"No gráfico da corrente em função do tempo, a área sob a curva, é numericamente igual a quantidade de carga que atravessa o condutor.

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1 INTODUÇÃO À ELETODINÂMICA A COENTE ELÉTICA ( i ) Corrente elétrico é o movimento ordenado dos portadores de cargas devido à presença de um campo elétrico no condutor. Na ausência deste campo elétrico, os elétrons livres apresentam movimentos desordenados devido às forças de interação entra as cargas do próprio condutor SENTIDO DA COENTE ELÉTICA A corrente elétrica, embora originada por cargas negativas (elétrons livres), convencionou-se adotar seu sentido do movimento que seria adquirido por uma carga positiva no interior do condutor. Isso se equivale porque a velocidade de uma carga positiva é a mesma da carga negativa, mesmo em sentido contrário. ortanto, o sentido convencional da corrente elétrica é o mesmo do campo elétrico que a produziu e a mantém. INTENSIDADE DA COENTE ELÉTICA Ao observarmos uma área de um condutor durante um determinado intervalo de tempo, vemos que passa uma carga Q, devido ao movimento das cargas, assim, a intensidade da corrente elétrica é dada pela relação entre a variação de carga e o intervalo do tempo i Q t OIEDADE GÁFICA "No gráfico da corrente em função do tempo, a área sob a curva, é numericamente igual a quantidade de carga que atravessa o condutor." OBSEAÇÕES IMOTANTES: A unidade na qual é representada o valor da corrente denomina-se Ampère (em homenagem o físico francês André Marie Ampère) e representa-se por A C 1 1A s Unidades: [ A] Ampère rof: Fabrizio iatto 1

2 Quando o sentido do campo elétrico se inverter, a corrente elétrica passará a fluir em sentido contrário. Quando essa inversão é periodicamente, a corrente originada pe denominada corrente alternada. Se o sentido do campo elétrico permanece invariável, o sentido da corrente também permanece invariável. Denomina-se então corrente contínua. É possível também estabelecer corrente em líquidos e gases. Nos líquidos, quando possuímos uma solução que dê origem a íons positivos e negativos. Ao estabelecer um campo elétrico na solução, os íons positivos sem movimentam no mesmo sentido dele e os negativo no sentido contrário. Nos gases, além de íons positivos e negativos, há também elétrons livres. Íons positivos se movimentam no sentido do campo elétrico estabelecido e os elétrons livres e íons negativos em sentido contrário. ALTENADO E DÍNAMO: É denominado alternador um gerador de corrente alternada. Há também o coletor que é o conjunto formado pelos anéis e escovas do respectivo gerador. O aumento do número de armaduras, obterá uma corrente praticamente contínua no circuito externo, dizemos que a corrente está retificada e o aparelho constitui um dínamo. EFEITO TÉMICO OU EFEITO JOULE Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elétrica. Esse efeito é a base de funcionamento dos aquecedores elétricos, chuveiros elétricos, secadores de cabelo, lâmpadas térmicas, etc. HÁ EFEITO JOULE NO SEU DIA-A-DIA? O efeito Joule consiste em aquecer um condutor elétrico metálico. Esse fenômeno ocorre, por exemplo, nos secadores de cabelos, nos aquecedores elétricos, nos ferros de passar e nos chuveiros elétricos. O efeito Joule surge em razão dos choques dos elétrons contra a rede de íons do condutor que, em razão disso, tem sua temperatura aumentada. Em um circuito percorrido por uma corrente elétrica i, associa-se sempre uma dissipação de energia por meio de resistências elétricas, que nada mais são do que elementos capazes de dificultar a passagem dessa corrente. Existem íons que compõem a estrutura dos metais. Os elétrons que se deslocam por meio desses íons são continuamente acelerados por um campo elétrico, movendo-se na mesma direção e no mesmo sentido da força elétrica. Nesse processo, há realização de trabalho, o que resulta no aumento de energia de movimento dos elétrons. No momento em que os elétrons possuem grande velocidade é que ocorrem os choques contra os íons. Com a seqüência de choques, há diminuição da energia de movimento dos elétrons e aumento da energia dos íons. Todo o processo se manifesta na forma de acréscimo na temperatura do condutor. Toda a potência absorvida pelo condutor transformase em calor, dissipando-se no ambiente. O processo de transformação de energia elétrica em calor recebe o nome de efeito Joule. É vasta a utilização dessa energia térmica dissipada. Nos chuveiros elétricos, por exemplo, a energia fornecida pelo gerador transfere-se para a água na forma de calor, provocando o aumento da temperatura da água. odemos concluir que uma parte da energia elétrica, que surge devido à passagem da corrente, transforma-se em calor. Outra parte pode ser convertida em energia luminosa. Isso é o que acontece nas lâmpadas de filamento de tungstênio. ELEMENTOS DE UM CICUITO ELÉTICO ara se estabelecer uma corrente elétrica são necessários, basicamente: um gerador de energia elétrica, um condutor em circuito fechado e um elemento para utilizar a energia produzida pelo gerador. A esse conjunto denominamos circuito elétrico. rof: Fabrizio iatto

