Princípios da Eletrodinâmica

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1 Capítulo 2 Princípios da Eletrodinâmica 2.1 Diferença de Potencial Sabe-se que ocorre um movimento de elétrons através de um condutor quando o mesmo for submetido a um campo elétrico. Isso ocorre porque esses elétrons ficam sujeitos a forças elétricas, os quais deverão persistir se entre as extremidades do condutor for mantida uma diferença de potencial Diferença de Potencial entre dois pontos Suponhamos um conjunto de corpos eletrizados está criando um campo elétrico vertical para baixo, no vácuo ou dentro de um condutor. Consideremos dois pontos a e b neste campo elétrico de acordo com a figura 2.1. Se o campo elétrico deslocar uma carga de prova (+)q do ponto a para o ponto b, haverá a realização de um trabalho Wab sobre a carga porque, durante todo o trajeto, o campo elétrico está aplicando uma força Fe sobre a carga. Convém lembrar que trabalho é definido como o produto da força aplicada em um objeto com uma certa massa pelo deslocamento realizado. Figura 2.1: Realização de trabalho elétrico Em outras palavras, Wab representa uma certa quantidade de energia que a força externa Fe transfere para a carga (+)q em seu deslocamento de a para b. Se for transportada uma carga com o dobro do valor anterior haverá o dobro da força agindo sobre a carga, logo o trabalho realizado será o dobro. Na verdade, para qualquer valor de carga transportada entre estes mesmos dois pontos, teremos sempre a mesma relação entre o trabalho realizado e a carga transportada. Uma grandeza muito importante no estudo dos fenômenos elétricos está relacionada com este trabalho. Esta grandeza é denominada diferença de potencial ou tensão entre os pontos a e b, (Vab) e pode ser definida como: A DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE DOIS PON- TOS CORRESPONDE AO TRABALHO REALIZADO PELO CAMPO ELÉTRICO AO MOVER UMA CARGA DE 1C DE UM PONTO PARA O OUTRO. Em homenagem ao físico e professor italiano Alessandro G. Volta ( ), que foi o inventor da pilha elétrica, a unidade de medida de diferença de potencia é o volt (v). A grandeza Diferença de Potencial elétrico também é chamada de Tensão Elétrica, Força Eletromotriz e ainda voltagem. Interpretação física Percebe-se, pelo que foi exposto, que a diferença de potencial é maior onde o campo elétrico é mais intenso pois são geradas forças maiores sobre as cargas a serem transportadas e consequentemente é realizado um maior trabalho. Assim a diferença de potencial entre dois pontos de um campo elétrico existe mesmo que nenhuma carga seja transportada entre os mesmos. Na prática, em vez de pensar que o campo elétrico é a fonte do movimento das cargas, é melhor considerar a diferença de potencial (ou tensão) como a causa do movimento das mesmas. Para facilitar o entendimento do conceito de diferença de potencial elétrico, faremos uma analogia com a diferença de potencial gravitacional. No sistema hidráulico da figura 2.2, a água de desloca da caixa d água A para a caixa B por causa da diferença de altura h. Cada ponto do espaço possui um potencial gravitacional que é proporcional à sua altura. Portanto o fluxo de água existe devido à diferença de potencial gravitacional existente entre as duas caixas. 13

2 modo que o movimento de cargas no instante t1 possui um sentido contrário ao movimento de cargas no instantes t3. Figura 2.2: Analogia entre Eletricidade e Hidráulica Tipos de tensão Tensão contínua (CC ou DC) A tensão ou ddp contínua origina um movimento unidirecional de cargas elétricas, isto é, a mesma quantidade de carga se movimenta sempre com o mesmo sentido. Este tipo de ddp é fornecido por pilhas ou baterias, portanto o fio ligado ao polo positivo é denominado de fio positivo, enquanto que o fio ligado ao polo negativo da fonte é denominado de fio negativo. Num gráfico do comportamento da ddp em função do tempo (figura 2.3), obtém-se uma linha reta, indicando que para instantes diferentes de tempo, corresponde