.10-6 C, colocadana presena de um campo eltricoE

r

, ficasujeita a uma fora eltrica de intensidade9N, horizontal, da direita para a esquerda.Determine a intensidade do vetor campo

eltrico e sua orientao.6. Num ponto de um campo eltrico, o vetorcampo eltrico tem direo vertical, sentidopara baixo e intensidade 5.103 N/C. Coloca-se, neste ponto, uma pequena esfera de peso2.10-3 N e eletrizada com cargadesconhecida. Sabendo que a pequena esferafica em equilbrio, determine: a) Aintensidade, a direo e o sentido da foraeltrica que atua na carga; b) O valor dacarga.

7.

Sobre uma carga de 2C, situada num pontoP, age uma fora de 6N. No mesmo ponto, sesubstituirmos a carga de por uma outra de3C, qual ser o valor da fora sobre ela?

8. Sobre uma carga de 4C, situada num pontoP, atua uma fora de 8N. Se substituirmos acarga de 4C por uma outra de 5C, qual ser aintensidade da fora sobre essa carga quandocolocada no ponto P?

Questes

+

+

-

-

+ -


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5

9. O que acontece com um corpo eletrizadoquando colocado numa regio onde existeum campo eltrico?

Campo eltrico de uma carga puntiforme"O vetor campo eltrico em um ponto Pindepende da carga de prova nele colocada."

Q Er

P

d

2dQKE =

Q = carga que gera o campo (C)d = distncia da carga ao ponto PK = constante eletrosttica (N.m2 /C2)Kvcuo= 9.109 N.m2 /C2

Exerccios1. Calcule o campo eltrico criado por uma

carga Q = 2.10-6 C, situada no vcuo, em umponto distante 3.10-2m de Q.

2. Calcule o campo eltrico gerado por umacarga Q = - 4.10-6 C, situada no vcuo, emum ponto distante 0,6m de Q. Faa tambmum esquema representando a carga Q e ovetor campo eltrico.

3. Uma carga Q, positiva, gera no espao umcampo eltrico. Num ponto P, a 0,5m dela ocampo eltrico tem intensidade E = 14,4.106 N/C. Sendo o meio o vcuo, determine Q.

4. Considere uma carga Q, fixa, de -5.10-6 C, novcuo. a) Determine o campo eltrico criadopor essa carga num ponto A localizado a 0,2m da carga; b) Determine a fora eltrica queatua sobre uma carga q = 4.10-6 C, colocadano ponto A.

5. O diagrama representa a intensidade docampo eltrico, originado por uma carga Q,fixa, no vcuo, em funo da distncia carga. Determine: a) o valor da carga Q, queorigina o campo; b) o valor do campoeltrico situado num ponto P, a 0,5 m dacarga Q.

E (N/C)

5,4.106

0,1 d(m)ENERGIA POTENCIAL ELTRICA "Energia potencial corresponde a capacidade dafora eltrica realizar trabalho."

Q q

d

dq.QKEP =

EP = Energia potencial eltrica (J)Q = carga eltrica (C)q = carga de prova (C)d = distncia entre as cargas (m)K = constante eletrosttica (N.m2 /C2)Kvcuo= 9.109 N.m2 /C2

A energia potencial uma grandeza escalar.No SI, a energia medida em Joule ( J ).

Exerccios 6. No campo eltrico produzido por uma carga

pontual Q = 3.10-2 C, qual a energiapotencial eltrica de uma carga q = 3.10-7 C,colocada a 12.10-2 m de Q? Considere ascargas no vcuo.

7. No campo produzido por uma carga pontualQ = 5.10-3 C, qual a energia potencialeltrica de uma carga q = - 4.10-8 C, situada a9.10-2 m de Q? Considere as cargas novcuo.

Questes 8. Do ponto de vista energtico, qual a

semelhana entre dois blocos unidos por umamola, comprimida entre eles, e dois objetosprximos, eletrizados com cargas de mesmosinal?

9. Quando uma carga eltrica se aproxima deoutra de sinal contrrio, a sua energiapotencial eltrica aumenta ou diminui?

10. Quando uma carga eltrica se afasta de outradevido repulso mtua, a energia potencial

+ + +


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7

1m 1m 1m

RELAO ENTRE TRABALHO EDIFERENA DE POTENCIAL (DDP)"O trabalho realizado pela fora eltrica, nodeslocamento de uma carga q de um ponto Aat um ponto B, pode ser calculado a partir dospotenciais dos pontos A e B."