3 DISOSITIOS DE CONTOLE São utilizados nos circuitos elétricos para medir a intensidade da corrente elétrica e a ddp existentes entre dois pontos, ou, simplesmente, para detectá-las. Os mais comuns são o amperímetro e o voltímetro Amperímetro ideal: não tem resistência interna ( é ligado em série). oltímetro ideal: tem resistência interna infinitamente grande ( é ligado em paralelo). DISOSITIOS DE SEGUANÇA ( FUSÍEIS, DISJUNTOES...) São dispositivos de proteção, projetados de modo a interromper a passagem de corrente elétrica, quando esta se torna excessiva. Assim sendo, a conversão de energia elétrica em calor (efeito joule) faz que a substância que compõe o fusível (normalmente cobre ou estanho) entre em processo de fusão, não permitindo, assim, a passagem de corrente elétrica. ESISTO Condutor que dificulta a passagem da corrente elétrica, provocando liberação de energia em forma de calor. esistência Elétrica - Número relacionado ao grau de dificuldade que os portadores de carga sofrem ao atravessar um determinado meio; esistor Ôhmico esistor cuja resistência permanece sempre constante. esistor não Ôhmico - esistência ariável provocado pela variação da temperatura A variação da temperatura causa uma variação na resistência; EOSTATO Aparelho utilizado para variar a resistência elétrica de um circuito. Baseia-se na segunda lei de Ohm, segundo a qual podemos variar o comprimento de um fio condutor e, com isso, alterar sua resistividade elétrica. rof: Fabrizio iatto

4 IMEIA LEI DE OHM Quando uma corrente elétrica passa por um condutor, as cargas elétricas, ao se deslocarem, enfrentam uma maior ou menor OOSIÇÃO aos seus movimentos. ortanto podemos dizer que a resistência elétrica é uma grandeza física que avalia o grau de dificuldade sofrido por uma corrente elétrica ao atravessar um condutor. Físico Georges Simon OHM ( ) verificou, experimentalmente, que a resistência elétrica é o quociente da diferença de potencial ( d.d.p. () ) pela intensidade de corrente elétrica, ou seja:.i. No S.I., a unidade de resistência elétrica é o ohm ( Ω ) Em um resistor ôhmico a ddp e a corrente elétrica são diretamente proporcionais;. i AB AB AB SEGUNDA LEI DE OHM Já a segunda Lei de OHM também surgiu de experiências que demonstram que a resistência elétrica é diretamente proporcional ao comprimento do fio condutor (L), inversamente proporcional à área de secção transversal do condutor (A) e depende do material com que o condutor foi construído ( ESISTIIDADE - ( ρ ) ) esistividade Experimentalmente, podemos comprovar que, caso duas correntes elétricas atravessem dois condutores feitos de materiais diferentes, a elevação de temperatura verificada nos dois condutores não é a mesma. Tal diferença verificada foi estabelecida por meio de um coeficiente de proporcionalidade denominado resistividade, representado pela letra grega ro ( ρ ) e que no S.I. utiliza a unidade Ohm vezes metro (Ω.m). A resistência elétrica é diretamente proporcional ao comprimento do condutor e inversamente proporcional a sua área; ρ - (esistividade) - depende do material e da temperatura; L ρ. A Atenção: A condutividade é o inverso da resistividade rof: Fabrizio iatto 4

