Corrente elétrica e leis de Ohm Módulo FE.05 (página 46 à 49) Apostila 2

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1 Aula 05

2 Corrente elétrica e leis de Ohm Módulo FE.05 (página 46 à 49) Apostila 2 Eletrodinâmica Sentido convencional da corrente elétrica Intensidade da corrente elétrica Leis de Ohm Resistor Condutividade elétrica

3 1 Eletrodinâmica Neste módulo temos o início da eletrodinâmica, onde estudamos o comportamento e os fenômenos relacionados as partículas carregadas (com carga elétrica) em movimento. Para isso, vamos definir, primeiramente, o conceito sobre corrente elétrica.

4 1 Eletrodinâmica Ao se conectar um fio condutor em um gerador (ou fonte de energia elétrica), os elétrons livres iniciam um movimento através do condutor, indo da região com cargas em excesso (região de maior potencial ou polo negativo) para a região com falta de cargas (região de menor potencial ou polo positivo).

5 1 Eletrodinâmica Esse movimento ordenado das partículas carregadas é denominado corrente elétrica. Ou seja, os elétrons começam a se mover numa mesma direção e num mesmo sentido dentro do condutor. Definição: Corrente elétrica é um movimento ordenado de partículas carregadas através de um condutor de eletricidade.

6 1 Eletrodinâmica Os condutores podem ser sólidos, líquidos ou gasosos. Na eletrodinâmica usamos, usamos mais frequentemente, os condutores sólidos. Na química utiliza-se condutores líquidos e gasosos.

7 1 Eletrodinâmica Condutores sólidos: a corrente é constituída exclusivamente pelo movimento dos elétrons. Condutores líquidos: a corrente é constituída pelo movimento de cargas positivas e negativas, ou seja, cátions e ânions. Chamados também de soluções eletrolíticas, formados por solutos (sais) dissolvidos num solvente (água).

8 1 Eletrodinâmica Um exemplo é o cloreto de sódio (NaCl) dissolvido em água.

9 1 Eletrodinâmica Condutores gasosos: a corrente é constituída pelo movimento dos cátion e ânions. É o que ocorre com os gases, como, por exemplo, com o vapor de sódio ou de mercúrio utilizado nas lâmpadas fluorescentes.

10 2 Sentido convencional da corrente elétrica Nos primeiros estudos acreditava-se que apenas as cargas positivas se moviam, então o sentido foi adotado devia coincidir com o sentido de movimentação dessas cargas ( saía do polo positivo e chegava ao polo negativo da fonte de energia). Essa convenção prevalece até os dias atuais, mesmo sabendo que os elétrons é que se movem no fio.

11 2 Sentido convencional da corrente elétrica O sentido convencional da corrente elétrica coincide com o sentido da movimentação das partículas carregadas positivamente (quando houver). Ou seja, contrário ao movimento dos elétrons.

12 3 Intensidade da corrente elétrica Dado um fio condutor de eletricidade, percorrido por uma corrente elétrica, define-se a intensidade de corrente elétrica da seguinte maneira: *A intensidade da corrente elétrica (i) é dada pela quantidade de carga elétrica que atravessa uma secção transversal do condutor, na unidade de tempo:

13 3 Intensidade da corrente elétrica Ao olhar a equação, qual é a unidade de corrente? Sabemos que: Q e e Cargas (C) t Tempo (s) Então: i Corrente (C/s) = (A) Ampère Em homenagem ao físico francês André-Marie Ampère ( ), pioneiro na área elétrica e no eletromagnetismo.

14 4 Leis de Ohm Para que exista corrente elétrica em um condutor é necessário que haja um gerador ligado a ele. A função do gerador é criar dois polos de diferentes potenciais. Entre esses dois polos existem a diferença de potencial (ddp), chamada também de tensão elétrica (U). Relembrando: A unidade de diferença de potencial é o Volt (V). Em homenagem à Alessandro Volta ( ), italiano, criador da primeira pilha.

15 5 Resistores Sabemos que os elétrons da última camada eletrônica de um condutor encontram-se fracamente ligados ao núcleo do átomo. No entanto há sempre dificuldade de que esses elétrons passem de um átomo para o outro, chamamos essa dificuldade de resistência elétrica. Definição: Resistência elétrica é a medida da dificuldade que as partículas carregadas encontram ao atravessarem um determinado condutor.