sempre um único valor de ddp. Por comparação com a corrente contínua, usa-se chamá-la de tensão CC ou tensão DC. Figura 2.3: Tensão Contínua Tensão alternada (CA ou AC) A ddp alternada, conforme o próprio nome sugere, origina um movimento de cargas que varia, em quantidade e em sentido. Nas tomadas elétricas residenciais, que são alimentadas por alternadores, existem tensões alternadas. Um dos fios é o fio fase e o outro é o fio neutro. O gráfico da figura 2.4 representa a variação desta ddp em função do tempo. Nota-se que, para instantes diferentes de tempo, correspondem valores diferentes de ddp. Por exemplo, nos instantes t1 e t3 existem ddp de mesmo valor, porém com polaridades invertidas, de Figura 2.4: Tensão Alternada A ddp alternada representada no mesmo gráfico é chamada de senoidal, sendo que entre os instantes t0 e t4 existe um ciclo completo, ao longo do qual a grandeza elétrica atinge todos os valores instantâneos possíveis. Nos terminais das tomadas de nossas casas, temos uma ddp alternada de frequência igual a 60Hz. ( 1 Hertz = 1 ciclo por segundo) Potencial Elétrico de um Ponto É comum o cálculo da ddp entre dois pontos de um campo elétrico. Entretanto, costuma-se empregar, com frequência, o conceito de potencial de um ponto. Mas o potencial num ponto nada mais é do que a ddp entre este ponto e um outro tomado como referência. Então, para calcularmos o potencial num ponto a, devemos inicialmente escolher, arbitrariamente, um outro ponto P, denominado potencial de referência, ao qual se atribui um potencial nulo (Vp = 0). Calculando-se, em seguida, a ddp entre a e P, obtemos o potencial de a (Va) em relação a P. Os potenciais elétricos no campo elétrico nos permitem prever o sentido em que tendem a mover-se as cargas elétricas abandonadas nesse campo. Consideremos, por exemplo, um caso em que se tem duas placas eletrizadas como na figura 2.5, entre as quais existe uma ddp, Vab ou Va-Vb cujo valor é de 300V. Se escolhermos a placa b como potencial de referência teremos Vb = 0 e, então, virá Va = 300V, isto é, o potencial de a é de 300V em relação a b (o potencial de a está 300V acima em relação a b ). Também é correto afirmar que o potencial de b é de -300V em relação a a (Vba), pois Vb-Va = = -300V. Portanto o potencial num ponto não tem um valor único, mas sim este valor depende do potencial de referência. Em geral considera-se a Terra como elemento de referência, ao qual atribui-se o valor zero (Vt = 0). RODRIGO SOUZA E ALVACIR TAVARES 14 CURSO DE ELETROMECÂNICA/IFSUL

3 2.2.2 Sentido da Corrente Elétrica Sentido Eletrônico É considerado o sentido real da corrente elétrica, pois corresponde ao sentido do movimento dos elétrons, ou seja, a corrente circula do potencial menor (-) para o potencial maior (+) no consumidor. Figura 2.5: Potencial de um ponto UMA CARGA ELÉTRICA POSITIVA TENDE A SE DESLOCAR DE PONTOS ONDE O POTENCIAL É MAIOR PARA PONTOS ONDE ELE É MENOR. UMA CARGA NEGATIVA TENDERÁ A SE MOVER EM SENTIDO CONTRÁRIO. 2.2 Corrente Elétrica Como foi visto em Eletrostática, quando uma carga elétrica é colocada numa região onde atua um campo elétrico, tenderá a se movimentar, pois estará sujeita à ação de uma força de origem elétrica. Em materiais condutores metálicos (fios de cobre), os elétrons pertencentes à camada de valência (última camada) são fracamente atraídos pelos respectivos núcleos, de forma que são considerados elétrons livres. Na ausência de um campo elétrico, estes elétrons movem-se desordenadamente, logo o deslocamento é praticamente nulo. A presença de um campo elétrico altera a trajetória destes elétrons, apresentando um deslocamento maior em sentido oposto ao campo, devido à força exercida. O conceito de corrente elétrica num condutor pode então ser entendido como sendo o movimento ordenado de suas cargas elétricas, devido à ação de um campo elétrico estabelecido em seu interior pela aplicação de uma ddp entre suas extremidades. Sentido Convencional Figura 2.6: Sentido Eletrônico