ELETRICIDADE

Habilidades 05 e 06

A importância da eletricidade

Eletricidade é necessária para o funcionamento de boa parte do que usamos na nossa época.

Ela permite que tenhamos:

Video-games, computadores, televisões, aparelhos de rádio, geladeiras, fornos de micro-ondas, chuveiros, lâmpadas, chapinhas, etc.

O que é a eletricidade?

A base da eletricidade é a carga elétrica.

Carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria que pode ter sinal positivo ou negativo.

Cargas de sinais opostos se atraem e cargas de mesmo sinal se repelem.

Na prática...

A matéria é feita de átomos.

Um modelo atômico usual considera que há um núcleo com prótons (que possuem a carga elétrica positiva fundamental) com elétrons em volta (que possuem a carga elétrica negativa fundamental)

Na prática...

Como os elétrons em volta são muito mais fáceis de retirar (ou colocar) do que os prótons do núcleo, alteramos a carga elétrica total de um corpo tirando ou colocando elétrons.

Então

Um corpo que tenha mais elétrons do que prótons está carregado negativamente.

Um corpo que tenha mais prótons do que elétrons está carregado positivamente.

Então

O valor da carga elétrica total de um corpo é o número de elétrons (ou prótons) em excesso multiplicado pelo valor da carga elementar.

A carga elétrica elementar é definida como 1,6x10-19 C (Coulomb).

Q = n.e

Onde Q é a carga total, e é a carga elementar e n é o número de prótons ou elétrons em excesso.

Intensidade de Corrente Elétrica

Quando cargas elétricas se deslocam de um ponto a outro de forma ordenada temos uma corrente elétrica.

O valor da corrente elétrica é a quantidade de carga deslocada em um certo intervalo de tempo. No Sistema Internacional, a corrente elétrica é medida em A (Ampére).

i = Q / Δt

Onde i é a intensidade de corrente, Q é a carga total e Δt é o intervalo de tempo em que isso ocorre.

Intensidade de Corrente Elétrica

Quando cargas elétricas se deslocam de um ponto a outro de forma ordenada temos uma corrente elétrica.

O valor da corrente elétrica é a quantidade de carga deslocada em um certo intervalo de tempo. No Sistema Internacional, a corrente elétrica é medida em A (Ampére).

i = Q / Δt

Onde i é a intensidade de corrente, Q é a carga total e Δt é o intervalo de tempo em que isso ocorre.

Diferença de Potencial

Para a carga elétrica se mover, é preciso que ela saia de uma região com potencial elétrico maior e se desloque para uma região com potencial elétrico menor. Portanto, para haver corrente, é preciso que haja uma diferença de potencial (d.d.p.)

Pense numa pilha: quando ela é colocada no aparelho, a fiação do aparelho permite mandar os elétrons do potencial negativo para o potencial positivo.

No Sistema Internacional,potencial e d.d.p. são medidos em V (Volts).

Sentido da corrente elétrica

Nós convencionamos que a corrente elétrica é o deslocamento da carga elétrica do potencial positivo para o negativo (sentido convencional).

Porém, o que realmente ocorre é que os elétrons saem do potencial negativo para o positivo (sentido real).

Resistência Elétrica

Materiais podem facilitar a passagem de corrente elétrica (nesse caso, são condutores) ou podem dificultar a passagem da corrente (nesse caso, são isolantes).

Um material condutor (como um metal) tem baixa resistência elétrica, já um material isolante (como plástico) tem alta resistência elétrica.

Resistência seria a dificuldade que o material apresenta à passagem de corrente. No Sistema Internacional é medida em Ω (Ohm).

Primeira Lei de Ohm

A resistência elétrica de um corpo atravessado por uma corrente é a diferença de potencial em seus extremos dividida pelo valor da corrente.

R = U/i

Onde R é a resistência, U é a diferença de potencial e i é o valor da corrente elétrica.

Normalmente, guardamos essa equação como U = R.i

Segunda Lei de Ohm

A resistência elétrica também pode ser definida pelo tipo de material, seu comprimento e sua área de secção transversal (“grossura”). Nesse caso, a resistência é definida por:

R = ρ.L / A

Onde:R é a resistência (medida em Ω)ρ é a resistividade do material (medida em Ω.m)L é o comprimento do resistor (medido em m)A é a área de secção do resistor (medido em m2)

Circuitos Elétricos

Quando um fio é colocado nos terminais de uma pilha ou bateria gerando diferença de potencial, formamos um circuito elétrico.

