CORRENTE ELÉTRICA, RESISTÊNCIA, DDP, 1ª E 2ª LEIS DE OHM

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1 FÍSICA COENTE ELÉTICA, ESISTÊNCIA, DDP, ª E ª LEIS DE OHM. CAGA ELÉTICA (Q) Observa-se, expermentalmente, na natureza da matéra, a exstênca de uma força com propredades semelhantes à força gravtaconal, embora atue em condções dferentes. Esta força é denomnada força elétrca. Todos os corpos que exercem forças elétrcas possuem o que chamamos de carga elétrca. A undade de carga elétrca no Sstema Internaconal (SI) é o coulomb (C)... Carga elementar Todos os corpos são formados por átomos. Cada átomo é composto por váras partículas. Especfcamente, trataremos dos prótons e elétrons. Os átomos contêm um núcleo com uma determnada carga elétrca convenconada postva. Esta carga é devda à presença dos prótons, que são partículas dotadas de carga elétrca. Ao redor do núcleo, há partículas com cargas elétrcas convenconadas negatvas, denomnadas elétrons. Em geral, um átomo é eletrcamente neutro, ou seja, tem quantdades guas de carga elétrca negatva e postva, ou de elétrons e prótons. Os prótons estão contdos na estrutura dos á- tomos e encerram pratcamente toda a massa do á- tomo, pos a massa de um próton é, aproxmadamente, 000 vezes maor que a do elétron. Nos elétrons, dependendo do elemento, as lgações com a estrutura do átomo são mas fracas, possbltando seu deslgamento da estrutura. Quando sso ocorre, o átomo perde seu equlíbro de cargas elétrcas, possbltando uma predomnânca de carga. A carga elétrca de um elétron é numercamente gual à de um próton e vale e =, C, onde e é denomnada carga elementar. Os corpos dotados de carga elétrca (q) possuem valores de carga múltplos da carga elementar (e) logo, q = n e onde n é a dferença numérca entre prótons e elétrons no corpo. esumo: Grandeza quantzada: e =, C. Conceto prmtvo. Nos condutores espalham-se com facldade. Condutores sóldos (metas) exclusvamente elétrons. Nas soluções ôncas íons (cátons e â- nons). Nos gases íons e elétrons. Edtora Exato 6 Nos solantes permanecem na regão em que surgram.. COENTE ELÉTICA (I) As cargas elétrcas podem se mover no vácuo ou em meos materas. Cargas elétrcas em movmento ordenado consttuem a corrente elétrca. Para que seja possível o estabelecmento da corrente elétrca, é necessáro que haja um percurso ao longo do qual possa exstr a movmentação das cargas. Os meos materas que apresentam maor possbldade de locomoção para o estabelecmento da corrente elétrca são os condutores, como lgas metálcas, alguns gases onzados, alguns líqudos etc. Os meos que apresentam dfculdade para esta locomoção são materas solantes, como borracha e certas composções plástcas, gases não-onzados etc. Outra condção fundamental para o estabelecmento de uma corrente elétrca entre dos pontos de um meo é a dferença de potencal entre estes dos pontos (ddp)... Intensdade da Corrente Elétrca Consdere um condutor onde uma corrente elétrca seja estabelecda: ma secção reta do condutor é atravessada por uma quantdade n de elétrons lvres, cada um com carga elétrca e perfazendo uma carga total Q = n. e num ntervalo de tempo t. A ntensdade da corrente elétrca é determnada pelo quocente da carga pelo ntervalo de tempo: Q = t n.e = t No SI, a ntensdade de corrente é medda em ampère (A). A = C/s Na prátca, é muto usado também o mlampère (ma) e o mcroampère (µa). ma = 0-3 A µa = 0-6 A Sentdo eal Movmento de Cargas Negatvas. Sentdo Convenconal Movmento de Cargas Postvas.