Q A B

q

AB = q (VA - VB) AB = q.U

U = diferena de potencial (ddp), medido emvolts.U = VA - VB

Exerccios 1. Determinar o trabalho realizado pela fora

eltrica para transportar uma carga q = 6.10-

6 C de um ponto A at um ponto B, cujospotenciais so, respectivamente, 60V e40V.

2. Uma partcula eletrizada com cargaq=7,5 C encontra-se num campo eltrico.A partcula deslocada de um ponto A(VA=30V) at um ponto B (VB=18V). Qualo trabalho da fora eltrica?

3. Num campo eltrico, transporta-se umacarga q de 2.10-6C de ponto X at um pontoY. O trabalho da fora eltrica de -6.10-5J.Determine a ddp entre os pontos X e Y.

4. No campo eltrico de carga Q=3 C sodados dois pontos, A e B, conforme a figuraabaixo. Determine: a) os potenciaiseltricos de A e de B; b) o trabalho da foraeltrica que atua sobre uma carga eltrica q= 1 C, no deslocamento de A para B. Omeio o vcuo.

+Q A B

q

0,3m0,6m

CORRENTE ELTRICA"As cargas eltricas em movimento ordenadoconstituem a corrente eltrica. As cargaseltricas que constituem a corrente eltrica soos eltrons livres, no caso do slido, e os ons,no caso dos fludos."

Intensidade da corrente eltrica

tqi

=

q = n.e

i = corrente eltrica (A) q = carga eltrica (C) t = tempo (s)

n = nmero de cargase = carga elementar (C)e = 1,6.10-19 C

Unidade de corrente eltrica no SI ampre(A)

Tipos de corrente - Corrente contnua aquela cujo sentido se mantm constante.

Ex: corrente de uma bateria de carro, pilha, etc.- Corrente alternada aquela cujo sentido varia alternadamente.Ex: corrente usada nas residncias.

Propriedade grfica"No grfico da corrente em funo do tempo, area sob a curva, numericamente igual aquantidade de carga que atravessa o condutor."

i (A)

+

+


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iA A = q

0 t1 t2 t (s)Exerccios 1. Por uma seco transversal de um fio de

cobre passam 20C de carga em 2 segundos.Qual a corrente eltrica?

2. Em cada minuto, a seco transversal de umcondutor metlico atravessada por umaquantidade de carga eltrica de 12C. Qual acorrente eltrica que percorre o condutor?

3. O filamento de uma lmpada percorridopor uma corrente de 2A. Calcule a cargaeltrica que passa pelo filamento em 20segundos.

4. Um condutor metlico percorrido por umacorrente de 10.10-3A. Qual o intervalo detempo necessrio para que uma quantidadede carga eltrica igual a 3C atravesse umaseco transversal do condutor?

5. Pela seco transversal de um condutormetlico passam 6.1020 eltrons durante 2s.Qual a corrente eltrica que atravessa ocondutor? dada a carga eltricaelementar: e = 1,6.10-19 C.

6. Um condutor metlico percorrido poruma corrente eltrica contnua de 8A.Determine o nmero de eltrons queatravessam uma seco transversal docondutor em 5s. dada a carga eltricaelementar: e = 1,6.10-19 C.

7. Um condutor percorrido por uma correntede intensidade 20A. Calcule o nmero deeltrons que passam por uma seco

transversal do condutor em 1s (e = 1,6.10-19

C).8. O grfico abaixo ilustra a variao da

corrente eltrica em um fio condutor, emfuno do tempo. Qual a carga eltricaque passa por uma seco transversal dessecondutor, em 5s?

i (A)30

0 5 t (s)

9. O grfico abaixo representa a corrente

eltrica em um fio condutor, em funo dotempo. Qual a carga eltrica que passa poruma seco transversal desse condutor, em3s?

i (A)6

0 1 2 3 t (s)

10. No grfico tem-se a intensidade da correnteeltrica atravs de um condutor em funodo tempo. Determine a carga que passa poruma seco transversal do condutor em 8s.

i (A)6

0 4 8 t (s)

Questes 1. Por que alguns eltrons recebem a

denominao de eltrons livres?2. O que diferencia a corrente eltrica

produzida por uma pilha da corrente eltricaproduzida numa usina hidreltrica?