Associação de Resistores

Mais de um resistor pode ser agrupado para gerar diferentes efeitos.

Associação em série: a corrente que passa pelos resistores é sempre a mesma (mas cada resistor está submetido a diferenças de potencial distintas).

Associação de Resistores

Associação em paralelo: a corrente entre os resistores se divide, mas eles estão submetidos a uma mesma diferença de potencial.

Resistência Equivalente

Quando temos uma associação de resistores, podemos substituir toda essa associação por um resistor só que chamamos de resistor equivalente.

O valor desse resistor depende do tipo de associação.

Para uma associação em série, basta somar todas as resistências:

Req

= R1 + R

2 + … + R

n

Resistência Equivalente

Para uma associação em paralelo é um pouco mais complicado...

Gerador

Um gerador é simplesmente a pilha ou bateria que alimenta um circuito.

Força Eletromotriz (ou f.e.m.)

É a diferença de potencial máxima entre os terminais do gerador, simbolizada pela letra E (às vezes aparece como ε).

Resistência Interna

É a resistência do próprio gerador. Nenhum gerador é capaz de fornecer a d.d.p. máxima para um circuito devido a essa resistência.

Gerador

Resistência Interna

É a resistência do próprio gerador. Nenhum gerador é capaz de fornecer a d.d.p. máxima para um circuito devido a essa resistência.

A diferença de potencial U que um gerador fornece para o circuito é dada por:

U = E – r.i

Onde E é a força eletromotriz, r é resistência interna e i é a corrente que atravessa o circuito.

Receptor

É a contra-parte do gerador, enquanto o gerador alimenta o circuito, o receptor utiliza energia do circuito.

A diferença de potencial U que um receptor utiliza do circuito é dada por:

U = E' + r.i

Onde E' é a força contra-eletromotriz do receptor, r é resistência interna e i é a corrente que atravessa o circuito.

Lei de Pouillet

Fórmula que mede a corrente elétrica total i que passa por um circuito. É dada por:

i = (E – E')/(Req

+ req

)

Onde E é a força eletromotriz do gerador, E' é a força contra-eletromotriz do receptor, R

eq é a resistência

equivalente do circuito e req

é a resistência interna equivalente do gerador E do receptor.

Se o circuito não tiver um receptor, use apenas E e o r do gerador na fórmula.

Voltímetros e Amperímetros

Voltímetro é um aparelho que mede diferença de potencial. Um voltímetro ideal apresenta resistência elétrica MUITO alta e é colocado em paralelo com o resistor que desejamos analisar.

Amperímetro é um aparelho que mede corrente elétrica. Um amperímetro ideal apresenta resistência elétrica MUITO baixa e é colocado em série com o resistor que desejamos analisar.

Potência Elétrica

Potência é energia dividida por tempo.

Portanto, potência elétrica é a energia elétrica utilizada em um certo intervalo de tempo, dada por:

P = Eel / Δt

Na prática, recebemos nossa conta de luz em kWh, ou seja, é considerada a potência dos aparelhos em kW (1 kW vale 1000 W) e o tempo é contado em horas.

Potência Elétrica

A potência nominal de um aparelho é dada em suas especificações. Exemplo: 100 W

Se você colocar um aparelho de 100 W sob uma diferença de potencial de 110 V pode calcular a corrente que passa em sua fiação.

Pois potência também é definida por:

P = i. U

Ou seja, potência é a corrente elétrica multiplicada pela diferença de potencial.

Potência Dissipada

Se a corrente libera energia ao passar por um resistor, então ela dissipa energia elétrica e, portanto, dissipa uma potência elétrica em um certo tempo.

A potência dissipada P em um resistor é dada porP = R.i2 ou P = U2 / R

Efeito Joule

Vimos que quando a corrente elétrica passa pelo resistor, ela libera calor, logo, ela pode ser usada para aquecimento.

Isso se chama Efeito Joule.

Exemplo: O resistor de um chuveiro aquece a água graças ao efeito Joule.

Disjuntores

Um disjuntor (ou fusível) é um dispositivo que queima quando uma corrente elétrica maior do que a que ele suporta passa.

Serve para proteger os circuitos de serem danificados por uma corrente muito alta.