2 3. DIFEENÇA DE POTENCIAL (DDP) É a medda da quantdade de energa elétrca que é cedda à carga elétrca que atravessa um gerador. Quando se dz que um chuvero está lgado a uma tomada de 0V, sgnfca que, sobre cada coulomb de carga elétrca que o percorre, a força elétrca realza 0J de trabalho. Plha Batera - Le de OHM esstor ôhmco = - [ J] [ C] E = = volt q = DDP Volt [ V ] E = Energa Elétrca [ J ] Q = Carga Elétrca [ C ] [ V] 4. ESISTÊNCIA ELÉTICA ( ) Quando uma corrente elétrca é estabelecda em um condutor metálco, um número muto elevado de elétrons lvres passa a se deslocar nesse condutor. Nesse movmento, os elétrons coldem entre s e também contra os átomos que consttuem a rede crstalna do metal. Portanto, os elétrons encontram uma certa dfculdade para se deslocar, sto é, exste uma resstênca à passagem da corrente no condutor. A passagem da corrente elétrca pela resstênca faz com que parte da energa elétrca seja convertda em energa térmca (efeto joule). A potênca dsspada pode ser dada por: P = [ Ω A ] watt P = = Potênca Elétrca [ W ] esstênca Elétrca [ Ω ] = ohm 5. ª LEI DE OHM A corrente estabelecda em um condutor metálco é dretamente proporconal à voltagem a ele aplcada, de modo que sua resstênca permanece constante (não depende da voltagem aplcada). α N = tgα A resstênca é constante, ndependentemente dos valores da tensão e corrente. esstor não ôhmco A resstênca vara com a tensão e a corrente elétrca. 6. ENEGIA ELÉTICA (E EL ) A potênca elétrca de um aparelho qualquer pode ser calculada com a expressão P = e é dada no sstema nternaconal em watt[ W ]. P = = P = ou P = Podemos calcular a potênca com estas equações também. A experênca mostra que os aparelhos que mas consomem energa elétrca são aqueles de maor potênca e/ou que fcam lgados mas tempo. Assm, defnmos energa elétrca como sendo o produto da potênca do aparelho pelo tempo que este permanece lgado. E = P t Edtora Exato 7

3 No SI, a undade de energa elétrca é o joule, no entanto, é usual as companhas de eletrcdade usarem o qulowatt-hora (kwh) nas nossas conta de luz. 7. ASSOCIAÇÃO DE ESISTOES 7.. Sére: 7.. Paralelo: 3 3 Suponha que duas lâmpadas estejam lgadas a uma plha, de tal modo que haja apenas um camnho para a corrente elétrca flur de um pólo da plha para o outro: dzemos que as duas lâmpadas estão assocadas em sére. Evdentemente, podemos assocar mas de duas lâmpadas dessa manera, como em uma árvore de Natal, onde geralmente se usa um conjunto de váras lâmpadas assocadas em sére. Em uma assocação em sére de resstêncas, observam-se as seguntes característcas: Como há apenas um camnho possível para a corrente, ela tem o mesmo valor em todas as resstêncas da assocação, mesmo que essas resstêncas sejam dferentes. Quanto maor for o número de resstêncas lgadas em sére, maor será a resstênca total do crcuto (tudo se passa como se estvéssemos aumentando o comprmento total da resstênca do crcuto). Portanto, se mantvermos a mesma voltagem aplcada ao crcuto, menor será a corrente nele estabelecda. A resstênca únca, capaz de substtur a assocação de váras resstêncas,, 3 etc., em sére, é denomnada resstênca equvalente do conjunto. O valor dessa resstênca equvalente é dado por: = 3... Característcas prncpas Todos os resstores submetdos à mesma corrente. A tensão na assocação é a soma das tensões dos resstores. T = 3 = = 3 = 3 Em uma assocação de resstêncas em paralelo, observam-se as seguntes característcas: A corrente total, fornecda pela batera, se dvde pelas resstêncas da assocação; a maor parte da corrente passará na resstênca de menor valor (camnho que oferece menor oposção). Quanto maor for o número de resstêncas lgadas em paralelo, menor será a resstênca total do crcuto (tudo se passa como se estvéssemos aumentando a área total da seção). Portanto, se mantvermos nalterada a voltagem aplcada ao crcuto, maor será a corrente fornecda pela plha ou batera. Quando váras resstêncas, etc., são assocadas em paralelo, a resstênca equvalente, desse conjunto, pode ser calculada pela relação: eq = Característcas prncpas: A corrente total é a soma das correntes. Todos os resstores em paralelo estão submetdos à mesma DDP. T = = = Casos partculares de assocação em paralelo ºcaso: Edtora Exato 8