Por convenção, é o deslocamento das cargas positivas, ou seja, a corrente circula do potencial maior (+) para o potencial menor (-). Este sentido foi adotado há mais de um século, antes que o elétron fosse descoberto, e continua firmemente estabelecido na literatura de Eletricidade. Na verdade, não faz diferença alguma considerar cargas positivas hipotéticas movendo-se em um sentido, ou cargas negativas reais movendo-se em sentido oposto. No nosso estudo será adotado o sentido convencional da corrente por ele ser mais compatível com a bibliografia disponível Intensidade da Corrente Elétrica Denomina-se intensidade da corrente elétrica (I) através de um condutor, a relação entre a quantidade de carga (q) que passa por uma seção do mesmo e o intervalo de tempo considerado (t). I = q t (2.1) I : Intensidade da corrente elétrica - unidade: A (Ampère) q : carga elétrica que passa pela seção transversal de um condutor - unidade: C (Coulomb) t : Intervalo de tempo considerado - unidade: s (segundo) Figura 2.7: Sentido Convencional RODRIGO SOUZA E ALVACIR TAVARES 15 CURSO DE ELETROMECÂNICA/IFSUL

4 2.2.3 Tipos de Corrente Elétrica Corrente Contínua (CC ou DC) Se uma lâmpada for alimentada por uma ddp contínua, por exemplo de uma pilha, ela será percorrida por uma corrente contínua, a qual é unidirecional, tendo sempre o mesmo sentido e mesmo módulo em todos os instantes de tempo, conforme a figura 2.8. Em alguns casos o Efeito Joule é indesejável porque, além de representar perda de energia elétrica, causa também danos nos geradores, motores, transformadores e linhas de transmissão. Noutras situações ele é bastante útil como nos chuveiros, estufas, ferros de passar roupa, secadores de cabelo, fornos elétricos, solda elétrica, etc. Figura 2.10: Usos do Efeito Joule Dimensionamento de condutores Figura 2.8: Corrente Contínua Corrente Alternada (CA ou AC) Se uma lâmpada for alimentada por uma ddp alternada, por exemplo de uma tomada residencial, ela será percorrida por uma corrente alternada, a qual muda, periodicamente, sua intensidade e seu sentido, conforme gráfico 2.9. Figura 2.9: Corrente Alternada t 0 a t 2 = semiciclo positivo; t 2 a t 4 = semiciclo negativo; t 0 a t 4 = 1 ciclo Efeitos da Corrente Elétrica Efeito Térmico (Efeito Joule) Como consequência das colisões entre os elétrons livres e os átomos dos condutores, a passagem de corrente elétrica eleva a temperatura desses condutores. Um dos critérios mais usados para dimensionamento de condutores é a máxima corrente admissível por um condutor, que é limitada pela máxima temperatura que o mesmo pode suportar. Quando um condutor é percorrido por corrente elétrica, o calor gerado provoca elevação de temperatura no condutor. A seguir, está indicada uma tabela com a capacidade de condução de corrente, de fios condutores de cobre, em função da área de suas seções transversais. Este exemplo serve para cabos com dois condutores isolados com PVC, à temperatura ambiente de 30 o C colocados em eletroduto circular embutido em parede de alvenaria. Para outras situações devem ser consultados manuais de instalações elétricas. Seção(mm 2 ) Corrente (A) 1,5 17,5 2, Observando a tabela acima e considerando uma corrente de I=18A, deveríamos escolher um fio cuja área fosse de 2,5mm 2. Fusíveis Quando um circuito é percorrido por corrente elétrica, provoca aquecimento dos condutores. Quando esta corrente se torna exagerada precisamos proteger as RODRIGO SOUZA E ALVACIR TAVARES 16 CURSO DE ELETROMECÂNICA/IFSUL