3. Diga, com suas palavras, o que umacorrente eltrica.

4. O que necessrio para ser estabelecida umacorrente eltrica num fio condutor?5. Em que usada a fita isolante? Por qu?

Exerccios complementares11. A corrente eltrica de um aquecedor

eltrico 7,5 A. Qual a quantidade de cargaeltrica que passa pelo aquecedor em 30segundos?

12. Um fio atravessado por 2.1020 eltrons em20s. Qual a intensidade da corrente eltricanesse fio?


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13. Uma lmpada de lanterna atravessada poruma carga de 90 C no intervalo de tempo de1 minuto. Qual a intensidade da corrente,em ampre?

EFEITOS DA CORRENTE ELTRICA

Na passagem de uma corrente por um condutorobservam-se alguns efeitos, que veremos aseguir.

a) Efeito trmico ou efeito JouleQualquer condutor sofre um aquecimento ao seratravessado por uma corrente eltrica.Esse efeito a base de funcionamento dosaquecedores eltricos, chuveiros eltricos,secadores de cabelo, lmpadas trmicas etc.

b) Efeito luminoso Em determinadas condies, a passagem dacorrente eltrica atravs de um gs rarefeito fazcom que ele emita luz. As lmpadasfluorescentes e os anncios luminosos. soaplicaes desse efeito. Neles h atransformao direta de energia eltrica emenergia luminosa.

c) Efeito magntico Um condutor percorrido por uma correnteeltrica cria, na regio prxima a ele, um campomagntico. Este um dos efeitos maisimportantes, constituindo a base dofuncionamento dos motores, transformadores,rels etc.

d) Efeito qumico Uma soluo eletroltica sofre decomposio,quando atravessada por uma corrente eltrica. a eletrlise. Esse efeito utilizado, porexemplo, no revestimento de metais: cromagem,niquelao etc.

Questes 1. Por meio de qual processo se obtm luz

numa lmpada de filamento?2. Cite um exemplo onde o aquecimento de um

fio condutor inconveniente. Cite umexemplo onde o aquecimento desejvel.

3. Qual a propriedade da corrente eltrica quepermitiu a construo dos primeirosinstrumentos de medida?

4. Compare as lmpadas incandescentes e aslmpadas fluorescentes e estabelea asvantagens e desvantagens de cada um dostipos.

ELEMENTOS DE UM CIRCUITOELTRICO

Para se estabelecer uma corrente eltrica sonecessrios, basicamente: um gerador de energiaeltrica, um condutor em circuito fechado e umelemento para utilizar a energia produzida pelogerador. A esse conjunto denominamos circuitoeltrico.

lmpada i

Chave fonte

a) Gerador eltrico um dispositivo capaz de transformar emenergia eltrica outra modalidade de energia. Ogerador no gera ou cria cargas eltricas. Suafuno fornecer energia s cargas eltricas queo atravessam. Industrialmente, os geradores maiscomuns so os qumicos e os mecnicos. Qumicos : aqueles que transformam energiaqumica em energia eltrica. Exemplos: pilha ebateria. Mecnicos : aqueles que transformam energiamecnica em eltrica. Exemplo: dnamo demotor de automvel.

i+ -

b)Receptor eltrico um dispositivo que transforma energia eltricaem outra modalidade de energia, noexclusivamente trmica. O principal receptor omotor eltrico, que transforma energia eltrica


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em mecnica, alm da parcela de energiadissipada sob a forma de calor.

i+ -

c) Resistor eltrico um dispositivo que transforma toda a energiaeltrica consumida integralmente em calor.Como exemplo, podemos citar os aquecedores, oferro eltrico, o chuveiro eltrico, a lmpadacomum e os fios condutores em geral.

d) Dispositivos de manobra So elementos que servem para acionar oudesligar um circuito eltrico. Por exemplo, aschaves e os interruptores.

e) Dispositivos de segurana So dispositivos que, ao serem atravessados poruma corrente de intensidade maior que aprevista, interrompem a passagem da correnteeltrica, preservando da destruio os demaiselementos do circuito. Os mais comuns so osfusveis e os disjuntores.

f) Dispositivos de controle So utilizados nos circuitos eltricos paramedir a intensidade da corrente eltricae a ddp existentes entre dois pontos, ou,simplesmente, para detect-las. Os mais comunsso o ampermetro e o voltmetro Ampermetro : aparelho que serve para medir aintensidade da corrente eltrica.

