CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 1

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1 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 1 ELETROSTÁTICA A matéria é constituída de partículas extremamente pequenas denominadas átomos, que, por sua vez, são formados de prótons e nêutrons, aglomerados nos núcleos, em torno dos quais movimentam-se elétrons. Exemplos átomo de carbono átomo de alumínio ( 6 prótons, 6 nêutrons, 6 elétrons) ( 13 prótons, 14 nêtrons, 13 elétrons) Experiências realizadas em laboratórios, mostram que elétrons e prótons interagem, isto é, exercem forças elétricas entre si: se colocarmos dois prótons um perto do outro, eles se repelem; o mesmo ocorre com dois elétrons. Entretanto, um próton e um elétron atraem-se mutuamente. repulsão atração Para explicar as causas dessas interações dizemos que elétrons e prótons possuem cargas elétricas de espécies diferentes. Por convenção, a carga elétrica do próton é positiva e a do elétron negativa. Diz-se também que o elétron é uma carga negativa e o próton é uma carga positiva. Os nêutrons não exercem ações elétricas entre si, portanto não possuem cargas elétricas. A interação entre partículas, como os elétrons e os prótons, permite-nos enunciar o princípio da atração e repulsão, da seguinte forma: Cargas elétricas com mesmo sinal se repelem. Cargas elétricas com sinais contrários se atraem. Condutores e isolantes Um corpo ou meio material (sólido, líquido ou gasoso) é condutor de eletricidade quando as cargas elétricas podem mover-se com facilidade em seu interior; caso contrário, ele é denominado isolante ou dielétrico. Exemplo de condutores: cobre, alumínio, prata, bronze, ferro, níquel, platina, soluções de sal, corpo humano, Terra etc. Exemplos de isolantes: vidro, porcelana, borracha, baquelite, mica, ebonite, madeira seca, parafina, água pura, vácuo etc.

2 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 2 Eletrização Um corpo está eletrizado quando o número de elétrons( n 2 ) é diferente do número de prótons ( n p ). Um corpo está carregado positivamente: se n p > n e. negativamente: se n e > n p. Um corpo está eletricamente neutro: n p = n e. corpo carregado positivamente corpo carregado negativamente corpo neutro (ou descarregado) A) Eletrização por atrito Atritando-se, entre si, dois corpos isolantes A e B, os elétrons são forçados a passar de um corpo a outro. O corpo que perdeu elétrons fica carregado positivamente, enquanto o outro, que ganhou elétrons, fica carregado negativamente. esta região foi atritada e perdeu elétrons esta região foi atritada e ganhou elétrons isolante eletrizado positivamente isolante eletrizado negativamente

3 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 3 B) Eletrização por contato No processo de eletrização por contato, verificamos que: Após o contato, o corpo neutro fica eletrizado com cargas elétricas de mesmo sinal que as do corpo carregado. Condutor neutro antes do contato durante o contato após o contato Condutor neutro Observação: Elétrons que se libertaram das camadas mais afastadas do núcleo atômico são denominados elétrons livres. antes do contato durante o contato após o contato C) Eletrização por indução No processo de eletrização por indução, há separação de cargas do condutor, isto é, uma parte do condutor fica eletrizada positivamente, enquanto a outra parte fica eletrizada negativamente. Observação: O corpo A das figuras chama-se indutor, e o corpo B, induzido. Condutor neutro antes da aproximação condutor neutro após a aproximação antes da aproximação após a aproximação Nas figuras anteriores, se mantivermos o corpo A próximo de B e ligarmos B à Terra através de um fio condutor, pode acontecer o seguinte:

4 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 4 a) se A é positivo, os elétrons da Terra sobem e neutralizam as cargas positivas de B. O corpo B fica carregado negativamente; B b) se A é negativo, as cargas negativas de B escoam para a Terra. O corpo B fica carregado positivamente. Terra A B O corpo humano é um condutor de eletricidade. Portanto, a ligação á Terra pode ser feita, também, encostando-se o dedo no corpo induzindo B. Quando se desfaz a ligação á Terra e se afasta o corpo indutor A, o corpo induzido B fica carregado negativamente, no caso a, e positivamente no caso b. Comentário: Quando um corpo é eletrizado, não há criação nem destruição de cargas elétricas: as cargas elétricas apenas passam de um corpo a outro (eletrização por atrito e por contato) ou se separam dentro dele (eletrização por indução). Terra CORRENTE ELÉTRICA O movimento ordenado de cargas elétricas é denominado corrente elétrica. Entende-se por movimento ordenado o movimento semelhante ao dos soldados marchando em uma parada militar. movimento desordenado de cargas elétricas movimento ordenado de cargas elétricas As cargas elétricas que constituem a corrente elétrica são os elétrons livres (elétrons que se destacaram do átomo).