5 instalações contra o possível sobreaquecimento. Recorremos então aos fusíveis, dispositivos de baixa temperatura de fusão (chumbo: 327 o C; estanho: 323 o C), os quais podem queimar, interrompendo a passagem da corrente elétrica. No corpo dos fusíveis está escrito o valor de corrente que ele suporta. Efeito Magnético Se colocarmos uma bússola próxima a um condutor percorrido por corrente elétrica, notaremos que ocorre um desvio na sua agulha, evidenciando que existe a presença de um campo magnético em torno do condutor. Este é um dos efeitos mais importantes da corrente, uma vez que se constitui na base do princípio de funcionamento dos eletroímãs, instrumento de medição, motores, transformadores, etc. Figura 2.11: Efeito Magnético Esses cátions e ânions provêm da ionização das moléculas do gás. Essas moléculas, porém, não se ionizam sozinhas, como no caso dos condutores líquidos. A ionização começa, em geral, com o movimento de elétrons livres que se chocam com as moléculas do gás e, arrancam elétrons delas, ionizando-as. Os íons formados, por sua vez encontram novas moléculas, que são ionizadas pelo choque entre elas. Estes novos íons participam do movimento de cargas, e assim por diante. Lâmpada Fluorescente Uma lâmpada fluorescente constitui-se de um tubo de vidro cujo comprimento é determinado pela potência da mesma e, em cada extremidade, possui um filamento de tungstênio, em forma de espiral e recobertos com uma camada de óxidos emissores de elétrons. O interior do tubo de vidro é revestido com uma camada de pó fluorescente, cuja natureza influencia o espectro do fluxo luminoso produzido. Também no interior da lâmpada existe um gás raro (argônio) e certa quantidade de mercúrio que, no momento da partida, será vaporizado. Uma das principais vantagens que a lâmpada fluorescente apresenta é, além de poder ser fabricada em várias tonalidades de cor, a de possuir um alto rendimento luminoso pelos watts consumidos para o seu funcionamento. Campainha ou Cigarra Apesar da inumerável quantidade de exemplos será dada atenção a uma das aplicações mais simples do campo magnético produzido pela corrente elétrica: a cigarra elétrica. A cigarra é composta de um núcleo de ferro, em torno do qual há uma bobina, e uma lâmina de ferro flexível. Quando pressionamos o botão acionador passa uma corrente alternada na bobina da campainha criando um campo magnético no núcleo que atrai a lâmina. Quando a corrente alternada passa por zero a lâmina é solta e, logo em seguida, atraída novamente causando a vibração da lâmina de ferro gerando o ruído característico. Efeito Luminoso Este efeito baseia-se no fato de gases ionizados emitirem luz quando atravessados por uma corrente elétrica. Como exemplo, temos as lâmpadas fluorescentes, as lâmpadas de vapor de mercúrio (usadas na iluminação de quadras esportivas), as lâmpadas de vapor de sódio (para iluminação de túneis e estradas), etc. Nos condutores gasosos, campos elétricos intensos poderão provocar o deslocamento ordenado de íons positivos e negativos e elétrons (corrente elétrica), sendo que os ânions e elétrons tenderiam a deslocar-se no sentido contrário ao do campo e os cátions tenderiam a deslocar-se no mesmo sentido do campo elétrico. Figura 2.12: Lâmpada Fluorescente Efeito Fisiológico Quando uma corrente elétrica atravessa um organismo vivo, além dos efeitos térmico e químico, ocorrem também efeitos sobre nervos e músculos. Uma corrente da ordem de 10mA, atravessando o organismo de uma pessoa, provoca uma sensação de desconforto, sendo que, acima desse valor, a corrente ocasiona uma perda do controle sobre os músculos, provocando contrações conhecidas como choques. O socorro a uma vítima de choque começa pelo corte da ddp causadora do mesmo. Isto deve ser feito interrompendo-se o circuito. Na impossibilidade dessa interrupção, sugere-se puxar ou empurrar a pessoa com um material isolante como, por exemplo, uma corda, um pedaço de madeira seca, etc. Este primeiro socorro deve ser feito o mais rápido possível, pois a resistência da RODRIGO SOUZA E ALVACIR TAVARES 17 CURSO DE ELETROMECÂNICA/IFSUL