Voltmetro : aparelho utilizado para medir adiferena de potencial entre dois pontos de umcircuito eltrico.

RESISTORES "Resistores so elementos de circuito queconsomem energia eltrica, convertendo-aintegralmente em energia trmica."

Lei de Ohm R i

UU = R.i

U = (ddp) diferena de potencial (V)R = resistncia eltrica ( )i = corrente eltrica (A)

No SI, a unidade de resistncia eltrica o ohm( )

Curva caracterstica de um resistor hmico

U

U3U2 U1

0 i1 i2 i3 i

RiU

= (constante)

Exerccios 1. Um chuveiro eltrico submetido a uma

ddp de 220V, sendo percorrido por uma

corrente eltrica de 10A. Qual aresistncia eltrica do chuveiro?

A

V


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2. Determine a ddp que deve ser aplicada aum resistor de resistncia 6 para seratravessado por uma corrente eltrica de2A.

3. Uma lmpada incandescente submetida auma ddp de 110V, sendo percorrida poruma corrente eltrica de 5,5A. Qual ,nessas condies, o valor da resistnciaeltrica do filamento da lmpada.

4. Nos extremos de um resistor de 200 ,aplica-se uma ddp de 100V. Qual a correnteeltrica que percorre o resistor?

5. Um resistor hmico, quando submetido auma ddp de 20V, percorrido por umacorrente eltrica de 4 A. Para que o resistor

seja percorrido por uma corrente eltrica de3A, que ddp deve ser aplicada a ele?6. A curva caracterstica de um resistor

hmico dada abaixo. Determine suaresistncia eltrica.

U (V)

2510

0 2 5 i (A)

7. A curva caracterstica de um resistorhmico dada abaixo. Determine suaresistncia eltrica R e o valor de i2.

U (V)

10040

0 4 i2 i (A)

8. A curva caracterstica de um resistor dadaabaixo. Determine sua resistncia eltrica Re o valor de U2 e i2.

U (V)

U2

83

0 i1 4 7 i (A)

POTNCIA DISSIPADA NO RESISTOR

P = U.i P = R.i2 RUP

2

=

Unidade de potncia no SI: W (watt)

Exerccios 9. Quando uma lmpada ligada a uma tenso

de 120V, a corrente que flui pelo filamentoda lmpada vale 1A. Qual a potncia dalmpada?

10. Calcule a corrente que percorre o filamentode uma lmpada de 120V e 60W.

11. Em um resistor, de resistncia igual a10 , passa uma corrente com intensidadede 2A. Calcule a potncia dissipada noresistor.

12. De acordo com o fabricante, umdeterminado resistor de 100 podedissipar, no mximo, potncia de 1 W. Qual a corrente mxima que pode atravessaresse resistor?

13. Num certo carro, o acendedor de cigarrostem potncia de 48W. A ddp no sistemaeltrico desse carro 12V. Qual aresistncia eltrica do acendedor decigarros?

14. Sob tenso de 10V, um determinado resistordissipa 5W de potncia. Qual a resistnciadesse resistor?

Questes 15. Uma lmpada de filamento apresenta o

valor escrito sobre o vidro (40W, 60W,100W). Qual o significado desse valor?

16. que acontecer se ligarmos uma lmpada

com as inscries (60W-110V) na tenso220V. Por qu?


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17. O que seria um condutor eltrico ideal? Vocacha que os fios da instalao de sua casapodem ser considerados condutores ideais?

18. Como voc explica o aquecimento de fiosmetlicos, quando uma corrente eltricapassa por eles?

19. Indique a principal transformao de energiaque ocorre com o funcionamento de: umchuveiro; um liquidificador; uma lmpadaincandescente.

ENERGIA CONSUMIDA

E = P. t

E = energia (J, KWh)

P = potncia (W) t = tempo (s)

No SI a unidade de energia o joule (J), mastambm muito utilizado o kWh.1kWh a energia consumida, com potncia de1kW, durante 1 hora.

Exerccios 1. Qual o consumo de energia, durante um

ms, em kWh, de um chuveiro de 4000W,que utilizado meia hora por dia?2. Qual o consumo de energia, em kWh de

uma lmpada de 60W que fica acesa 5h pordia durante os 30 dias do ms?