4 º Caso: eq = Caso os resstores sejam guas N é o número de resstores. 8. LEITA COMPLEMENTA eq = onde A lâmpada ncandescente fo nventada, em 879, por Thomas Alva Edson e passou por números aperfeçoamentos até os das de hoje. Ela consste de um fo de tungstêno em forma de espral, chamado flamento, colocado dentro de um bulbo de vdro com um gás nobre que retarda a sublmação desse flamento. flamento suporte de vdro ampola (bulbo) de vdro fo metálco rosca metálca contato metálco solante Quando o flamento é atravessado por uma corrente elétrca, ele se aquece e, tornando-se ncandescente, passa a emtr luz. As lâmpadas são consttuídas para trabalhar em uma tensão e potênca nomnal específcas. Por exemplo: 0 V - 0 W. A lumnosdade - ou brlho - da lâmpada está dretamente relaconada ao quadrado da tensão aplcada. Quando aplcamos tensão nferor à nomnal, a lâmpada brlha menos que o normal. Com tensão superor à nomnal, brlha mas, porém, pode provocar a quema do flamento. N EXECÍCIOS ESOLVIDOS ma resstênca de 0Ω é submetda a uma tensão de 40V. Calcule a corrente que a atravessa. esolução: Dados: =0Ω; u = 40V; =? =. 40 = = = 4A 0 Calcule a DDP que deve ser estabelecda para que, através de uma resstênca de 4Ω, crcule uma corrente de 0A. esolução: Dados: =4Ω; =0ª; =? =. = 4.0 = 40v 3 As empresas de energa elétrca cobram a fatura, baseando-se no consumo mensal de energa dada em kwh (klowatt hora). Imagne uma pessoa que tome um banho de 30 mnutos uma vez por da durante um mês (30 das), utlzando um chuvero de potênca 3000W. Sendo o valor do kwh gual a $ 0,60, quanto esta pessoa gasta em um mês com os banhos? esolução: Para resolver esta questão, utlzaremos a equação E = p. t lembrando que a potênca (P) agora deve ser dada em kw e o tempo em horas. Assm, devemos fazer as transformações: ESTDO DIIGIDO Defna corrente elétrca, dando anda seu símbolo e sua undade no sstema nternaconal. kw x 3000 x = x = 3kw W 3000W O que sgnfca DDP? Dê um outro snônmo e cte sua undade nternaconal. 3 Escreva a prmera Le de OHM, explcando o sgnfcado de cada termo. 4 Escreva a equação para o cálculo de energa elétrca. 60x = 30 h 30 x = x = 0,5h 60 E = P. t E E = 3 0,5 =,5kwh x 60mn 30mn essa é a energa gasta por banho, em trnta das basta multplcar,5x30 = 45kwh 45X0,60=7. Então o custo mensal dos banhos é de $ 7,00 Edtora Exato 9