6 C AP I TULO 2. P RINC I PIOS DA E LETRODIN A MICA pele na regia o do contato ele trico diminui, o que provoca elevac a o da intensidade de corrente. Entretanto, deve-se tomar o cuidado de na o provocar contatos indevidos com a pessoa afetada pelo choque, pois a reac a o instintiva de puxa -la manualmente pode provocar mais uma vı tima. Se, apo s livrar-se da corrente ele trica, a pessoa estiver inconsciente e sem respirar, devemos proceder da seguinte maneira: siste ncia. Eles podem ser de dois tipos: analo gicos e digitas (ver figura 2.13). No instrumento analo gico, o resultado e mostrado por um ponteiro que deflexiona sobre uma escala graduada, sendo que a leitura e feita por meio da analogia entre o valor indicado e o fundo de escala selecionado. No instrumento digital, o resultado e mostrado diretamente no display, conforme o valor do fundo de escala selecionado. 1. verificar se a lı ngua da pessoa na o esta dobrada; 2. realizar a respirac a o boca-a-boca ou boca-nariz; 3. se a pessoa estiver sem batimento cardı aco (corac a o para de bater), e realizado, intercalado com a respirac a o artificial, uma massagem cardı aca. A respirac a o e a massagem devem ser feitas por pessoas diferentes. Todas as func o es do corpo humano sa o controladas eletricamente. Atrave s de sinais ele tricos que viajam pelo sistema nervoso, o ce rebro (computador central) recebe estas impresso es e envia instruc o es para o resto do corpo. Neste processo todo os neuro nios sa o fundamentais. A tensa o ele trica dos impulsos nervosos e da ordem de 100mV e os sinais transmitidos (ce rebro ao sistema acionado) levam em torno de 0,04s. Inclusive, utilizam-se exames clı nicos de natureza ele trica, como eletrocardiograma e eletroencefalograma, para se efetuar investigac o es me dicas. As correntes ele tricas que acompanham a atividade cerebral podem ser registradas por aparelhos especiais. Verifica-se que a nossa sensibilidade a corrente ele trica e muito acentuada, isto e, correntes relativamente pequenas podem causar dor e, ate mesmo, a morte. De fato, para a maioria das pessoas observa-se que: uma corrente de 1mA ja e perceptı vel, causando um certo formigamento ; Figura 2.13: Multı metro Digital(esq.) e Analo gico(dir.) Resoluc a o Resoluc a o e a menor medida que o instrumento e capaz de distinguir com certeza. Se o instrumento for analo gico, a sua resoluc a o e dada pelo valor da menor divisa o da escala graduada, conforme a escala selecionada. Se o instrumento for digital, a sua resoluc a o e dada pela unidade do digito menos significativo em relac a o ao ponto decimal, conforme a escala selecionada. uma corrente de 10mA pode causar dores e espasmos musculares, na o sendo, pore m, fatal; uma corrente de 100mA pode levar a morte, porque faz o corac a o bater de maneira irregular e sem coordenac a o (fibrilac a o cardı aca); correntes mais elevadas provocam a parada completa do corac a o, danos irreversı veis ao sistema nervoso e queimaduras intensas em virtude do efeito te rmico (joule) da corrente. 2.3 Medic o es Ele tricas Multı metro Figura 2.14: Resoluc a o do instrumento com Erro de Paralaxe Um cuidado importante a ser tomado com o instrumento analo gico e que a leitura da medida deve ser feita O multı metro e um instrumento utilizado para a medic a o olhando o ponteiro de frente, evitando o erro de parade grandezas ele tricas, tais como: tensa o, corrente e re- laxe. RODRIGO S OUZA E A LVACIR TAVARES 18 C URSO DE E LETROMEC A NICA /IFSUL

7 2.3.3 Tolerância de Erro Nenhum instrumento de medida é perfeito, da mesma forma que nenhum dispositivo fabricado é perfeito. Por isso, os fabricantes fornecem a margem de erro prevista para o seu produto, que é denominada tolerância. A tolerância pode ser dada percentualmente ou em valores absolutos. que sua introdução não altera o funcionamento do referido circuito. Se a tensão medida for contínua (CC), o polo positivo do multímetro ao ponto de maior potencial e o polo negativo ao ponto de menor potencial. Assim o multímetro irá indicar um valor positivo de tensão (ver figura 2.15) Uso do Multímetro O multímetro possui dois terminais nos quais são ligadas as pontas de prova (ponteiras): A ponteira preta deve ser conectada ao terminal negativo do multímetro, identificado pela cor preta ou pelo sinal de (-) ou ainda como COMUM (COM). O que indica que este