3. Em um ferro eltrico, l-se a inscrio600W-120V. Isso significa que, quando oferro eltrico estiver ligado a uma tenso de120V, a potncia desenvolvida ser de600W. Calcule a energia eltrica (em kWh)consumida em 2h.

4. Uma torradeira dissipa uma potncia de3000W. Ela utilizada durante 0,5h. Pede-se: a) a energia eltrica consumida em kWh;b) o custo da operao, considerando opreo do kWh igual a R$ 0,12.

5. Uma lmpada de 100W permanece acesadurante 20h. a) Determine a energia eltricaconsumida em kWh; b) Determine o custoque essa lmpada representa considerando opreo do kWh igual a R$ 0,12.

6. Um ferro eltrico consome uma potncia de1100W quando ligado a uma tenso de

110V. a) Qual a energia consumida (emkWh) em 2 horas; b) Qual o custo daoperao para 2 horas, sabendo que o preodo kWh de R$ 0,12?

7. Um fio de resistncia eltrica igual a 50 submetido a uma ddp de 20V. Qual aenergia dissipada no fio em 1 minuto?

ASSOCIAO DE RESISTORES

Associao de resistores em srie "Vrios resistores esto associados em sriequando so ligados um em seguida do outro, demodo a serem percorridos pela mesmacorrente."

i R1 R2 R3

U1 U2 U3

i Req

U

Req = resistncia equivalente ( )U = ddp da associao (V)

U = U1 + U2 + U3i = i1 = i2 = i3Req = R1 + R2 + R3

Exerccios 1. Considere a associao em srie de resistores

esquematizada abaixo. Determine: a) aresistncia equivalente da associao; b) acorrente eltrica i; c) a ddp em cada resistor.

R1=2 R2=4 R3=6 A B

U=36V


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13

2. Na associao representada abaixo, aresistncia do resistor equivalente entre ospontos A e B vale 28 . Calcule o valor daresistncia R1.

R1 10 4 6

A B

3. Um fogo eltrico, contm duas resistnciasiguais de 50 . Determine a resistnciaequivalente da associao quando essasresistncias forem associadas em srie.

4. A intensidade da corrente que atravessa osresistores da figura abaixo vale 0,5 A.Calcule: a) a resistncia equivalente; b) addp em cada resistor; c) a ddp total.

R1= 6 R2=2

R3=4

5. Associam-se em srie dois resistores, sendoR1=10 e R2=15 . A ddp entre osextremos da associao de 100V.Determine: a) a resistncia equivalente daassociao; b) a corrente que atravessa osresistores; c) a ddp em cada resistor.

6. Duas resistncias R1 = 1 e R2 = 2 estoligadas em srie a uma bateria de 12 V.Calcule: a) a resistncia equivalente; b) acorrente total do circuito.

Associao de resistores em paralelo "Vrios resistores esto associados em paraleloquando so ligados pelos terminais de modoque fiquem submetidos mesma ddp."

i1 R1

i i2 R2

i3 R3

U

i Req

UReq= resistncia equivalente ( )

U = ddp da associao (V)U = U1 = U2 = U3i = i1 + i2 + i3

321eq R1

R1

R1

R1

++=

Exerccios 7. Duas resistncias R1 = 2 e R2 = 3 esto

ligadas em paralelo a uma bateria de 12 V.Calcule: a) a resistncia equivalente daassociao; b) as correntes i1 e i2; c) acorrente total do circuito.8. Calcule o resistor equivalente da associaorepresentada pela figura abaixo.

R1=2

R2=3

R3=6

9. Um fogo eltrico, contm duas resistnciasiguais de 50 . Determine a resistnciaequivalente da associao quando essasresistncias forem associadas em paralelo.

10. Calcule o valor da resistncia R1, sabendoque a resistncia equivalente da associaovale 4 .

R1

R2=12

11. Na associao da figura, a corrente quepassa por R1 3A. Calcule: a) a resistnciaequivalente; b) a corrente que passa por R2.

i1 R1= 8


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14

i2 R2=12

12. No circuito esquematizado abaixo determinea resistncia equivalente entre A e B.

A 15 10

B

Associao mista de resistores

Exerccios 1. Determine a resistncia equivalente das

associaes esquematizadas a seguir.a)

R1=6 R3=10

R2=12

b)R1=2

R2=5 R4=5

R3=10

c)3 3

3

d)2

15 10

2

e)1 2

10 6

4 2

Leituras no Ampermetro e no Voltmetro

- Ampermetro ideal : no tem resistnciainterna ( ligado em srie).