5 4 Calcule a resstênca equvalente nos exercícos abaxo: 3Ω Ω 5Ω a) esolução: Como as resstêncas estão em sére, basta somá-las 35=0 eq = 0Ω. b) 6Ω 4 ma casa com 6 moradores possu um chuvero com a segunte nscrção: 3600 W 0 V. Sabendo que cada morador toma um banho de 0 mnutos por da, qual a energa gasta, em 30 das, só com o chuvero, em kwh? Sabendo que o kwh custa $0,5, quanto se gasta por mês para que os moradores desta casa possam tomar banho daramente? 3Ω esolução: Para duas resstêncas em paralelo, utlzamos a equação eq = 8 = Ω 9 EXECÍCIOS Qual a corrente que crcula por um resstor ôhmco de 50Ω quando o mesmo é submetdo a uma ddp de 00V? Qual a potênca dsspada no mesmo? Calcule as seguntes resstêncas equvalentes: a) Ω 4Ω 6Ω b) c) 00Ω Ω 3 Ω 6 Ω 00 Ω 00 Ω 3 Julgue os tens: O efeto Joule acontece quando um resstor dsspa energa elétrca ao ser atravessado por uma corrente. Para um resstor ôhmco, quanto maor a ddp à que ele está submetdo, maor a corrente que o atravessa. 3 A resstênca de um condutor é proporconal ao comprmento do mesmo. 4 Quanto maor a área da secção reta de um condutor, menor a sua resstênca. 5 m aparelho de ar condconado traz as seguntes especfcações 0 V 00 W. Calcule a resstênca do aparelho e a corrente que o crcula quando o mesmo está em funconamento. 6 (nb) Julgue os tens abaxo: Aumentando-se o comprmento de um resstor, sua resstênca aumentará, mantda a espessura, o materal e a temperatura constantes. m resstor ôhmco de resstênca elétrca 0 Ω, sob uma d.d.p. de 00V e percorrdo por uma corrente elétrca de 0A. 3 Mantda a temperatura constante, a resstênca elétrca de um condutor ôhmco é dretamente proporconal à tensão à qual está submetdo. 4 Se um resstor metálco tem o seu dâmetro reduzdo à metade, sua resstênca também se reduzrá à metade. 5 O valor da resstênca elétrca de um condutor ôhmco não vara, se mudarmos a d.d.p. a que ele está submetdo. 7 (ncamp-sp) ma loja teve a sua fachada decorada com 3000 lâmpadas, de 0,5W cada, para o Natal. Essas lâmpadas são do tpo psca-psca e fcam apagadas 75% do tempo. a) Qual a potênca total dsspada, se 30% das lâmpadas estverem acesas smultaneamente? b) Qual a energa gasta (kwh) com essa decoração lgada das 0 até as 4 horas? c) Consderando que o kwh custa $ 0,08, qual sera o gasto da loja durante 30 das? 8 Dado o crcuto, determne, e 3. Dado: AB = 60V A,0Ω,0Ω B 0Ω 5Ω 3 Edtora Exato 0

6 Estudo drgdo GABAITO Corrente elétrca é o movmento ordenado de elétrons. O símbolo usual é a letra I e sua undade é o ampère (A). DDP sgnfca dferença de potencal (a também chamada voltagem), e sua undade nternaconal é o volt (V) 3 =. = DDP volt (V) = resstênca OHM (Ω) = corrente elétrca ampère (A) 4 E P. t =, onde P é potênca dada em watts (W) e t é tempo dado em segundos (s). Exercícos = 4 A P = 800 W a)0 Ω b) Ω c)00 Ω 3 C, C, C, C 4 08 kwh. $ 7, = 44Ω = 5 A a) 450W b),5kwh c) $ 3,60 a) 50A b) 5kWh c) $ 54,00 = 6A 3 = 3,6A =,4A 9. BIBLIOGAFIA ECOMENDADA FILIZOLA. oberto. Físca - coleção: Vtóra- éga. Ensno Médo. Edtora IBEP. ANJOS. Ivan Gonçalves dos. Físca Curso Completo.. Ensno Médo. Edtora IBEP. GIMAÃES, Osvaldo. CAON, Wlson. As faces da Físca - Volume únco. ª edção,,. Edtora Moderna. JÚNIO, Francsco amalho. FEAO, Ncolau Glberto. SOAES, Paulo Antôno de Toledo. Os fundamentos da Físca Mecânca.. Edtora Moderna. JÚNIO, Francsco amalho. FEAO, Ncolau Glberto. SOAES, Paulo Antôno de Toledo. Os fundamentos da Físca Termologa óptca, geométrca e ondas.. Edtora Moderna. JÚNIO, Francsco amalho. FEAO, Ncolau Glberto. SOAES, Paulo Antôno de Toledo. Os fundamentos da Físca Elétrca.. Edtora Moderna. GASPA, Alberto. Físca - Volume Únco. Coleção Físca. Edtora Átca. PAANÁ, Djalma Nunes da Slva. Físca (Paraná) - Sére Novo Ensno Médo.. Edtora Átca. Edtora Exato

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