terminal é comum para todos os tipos de medições possíveis. A ponteira vermelha deve ser ligada ao terminal positivo do multímetro, identificada pela cor vermelha ou pelo sinal (+). Podem existir mais de um terminal positivo dependendo do tipo de medição a ser realizada: corrente, tensão ou resistência. Nesse caso, deve-se observar os símbolos existentes junto a cada borne (A V Ω) que identificam a unidades das grandezas as quais o borne deve ser utilizado. Os multímetros possuem alguns controles, sendo que o principal é a chave rotativa (seletor) ou conjunto de tecla para a seleção da grandeza a ser medida (tensão, corrente ou resistência) com os respectivos valores de fundo de escala. Multímetro como Voltímetro O Voltímetro é o instrumento usado para medir tensão elétrica entre dois pontos. Para que o multímetro funcione como voltímetro basta selecionar uma das escalas de tensão do instrumento. As posições do seletor do multímetro, para medição de tensão, são divididas pelo tipo de tensão a ser medida (DC ou AC). Cada posição do seletor também indica o valor máximo de tensão que poderá ser medido naquela posição (fundo de escala). É importante que salientar que se o multímetro for utilizado em uma tensão maior que o fundo de escala selecionado, o instrumento poderá queimar. Portanto se o valor de tensão a ser medido for desconhecido, deve-se escolher a maior escala disponível. O valor absoluto da resolução do multímetro varia de acordo com a escala utilizada, portanto quanto mais próxima do fundo de escala estiver a tensão medida, mais precisa será a medição. Para medir a ddp entre dois pontos de um circuito, os terminais do medidor devem ser conectados a esses pontos. Desse modo, o medidor fica em paralelo com o trecho do circuito compreendido entre os pontos, sendo Figura 2.15: Medição de tensão CC positiva Se a ligação dos terminais do multímetro estiverem invertidas, o display indicará um valor negativo de tensão (no caso de um multímetro digital). Caso o multímetro seja analógico, o ponteiro tentará deflexionar no sentido contrário, podendo danificá-lo (ver figura 2.16). Figura 2.16: Medição de tensão CC negativa Se a tensão medida for alternada (CA), os polos positivo e negativo do voltímetro podem ser ligados ao circuito em qualquer posição, resultando em uma medida sempre positiva. (ver figura 2.17). Figura 2.17: Medição de tensão alternada Multímetro como Amperímetro O Amperímetro é o instrumento utilizado para medir corrente elétrica. Para que um multímetro funcione como amperímetro, basta selecionar uma das escalas de corrente do instrumento. Assim como na função voltímetro, cada posição do seletor do multímetro para medição de corrente indica o valor máximo de corrente que poderá ser medido naquela posição (fundo de escala). É importante que salientar que se o multímetro for utilizado em uma corrente maior que o fundo de escala selecionado, o instrumento poderá queimar. O RODRIGO SOUZA E ALVACIR TAVARES 19 CURSO DE ELETROMECÂNICA/IFSUL

8 mesmo pode ocorrer se for aplicada uma ddp entre suas ponteiras. O valor absoluto da resolução do multímetro varia de acordo com a escala utilizada, portanto quanto mais próxima do fundo de escala estiver a corrente medida, mais precisa será a medição. Para medir uma corrente, o circuito deve ser aberto no ponto desejado, ligando o amperímetro em série, para que a corrente passe por ele. A corrente que passa por um dispositivo pode ser medida antes ou depois dele. Se a corrente medida for contínua (CC), o polo positivo do multímetro deve ser ligado ao ponto pelo qual a corrente entra (no sentido convencional), e o polo negativo ao ponto que ela sai. Assim o multímetro irá indicar um valor de corrente positivo (ver figura 2.18) Figura 2.18: Medição de corrente cc positiva Se a ligação dos terminais do multímetro estiver invertida, o display indicará uma corrente negativa (no caso de multímetro digital). Se o multímetro for analógico, o ponteiro tentará deflexionar no sentido