- Voltmetro ideal : tem resistncia internainfinitamente grande ( ligado em paralelo).

Gerador eltrico "Levando-se em conta a resistncia interna dogerador, percebemos que a ddp U entre osterminais menor do que a fora eletromotriz(fem), devido perda de ddp na resistnciainterna."

i - + r

E

U

U = E - r.i

Circuitos eltricos

=

RE

i

E = soma de todas as foras eletromotrizesdo circuito. R = soma de as resistncias do mesmocircuito.

Exerccios 2. Determine a intensidade da corrente que

circula em cada um dos circuitos abaixo.


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15

a)20V 2

i

30 7

1 40Vb) 50V 2

3 15

5 i

3. Quais as leituras do ampermetro e dovoltmetro no circuito abaixo?

2 3 50V

1 4

4. No circuito da figura, calcule a leitura dovoltmetro ideal V.

R =2 E=24V

R2=10

5. Determine o valor da resistnciadesconhecida em cada um dos circuitosabaixo.

a) 100V r

10 10

20 i = 2Aa) 6 20V

R 7

i=0,5A30V 4

6. Calcule o valor de cada uma das correntesnos circuitos abaixo.

a)i 24V

i1 6

i2 3

b)i 72V

i1 12

i2 6

Questes7. Por que nas instalaes eltricas residenciais

as ligaes so todas feitas em paralelo?

V


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16

8. Explique a funo de um fusvel em umcircuito eltrico.

9. Num prdio havia muito problema comqueima de fusveis. Um eletricista de esquinadeu uma soluo bem econmica: trocoutodos os fusveis, colocando fusveis quesuportam maior corrente. O que voc achadessa soluo?

10. Cite trs exemplos de geradores deeletricidade.

CAMPO MAGNTICO "Campo magntico toda regio ao redor de umim ou de um condutor percorrido por correnteeltrica."

- Plos magnticos de mesmo nome serepelem e de nomes constrrios se atraem.

- Se seccionarmos um im ao meio, surgironovos plos norte e sul em cada um dospedaos, constituindo cada um deles umnovo im.

Campo magntico criado por um condutorretilneo "Segure o condutor com a mo direita de modoque o polegar aponte no sentido da corrente. Osdemais dedos dobrados fornecem o sentido dovetor campo magntico, no ponto considerado.(Regra da mo direita) "

i iB

r

Br

Br

Br

r

r.2i.B

=

B = intensidade do vetor campo magntico emum ponto (T) = permeabilidade magntica do meio (T.m/A)

0 = 4 .10-7

T.m/A (no vcuo)

r = distncia do ponto ao fio (m)

A unidade deBr

no SI o tesla (T).

Exerccios 1. Um fio retilneo e longo percorrido por

uma corrente eltrica contnua i = 2A.Determine o campo magntico num pontodistante 0,5m do fio. Adote0 = 4 .10-7 T.m/A

2. Um condutor reto e extenso percorrido poruma corrente de intensidade 2A. Calcular aintensidade do vetor campo magntico numponto P localizado a 0,1 m do condutor. Omeio o vcuo.

3.

A 0,4 m de um fio longo e retilneo o campomagntico tem intensidade 4.10-6 T. Qual acorrente que percorre o fio? Adote0 =4 .10-7 T.m/A.

4. Dada a figura, determine a intensidade docampo magntico resultante no ponto P.

i1

0,1m P 0,2m i2

Dados:0 = 4 .10-7 T.m/A.

i1 = 4 Ai2 = 10 A

5. Dada a figura, determine a intensidade docampo magntico resultante no ponto P.

i2

i1 0,6m P 0,2m

Dados:0 = 4 .10-7 T.m/A.

i1 = 3Ai2 = 5 A

Questes

N S


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6. Como podemos verificar experimentalmentese existe um campo magntico em um certoponto do espao?

7. O que acontece se colocarmos um im sobreuma fita magntica?

8. Sabe-se que a Lua, ao contrrio da Terra, nopossui um campo magntico. Sendo assim,poderia um astronauta se orientar em nossosatlite usando uma bssola comum?Explique.