5 OTÊNCIA E ENEGIA Nós sabemos que a energia não se perde, ela se transforma de uma modalidade em outra ou na forma de trabalho. Em Física, define-se como potência a razão entre a quantidade de energia transformada de uma modalidade em outra pelo tempo da transformação. Em eletrodinâmica, a quantidade de energia elétrica transformada em outra modalidade de energia, por unidade de tempo, é denominada potencia elétrica. odemos calcular a potência elétrica transformada em um circuito, conhecendo a corrente e a tensão de operação Unidades: [ W ][ Watt][. A] i. i. Estas últimas expressões são chamadas de potência dissipada. ode ser utilizada para entender o que acontece no chuveiro elétrico quando a chave é mudada da posição de inverno para a de verão. No inverno, a potência dissipada pelo resistor do chuveiro deve ser maior que no verão. ortanto, nesse caso, circula pelo resistor do chuveiro uma corrente maior que aquela que circula com a chave na posição verão. Em geral, os aparelhos elétricos possuem inscrições dos fabricantes indicando os valores da potência e da tensão a que devem ser submetidos. Esses valores são chamados de nominais. or exemplo, ao ler em uma lâmpada a inscrição 40W 110 significa que, submetida a uma d.d.p. de 110, a lâmpada transformará, por segundo, 40J de energia elétrica em luz e calor. Alguns valores nominais podem ser vistos na tabela a seguir. TABELA DE OTÊNCIA Descrição dos Aparelhos otência (W) Ar Condicionado (7.000 BTU/h): 900 Ar Condicionado ( BTU/h): Ar Condicionado (1.000 BTU/h):.800 Batedeira: 100 à 00 Cafeteira Elétrica: 75 Chuveiro Elétrico: Ferro Elétrico: Forno Microondas: 1.0 Freezer: 00 Geladeira: 60 Lâmpada 100 W: 100 Liquidificador: 90 Máquina de Lavar oupa: 450 Máquina de Lavar Louça: Secador de oupa: 1000 Secador de Cabelos (Doméstico): 500 a 1.00 Televisor: 75 a 00 Torradeira: 500 a 1.00 entilador: 60 a 100 ídeo Cassete: 5 Quando ligamos um aparelho numa tensão elétrica (d.d.p.) diferente da tensão nominal, podemos danificá-lo ou fazer que tenha um funcionamento totalmente deficiente. Exemplo: rof: Fabrizio iatto 5

6 Dado nominal - U 0 ligado em U 110 Neste caso o aparelho elétrico funciona de forma deficiente, pois sua potência real será quatro vezes menor. Dado nominal U 110 ligado em U 0 Nesse exemplo, o aparelho elétrico geralmente é danificado, pois foi ligado a uma tensão acima da tensão nominal, e sua potência real será quatro vezes maior. OBS: Nunca confunda os dados nominais com os dados reais... Conhecendo a potência de um resistor poderemos calcular sue energia gasta por unidade de tempo. E. t Unidades: J. [ ][ Ws] Usual kwh ) Exemplo : Calcule o gasto energético, por mês, de uma família de quatro pessoas, onde todos tomam dois banhos por dia, todos os dias. A duração de cada banho é de 0 minutos.( considere a potência do chuveiro igual a 8 kw e o preço do kwh igual a 0,4 reais ) COMO FUNCIONA A LÂMADA FLUOESCENTE? Dentro do envoltório de vidro de uma lâmpada fluorescente há argônio e vapor de mercúrio, rarefeitos. Em cada extremidade do tubo há um eletrodo sob a forma de um filamento, revestido com um óxido. Quando se liga a lâmpada, os filamentos se aquecem e emitem elétrons; isso inicia a ionização do gás. Um starter (disparador) interrompe então o circuito, automaticamente, e desliga o aquecimento dos filamentos. O reator, ligado à lâmpada, produz imediatamente um impulso de alta voltagem, que inicia a descarga no argônio. Essa descarga aquece e vaporiza o mercúrio, cuja maior quantidade está inicialmente sob estado líquido. Os elétrons provenientes do filamento chocam-se com as moléculas de gás mercúrio contidas no tubo, o que produz não só a excitação como também a ionização dos átomos. Ionizados, os átomos do gás são acelerados pela diferença de voltagem entre os terminais do tubo, e ao se chocarem com outros átomos provocam outras excitações. O retorno desses átomos ao estado fundamental ocorre com a emissão de fótons de energia correspondente a radiações visíveis e ultravioleta (invisíveis). A radiação ultravioleta, ao se chocar com o revestimento fluorescente do tubo (fósforo), produz luz visível. Como nas lâmpadas fluorescentes, a maior parte da energia fornecida é transformada em luz, seu rendimento pode ser até cinco vezes maior do que o das lâmpadas incandescentes, que produzem muito mais calor. rof: Fabrizio iatto 6