16 5 Resistores Em um circuito, os resistores podem ser representados pelos seguintes símbolos: A unidade de resistência elétrica, é o Ohm (Ω), em homenagem ao físico Alemão Georg Simon Ohm ( ), que elaborou as leis de Ohm.

17 5 Resistores Nos resistores, quando percorridos por uma corrente elétrica, ocorre predominantemente o chamado efeito Joule, que consiste na transformação da energia elétrica em energia térmica (calor). O efeito Joule se aplica:

18 5 Resistores Primeira lei de Ohm Para encontrar a relação entre corrente, tensão e resistência, Ohm usou o seguinte esquema:

19 5 Resistores Primeira lei de Ohm Variando a tensão (U) da fonte, Ohm mediu a nova corrente (i) e observou que havia uma igualdade no quociente entre U e i.

20 5 Resistores Primeira lei de Ohm Dessa observação, enunciou: Mantendo-se constante a temperatura de um resistor, a diferença de potencial aplicada nos extremos é diretamente proporcional à intensidade da corrente elétrica que o percorre. Definiu essa constante de proporcionalidade como a resistência elétrica (R):

21 5 Resistores Exemplo (Primeira Lei de Ohm):

22 5 Resistores Resposta: Resistência = 1MΩ = 1 x 10 6 Ω Tensão = 120 V Corrente =? (A) I = V = R I I = V R 120V Ω I = A = 0, A m = 10 3 I = 0,12 ma Alternativa a)

23 5 Resistores Ohm, acreditava que todos os resistores obedeciam essa lei, mas com a sofisticação de aparelhos de medidas elétricas, foi possível verificar que alguns resistores não obedeciam essa lei. Então denominou-se: Resistores ôhmicos: Obedecem as leis de Ohm. Resistores não ôhmicos: Não obedecem a lei de Ohm.

24 5 Resistores Então para resistores ôhmicos temos o seguinte gráfico:

25 5 Resistores Segunda Lei de Ohm Por essa lei, é possível definir a resistência de um fio condutor sem liga-lo a um gerador, apenas sabendo suas características físicas: l comprimento do condutor. A área da seção transversal do condutor.

26 5 Resistores Ohm, enunciou: Segunda Lei de Ohm A resistência elétrica de um fio condutor homogêneo de secção transversal constante é diretamente proporcional ao seu comprimento, inversamente proporcional à sua área de secção transversal e depende do material de que ele é feito.

27 5 Resistores Segunda Lei de Ohm Onde: ρ representa a resistividade elétrica do material condutor. Dado em Ω.mm²/m.

28 Exemplo (Segunda Lei de Ohm): Um cabo feito de liga de cobre possui área de secção transversal correspondente a 10 mm 2. Sabendo que a resistividade da liga de cobre é de 2,1 x 10-2 Ω.mm 2 /m, determine a resistência para 5 m desse fio. a) 1,05 X 10 2 b) 2,05 X 10-2 c) 1,05 X 10-2 d) 10,5 X 10 2 e) 105 X Resistores

29 Resposta: ρ = 2,1 x 10-2 Ω.mm 2 /m, l = 5 m, A = 10 mm 2 ρ l R = A 2,1 Ω. mm² 10 2 m 5m 10mm² R = 2,1 Ω. mm² 10 2 m 5m = 10, Ω 10mm² 10 R = 1, Ω Alternativa c) 5 Resistores

30 6 Condutividade elétrica (c) Quanto maior a resistividade de um material, menor será a sua condutividade. Quanto menor sua resistividade, maior será sua condutividade. Ex: A prata é menos resistiva e mais condutiva que o cobre. O cobre é mais resistivo e menos condutivo que a prata.

31 6 Condutividade elétrica (c) A condutividade elétrica de um condutor é definida pelo inverso de sua resistividade: A condutividade elétrica é dada por 1/Ω.m. = S/m A relação 1/Ω é o siemens, representado por S.

32 6 Condutividade elétrica (c) Exemplo: A resistividade é a grandeza oposta à condutividade elétrica. Sendo assim, a partir dos valores de resistividade elétrica fornecidos abaixo, marque a alternativa correta:

33 6 Condutividade elétrica (c) Exemplo: a) O ferro é melhor condutor elétrico que o cobre. b) De todos os materiais listados, o vidro é o que apresenta maior resistência à passagem de corrente elétrica. c) Por ser excelente condutor, o quartzo é muito utilizado na fabricação de relógios. d) O cobre é o melhor condutor apresentado. e) A condutividade do alumínio é maior que a do cobre.