contrário, podendo danificá-lo. Em geral os multímetros não possuem escalas específicas para medição de corrente CA. Nesse caso, é conveniente utilizar o amperímetro alicate, muito comum para aplicação em instalações elétricas residenciais e industriais (ver figura 2.19). O amperímetro alicate também opera como multímetro, realizando medições de outras grandezas elétricas, como tensão e resistência. surge em torno do condutor pela passagem da corrente elétrica. A principal vantagem desse instrumento é que não é necessário abrir o circuito para realizar a medida, permitindo que se faça medições de corrente sem interromper o funcionamento dos equipamentos, o que é muito conveniente em aplicações industriais. Além disso ainda oferece maior proteção ao operador. Exercícios 1. Assinale, dentro dos parênteses, verdadeiro (V) ou (F) falso. Justifique as falsas. ( ) A ddp, tensão e força eletromotriz possuem a mesma unidade. ( ) Para que exista movimento de elétrons numa lâmpada é necessária a aplicação de uma ddp entre seus extremos. ( ) Sempre que tem uma diferença de potencial entre dois pontos também existe corrente elétrica circulando de um ponto ao outro. ( ) Diferença de potencial é uma grandeza sempre positiva. ( ) A ddp entre um corpo eletrizado e a Terra é igual ao valor do potencial do próprio corpo. ( ) Se dois corpos estão eletrizados com cargas de mesmo sinal, podemos afirmar que a ddp entre eles é nula. ( ) O sentido da corrente elétrica corresponde ao sentido de deslocamento dos elétrons. ( ) O brilho de uma lâmpada independe do valor da ddp. 2. No esquema da figura 2.20, estão representados alguns níveis de potenciais. Determine o valor: (a) do potencial do ponto a em relação à Terra; (b) do potencial do ponto a em relação ao ponto e ; (c) da diferença de potencial entre os pontos d e b ; (d) da diferença de potencial entre os pontos c e f. Figura 2.19: Amperímetro alicate Figura 2.20: O amperímetro alicate faz a leitura da corrente de forma indireta, a partir do campo magnético que RODRIGO SOUZA E ALVACIR TAVARES 20 CURSO DE ELETROMECÂNICA/IFSUL

9 3. Complete as lacunas a seguir: (a) Cargas elétricas positivas, abandonadas em repouso num campo elétrico e sujeitas apenas a uma força elétrica, deslocam-se, espontaneamente, para pontos de... potencial. (b) Cargas elétricas negativas, abandonadas em repouso num campo elétrico e sujeitas apenas a uma força elétrica, deslocam-se, espontaneamente, para pontos de... potencial. 4. Na figura 2.21, temos uma esfera carregada positivamente, sendo que no campo elétrico criado por ela existem vários níveis de potenciais, ou seja, Va=80V, Vb=70V, Vc=60 V e Vd=50 V. (a) Qual será o sentido de deslocamento de uma carga de prova positiva abandonada entre a e b? (b) Qual será o sentido de deslocamento de uma carga de prova negativa abandonada entre c e d? (c) Qual é a ddp Vac? (d) Qual é a ddp Vda? (e) Qual é a ddp Vbc? 7. Considere três pontos com potenciais diferentes, a, b e c. O potencial do ponto A é Vac=10v (potencial de a em relação a c ) e do ponto b é Vbc=15v (potencial de b em relação a c ). Qual o valor do potencial Vab (potencial de a em relação a b )? 8. Um elétron é deslocado de b para a (Va e Vb são potenciais positivos), dentro de um campo elétrico, o qual o potencial maior, a ou b? 9. Defina Tensão Contínua. Dê exemplos. 10. Defina Tensão Alternada. Dê exemplos. 11. Explique os procedimentos a serem tomados para medir uma ddp com um multímetro. 12. Esquematize uma fonte de tensão contínua ligada a uma lâmpada e mostre como deve ser conectado um voltímetro para medir a ddp na lâmpada. 13. Conceitue corrente elétrica. 14. Escreva a equação que define intensidade da corrente elétrica e diga sua unidade. 15. Explique o sentido eletrônico e convencional da corrente elétrica. 