7 ASSOCIAÇÃO DE ESISTOES Denominam-se resistores todos os aparelhos elétricos que convertem energia elétrica em energia térmica (calor), tais como: lâmpada, chuveiro elétrico, ferro de passar roupa, alguns tipos de aquecedor elétrico, etc. ESISTO EQUIALENTE Inúmeras vezes, tem-se necessidade de um valor de resistência diferente dos valores fornecidos pelos resistores de que dispomos; outras vezes, deve atravessar um resistor corrente maior do que ele normalmente suporta e que o danificaria. Nesses casos, deve-se fazer uso de uma associação de resistores. Em qualquer associação de resistores, denomina-se resistor equivalente o resistor que faria o mesmo que a associação. Entendese por resistência da associação a do resistor equivalente. ASSOCIAÇÃO DE ESISTOES EM SÉIE ários resistores estão associados em série quando são ligados um em seguida ao outro, de modo a serem percorridos pela mesma corrente. A potência elétrica dissipada em cada resistor associado vale: i. ou ou i. Isso equivale a dizer que em uma associação de resistores em série, as potências nos resistores são diretamente proporcionais às respectivas resistências elétricas.. Do ponto de vista do efeito joule, tudo se passa como se houvesse um único resistor dissipando toda a potência, assim a potência total é igual ao somatório das potências. Este resistor é denominado resistor equivalente, em uma associação de resistores em série, a resistência equivalente é igual à soma das resistências associadas Aplicando a lei de Ohm em cada resistor da figura acima, temos: 1 i i i. ortanto podemos concluir que a ddp em cada resistor de uma associação em série é diretamente proporcional à respectiva resistência elétrica.. A ddp de uma associação de resistores em série é igual à soma das ddp nos resistores associados. t rof: Fabrizio iatto 7

8 EM ESUMO A corrente que passa pelos resistores é sempre a mesma A tensão se divide proporcionalmente entre os resistores ara calcularmos a resistência equivalente utilizamos a seguinte equação: ASSOCIAÇÃO DE ESISTOES EM AALELO ários resistores estão associados em paralelo quando são ligados pelos terminais, de modo a ficarem submetidos à mesma ddp. OBS: a letra que representa a ddp pode ser ou U A intensidade de corrente elétrica i do circuito principal divide-se, nos resistores associados, em valores i 1, i e i. Com a ajuda de amperímetros, convenientemente dispostos, verifica-se que: i i1+ i + i A intensidade de corrente em uma associação de resistores em paralelo é igual à soma da intensidade das correntes nos resistores associados. ela lei de Ohm, sabemos que em uma associação de resistores em paralelo, os produtos das resistências elétricas pelas respectivas intensidades de corrente elétrica são iguais: i 1. 1 ;. i ; i. assim, i1 ; i ; i 1 Em uma associação de resistores em paralelo, as intensidades de corrente elétrica são inversamente proporcionais às respectivas resistências elétricas. i 1/ Em associação de resistores em paralelo, o inverso da resistência equivalente da associação é igual à soma dos inversos das resistências associadas No caso de dois resistores associados em paralelo a resistência equivalente é dada pela razão entre o produto ( 1 ), e a soma ( 1 + ) das resistências dos resistores Se tivermos n resistores iguais, de resistência cada um, obteremos: 1... e, então, de_ um_ deles n o rof: Fabrizio iatto 8

9 A potência elétrica dissipada em cada resistor da associação vale: / / / Em uma associação de resistores em paralelo, as potências dissipadas são inversamente proporcionais às respectivas resistências elétricas. 1/ EM ESUMO A corrente se divide na presença de nós. i 1 + i + i it A tensão é constante em todos os resistores. 1/i 1/ Quanto maior o número de resistências em paralelo, menor será a eq e com isso maior será a corrente total A resistência equivalente deverá ser sempre menor do que a menor resistência da associação ara calcularmos a resistência equivalente utilizamos a seguinte equação: ários resistores diferentes Dois resistores diferentes ários resistores iguais de_ um_ deles n o rof: Fabrizio iatto 9