1.2.1 Energia e correntes elétricas

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1 1.2.1 Energia e correntes elétricas Adaptado pelo Prof. Luís Perna Energia A energia elétrica é necessária em inúmeras atividades: AQUECIMENTO ILUMINAÇÃO ENERGIA ELÉTRICA COMUNICAÇÕES TRANSPORTES O seu estudo revela-se de extrema importância. 1

2 Energia e correntes elétricas Qual a condição para que haja corrente elétrica entre dois condutores A e B? Que tipo de corrente elétrica se verifica? Como não existe nenhuma fonte de tensão entre os condutores a corrente elétrica diz-se transitória ou temporária. Energia e correntes elétricas Suponha agora que se intercala um gerador no circuito. Que tipo de corrente passamos a ter? Se existir um gerador (fonte de tensão) a corrente será uma corrente permanente. A corrente elétrica é um movimento orientado de cargas elétricas (eletrões de condução ou eletrões livres) através de um condutor e só existe se houver uma diferença de potencial entre os condutores. 2

3 Energia e correntes elétricas Como se faz o transporte da energia elétrica? São as linhas de alta tensão que permitem o transporte da energia elétrica desde as centrais elétricas até aos locais de distribuição. Linhas de alta tensão junto a central elétrica Corrente elétrica A corrente elétrica consiste no movimento orientado de partículas com carga elétrica. Essas partículas podem ser : eletrões nos METAIS iões em SOLUÇÕES CONDUTORAS (eletrolíticas) eletrões e iões em GASES IONIZADOS 3

4 Corrente elétrica Em METAIS Condutores metálicos: ELETRÕES Iões da rede metálica Nos metais, a corrente elétrica é um movimento orientado de eletrões. Correntes elétricas em metais: - quadro elétrico de uma casa. Corrente elétrica Em SOLUÇÕES CONDUTORAS Solução aquosa de NaCl: ÁGUA IÕES Na + Cl Cl Cl Na + Na + Nas soluções condutoras (eletrólitos), as partículas da corrente elétrica são iões. Corrente elétrica no corpo humano: - no interior existe uma solução condutora. 4

5 Corrente elétrica Em GASES IONIZADOS Lâmpada fluorescente: IÕES A B ELETRÕES No caso dos gases ionizados, as partículas da corrente elétrica são iões positivos e eletrões provenientes da ionização. C Correntes elétricas em gases ionizados: A - relâmpago B - lâmpada fluorescente C - plasma Grandezas elétricas: diferença de potencial elétrico e corrente elétrica. Corrente contínua e corrente alternada. Adaptado pelo Prof. Luís Perna 5

6 Grandezas elétricas: diferença de potencial elétrico Num condutor metálico os eletrões têm um movimento desordenado. Eletrões de condução (a verde) Condutor metálico Não existe nenhuma direção preferencial para o movimento dos eletrões. Grandezas elétricas: diferença de potencial elétrico Se atuarem forças elétricas os eletrões têm um movimento ordenado. Gerador de tensão Polo positivo (+) Polo negativo (-) Gerador de tensão: origina forças elétricas, transferindo-lhes energia, o que origina corrente elétrica. F e Condutor metálico Quando se liga a um condutor metálico aos terminais A e B de um gerador, passam a atuar forças elétricas sobre os eletrões, F e, que os obrigam a deslocar-se para o polo positivo. 6

7 Grandezas elétricas: diferença de potencial elétrico Se atuarem forças elétricas os eletrões têm um movimento ordenado. Os eletrões, apesar das suas frequentes colisões com os iões, acabam por se deslocar ao longo do condutor, num movimento afetado por essas colisões. A força elétrica acelera os eletrões fazendo-os adquirir velocidades muito elevadas, (cerca de 10 6 m/s), mas a sua progressão é somente da ordem dos mm/s Velocidade de arrastamento ou de deriva. F e Diferença de potencial O gerador fornece uma diferença de potencial, U, ao condutor a que está ligado. Grandezas elétricas: diferença de potencial elétrico Diferença de potencial nos terminais de um condutor, U: U = E Q Unidades do Sistema Internacional (SI): Diferença de potencial ( U ) volt (V) Energia ( E ) joule ( J ) Carga elétrica ( Q ) coulomb (C) sempre múltiplo da carga do eletrão Q eletrão = 1, C Voltímetro analógico. Aparelho que mede a diferença de potencial. 7

8 Grandezas elétricas: diferença de potencial elétrico GERADORES DE TENSÃO CONTÍNUA Os geradores que fornecem uma diferença de potencial praticamente constante são chamados geradores de tensão contínua. Originam correntes contínuas. Eletrões movem-se no mesmo sentido. Traço curto Traço comprido Polo - Polo + Símbolo dos geradores num esquema de circuito As pilhas e baterias são exemplos de geradores de tensão contínua Sentido da corrente elétrica Qual o sentido do movimento dos eletrões? Sentido real da corrente elétrica Os eletrões movem-se do polo negativo para o polo positivo. O sentido em que se movem os eletrões no seu movimento orientado chama-se sentido real da corrente. Sentido real 8

9 Sentido da corrente elétrica Qual o sentido do movimento dos eletrões? Sentido convencional da corrente elétrica As cargas (movimento hipotético das cargas positivas) movem-se do polo positivo para o polo negativo. Por convenção ainda se utiliza o sentido convencional da corrente elétrica. Sentido convencional Grandezas elétricas: corrente elétrica Secção reta do condutor Quantos mais eletrões atravessarem uma secção reta de um condutor, por unidade de tempo, mais intensa será a corrente elétrica. A corrente elétrica (símbolo I) é uma grandeza escalar que se define como a carga que atravessa uma secção reta de um condutor por unidade de tempo. 9

10 Grandezas elétricas: corrente elétrica I = Q t Unidades do Sistema Internacional (SI): Corrente elétrica ( I ) ampere (A) Intervalo de tempo ( t ) segundo (s) Carga elétrica ( Q ) coloumb (C) sempre múltiplo da carga do eletrão Q eletrão = 1, C Amperímetro analógico. Aparelho que mede a corrente elétrica. Corrente contínua e corrente alternada CORRENTE CONTÍNUA O valor da corrente contínua é constante ao longo do tempo. O movimento dos eletrões dá-se sempre no mesmo sentido. É simbolizado pela sigla CC ou DC. Símbolo nos aparelhos de medida: Numa corrente contínua, o valor da corrente elétrica é constante. 10

11 Corrente contínua e corrente alternada CORRENTE ALTERNADA O valor da corrente elétrica varia periodicamente ao longo do tempo. O movimento dos eletrões dá-se ora num sentido, ora em sentido oposto. É simbolizado pela sigla CA ou AC. Símbolo nos aparelhos de medida: Numa corrente alternada, o valor varia periodicamente Corrente contínua e corrente alternada Conversão da corrente alternada em contínua Há aparelhos que transformam a corrente alternada em contínua e vice-versa, que são designados transformadores. AC U = 230 V Transformadores DC U << 230 V O carregador do telemóvel e o carregador do computador portátil convertem corrente alternada em corrente contínua e reduzem a diferença de potencial (U). 11

12 Exercícios TPC Fazer os exercícios da página 98 que ficarem por fazer: - Energia e correntes elétricas. - Grandezas elétricas: diferença de potencial elétrico e corrente elétrica. Corrente contínua e corrente alternada. 12