16. Assinale, dentro dos parênteses, verdadeiro ou falso e justifique as falsas. Figura 2.21: 5. Assinale a afirmativa errada. Justifique. (a) Uma pilha gera uma ddp e a mantém devido à ocorrência de reações químicas internas. (b) Se duas barras com eletrizações diferentes forem colocadas em contato, a ddp entre elas tenderá a anular-se. (c) Dois corpos idênticos, com a mesma eletrização, possuem o mesmo potencial, em relação a um determinado referencial. (d) A ddp entre um corpo eletrizado positivamente e um corpo neutro é nula. 6. Dois pontos a e b de um campo elétrico possuem potencial positivos de, respectivamente, 1.000V e 600V. Uma carga elétrica negativa, abandonada entre estes pontos, tenderá a se deslocar, espontaneamente, para a ou para b? Justifique. ( ) Numa lâmpada de lanterna circula uma corrente contínua. ( ) Num chuveiro elétrico circula uma corrente alternada. ( ) Na corrente alternada os elétrons se deslocam sempre no mesmo sentido. ( ) O fusível é um dispositivo que fornece corrente elétrica. ( ) O fusível e o disjuntor têm a mesma função num circuito elétrico. ( ) A vantagem que o amperímetro alicate apresenta sobre o amperímetro comum é que não há a necessidade de se abrir o circuito para se efetuar a medição. 17. Escreva efeito da corrente elétrica associado a cada caso abaixo. (a) ferro elétrico (b) lâmpada fluorescente acesa (c) pessoa tomando um choque (d) eletroímã sendo acionado (e) chuveiro elétrico (f) motor elétrico 18. Um campo elétrico E, apontando para a esquerda, é aplicado em um fio condutor, como mostra a figura RODRIGO SOUZA E ALVACIR TAVARES 21 CURSO DE ELETROMECÂNICA/IFSUL

10 (a) Qual será o sentido de movimento dos elétrons no fio? (b) Qual é a denominação deste sentido da corrente? (c) Qual é o sentido convencional da corrente neste fio? (b) O número de elétrons que passou através desta seção. 25. Qual o instrumento utilizado para medir corrente elétrica e como ele deve ser ligado ao circuito? 26. Explique os procedimentos a serem tomados para medir uma corrente elétrica com um multímetro. 27. Esquematize uma fonte de tensão contínua ligada a uma lâmpada e mostre como deve ser conectado um voltímetro para medir a corrente elétrica na lâmpada. Figura 2.22: 19. Nos vários circuitos elétricos existentes, podemos ter tipos diferentes de corrente, ou seja: corrente contínua pura fornecida por uma pilha; corrente alternada fornecida pelos alternadores das grandes usinas geradoras e também corrente retificada (circuito retificador transforma CA em CC). Imagine, por exemplo, três circuitos diferentes: circuito de alimentação das lâmpadas de uma instalação elétrica residencial, circuito de fornecimento de energia elétrica para um rádio portátil e circuito de um carregador de bateria. Identifique qual o tipo de corrente associada a cada circuito consumidor citado acima. 20. Uma carga de 1200mC deslocou-se através de um condutor durante 5 minutos. Determine o valor da intensidade da corrente elétrica. Respostas dos exercícios numéricos 4. (a) a para b ; (b) d para c ; (c)20v; (d)-30v; (e)10v; 6. para a 7. -5v; 8. o potencial a é maior; 20. 4mA; 21. o fusível irá quimar; C; 23. (a) 32C; (b) 3,2 A 24. (a) 24C (b) 1, elétrons 21. Vamos supor que se utilize um fusível de 3mA para proteger o circuito citado no exercício anterior. Diga se ele irá queimar ou não, justificando. 22. Certo condutor é percorrido por uma corrente de 10mA.Qual será a carga transportada através do condutor durante uma hora? 23. Suponha que fosse possível contar o número de elétrons que passam através de uma seção de um condutor, no qual se estabeleceu uma corrente elétrica. Se durante um intervalo de tempo t = 10s passam elétrons nesta seção, determine: (a) A quantidade de carga q, em coulombs, que corresponde a este número de elétrons. (b) A intensidade da corrente (em ampère) que passa na seção transversal do condutor. 24. A intensidade da corrente que foi estabelecida em um fio metálico vale 400 ma. Supondo que esta corrente foi mantida, no fio, durante 1 minuto, calcule: (a) A quantidade total de carga que passou através de uma seção do fio. RODRIGO SOUZA E ALVACIR TAVARES 22 CURSO DE ELETROMECÂNICA/IFSUL