Campo magntico no centro de uma espiracircular

i i

R.2i.B =

R = raio da espira

Exerccios 1. A espira da figura tem raio 0,2 m e

percorrida por uma corrente de 5A nosentido horrio. Determine a intensidade e aorientao do vetor campo magntico nocentro da espira. Adote0 = 4 .10

-7 T.m/A.

i

2. Uma espira circular de raio R=0,2 m percorrida por uma corrente eltrica de

intensidade i=8A, conforme a figura. D ascaractersticas do vetor campo magntico nocentro da espira. Dado:0 = 4 .10

-7 T.m/A.

i

3. Duas espiras circulares concntricas ecoplanares de raios 0,4 m e 0,8 m so

percorridas por correntes de intensidades 1A

e 4A , respectivamente, conforme mostra afigura. Determine a intensidade do vetorcampo magntico resultante no centro dasespiras. Dado: 0 = 4 .10

-7 T.m/A.

1 4A

Campo magntico no interior de um solenide"Um condutor enrolado em forma de espiras denominado solenide."

iB

r

i

l

li.N.B =

N = nmero de espirasl = comprimento do solenide

Exerccios4. Um solenide de 1 metro de comprimento

contm 500 espiras e percorrido por umacorrente de 2A. Determinar a intensidade dovetor campo magntico no interior dosolenide. Dado: 0 = 4 .10-7 T.m/A.

5. Considere um solenide de 0,16m decomprimento com 50 espiras. Sabendo que osolenide percorrido por uma corrente de20A, determine a intensidade do campomagntico no seu interior.6. Um solenide de 1 metro de comprimentocontm 1000 espiras e percorrido por umacorrente de i. Sabendo que o vetor campomagntico no seu interior vale 8 . 10-4 T,determine i. O solenide est no vcuo.

7. No interior de um solenide de comprimento0,16m, registra-se um campo magntico deintensidade 5 .10-4 T, quando ele percorrido por uma corrente de 8A. Quantasespiras tem esse solenide? Adote0 =4 .10-7 T.m/A

1A


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Questes9. Explique o princpio de funcionamento de

uma campainha.10. O que um eletrom? Como funciona?11. Um aluno estava usando uma bssola para

orientar-se no interior da sala de laboratrio.Num certo momento, a agulha mudourepentinamente de posio. Como seexplicaria esse movimento da agulha?

Fora magntica "Uma carga eltrica q lanada dentro de umcampo magntico B, com uma velocidade v,sofre a ao de uma fora F.

q

Br

vr

Fr

F = qvB sen

O sentido da fora dado pela regra da moesquerda.

Fr

(polegar)

Br

(indicador)

vr (mdio)

- A fora magntica sobre cargas eltricasassume valor mximo quando elas so

lanadas perpendicularmente direo docampo magntico.

q

Br

vr

Fr

F = qvB

- Cargas eltricas em repouso ou lanadas namesma direo do campo magntico nosofrem a ao da fora magntica.

Exerccios 1. Uma partcula de carga 6.10-8 C lanada

perpendicularmente a um campo magnticouniforme de intensidade 4.10-2 T, comvelocidade 103 m/s. Determinar a intensidadeda fora magntica que atua sobre ela.

2. Uma carga eltrica puntiforme de 20.10-6 C, lanada com velocidade de 4m/s, numadireo perpendicular a um campomagntico, e fica sujeita a uma fora deintensidade 8.10-5 N. Qual a intensidade docampo magntico?

3. Uma carga eltrica de 10-15 C lanadaperpendicularmente a um campo magnticode 10-2 T, ficando sob a ao de uma fora de10-15 N. Determine a velocidade com que acarga foi lanada no campo.

4. Uma partcula eltrica de carga q=4.10-6 Cdesloca-se com velocidade 2.102 m/s,formando um ngulo =45o com um campomagntico uniforme de intensidade 16.104 T,conforme indica a figura. Determine a foramagntica que atua sobre a partcula.

Br

q vr

5. Represente a fora magntica que atua sobrea carga q, lanada com velocidade v numcampo magntico B, nos seguintes casos:

Br

vr q

q Br

vr

Br

q Br

q

vr vr

_

+

+

_


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Questes6. Um campo magntico atua em uma carga em

repouso?7. Colocado no campo magntico de um im,

um fio percorrido por uma corrente sofre aao de uma fora magntica, emdeterminado sentido. Quais as alternativaspossveis para inverter o sentido dessa fora?

física - apostila iii

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