5 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 5 Unidade de intensidade de corrente elétrica Em homenagem ao físico francês André Marie Ampére ( ), a intensidade da corrente elétrica, no SI, é medida em ampère (símbolo A). Sentido convencional da corrente elétrica O sentido da corrente elétrica é, por convenção, contrário ao do deslocamento das cargas negativas. cargas negativas circuito elétrico fechado sentido convencional da corrente elétrica Algumas intensidades de corrente elétrica: Lâmpada comum: 0,5 A a 2 A ferro elétrico: 4 A a 8 A chuveiro e torneira elétrica: 10 A a 20 A locomotiva elétrica: 1000 A Na prática, a intensidade da corrente elétrica é medida por aparelhos chamados amperímetros. O amperímetro é intercalado em um circuito elétrico, de maneira a ser atravessado pela corrente elétrica cuja a intensidade se quer medir. amperímetro lâmpada Amperímetro medindo a intesidade da corrente elétrica Desenho esquemático da figura ao lado

6 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 6 Classificação da corrente elétrica A corrente elétrica pode ser de dois tipos: corrente contínua (CC) e corrente alternada (CA) Corrente Contínua Quando os elétrons livres ou os íons se movem em um único sentido, temos a corrente contínua. Por exemplo, pilhas e baterias fornecem corrente contínua. Pilha fornece CC. Bateria ( ou acumulador) fornece CC. Corrente alternada A corrente elétrica que muda de sentido em intervalos de tempo iguais denomina-se corrente alternada. Por exemplo: os geradores de usinas hidrelétricas em geral fornecem corrente alternada; as correntes das instalações elétricas de nossas casas são alternadas

7 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 7 CHOQUE ELÉTRICO A gravidade do choque elétrico que age diretamente no sistema nervoso do corpo humano, podendo provocar desde pequenas contrações musculares até a morte é determinada tanto pela intensidade da corrente elétrica como pelo caminho que ela percorre no corpo da pessoa. A menor intensidade da corrente que percebemos como um formigamento é de 1 ma (miliampère). Uma corrente com intensidade de 10 ma faz a pessoa perder o controle muscular. O valor entre 10 ma até 3 A pode ser mortal se atravessar o tórax da pessoa, pois atinge o coração, modificando seu ritmo e fazendo com que ele pare de bombear o sangue; a pessoa então pode morrer em poucos minutos. Intensidades acima de 3 A levam à morte certa por asfixia em poucos segundos. O choque mais grave é o que atravessa o tórax, pois afeta o coração. Nesse caso, mesmo uma intensidade não muito alta da corrente pode ser fatal. Por outro lado, uma corrente de alta intensidade que circule de uma perna a outra pode resultar só em queimaduras locais, sem lesões mais sérias. O quadro abaixo mostra a porcentagem da corrente elétrica que passa pelo coração em função do tipo de contato: Diferença de potencial elétrico A pilha fornece energia às cargas para que elas se movimentem, formando a corrente elétrica. Essa energia chama-se energia potencial elétrica; portanto, as cargas de uma corrente elétrica possuem energia potencial elétrica. A ddp é medida em V (Volts) e pode ser representada pela letra U. Na prática, a ddp ou tensão elétrica é medida por aparelhos chamados voltímetros. O voltímetro é ligado em paralelo com o trecho do circuito (veja o esquema) cuja ddp quer se medir. pilha pilha V lâmpada + voltímetro Desenho esquemático Voltímetro medindo a ddp nos terminais da lâmpada. Quando um fio é ligado aos pólos de uma pilha (ou bateria), os elétrons da corrente elétrica vão do pólo negativo (potencial menor) para o pólo positivo (potencial maior), enquanto o sentido da corrente elétrica é do pólo positivo para o negativo, por convenção. elétrons sentido convencional da corrente elétrica i

8 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 8 Aspectos da Física do Raio: buscando elucidar um fenômeno pouco compreendido. Fonte: Internet Dirceu da Silva (gepce - FE/UNICAMP) Jomar de Barros Filho (gepce - FE/UNICAMP) Jurandyr C. N. Lacerda Neto (gepce - FE/UNICAMP) É comum encontrarmos em livros didáticos e pára-didáticos comentários e observações sobre o raio. Quase que invariavelmente estes apresentam erros conceituais e analogias imprecisas; às vezes encontramos vários aspectos míticos e lendários associados aos conceitos. Assim, este breve artigo tem por objetivo apresentar o fenômeno raio, para professores, na tentativa de elucidar o que venha a ser esse fenômeno natural, além de aspectos ligados a ele. Um pouco de história do fenômeno. Até meados do século XVIII, o raio era associado a uma manifestação dos céus, ora como castigo ora como evento natural, sem uma relação causal explicativa. Foi só em 1750, que Benjamin Franklin, cientista amador e estadista, propôs um experimento para provar que o raio era um fenômeno elétrico. Neste mesmo período, marcado pelo estudo dos fenômenos eletrostáticos, havia diversos avanços científicos em curso: máquinas eletrostáticas, os conceitos de isolantes e condutores, os capacitores (garrafas de Leiden) etc. Franklin havia se interessado pela eletricidade e já havia realizado diversas experiências, nos círculos de ciências europeus. Assim, em uma publicação, onde ele era o editor, The Poor Richard (alusão aos atuais Estados Unidos, que eram nesse período colônia da Inglaterra), Franklin descreve uma experiência, usando uma analogia com fenômenos observados em laboratório: Deveria erguer-se no alto de um monte, uma guarita de madeira, com uma haste de ferro no seu topo. Dentro desta, seria colocada outra haste cravada no solo. Além disso, o chão no interior da guarita necessitaria ter uma base isolante (placa de vidro ou madeira). No momento de formação de uma tempestade, um homem deveria ficar em pé sobre a base isolante, segurando com uma das mãos, na haste cravada e aproximar a outra da haste fixa no telhado da guarita. Com isso, Franklin previa que faíscas deveriam saltar pela mão próxima da haste, de forma semelhante que ocorria com as experiências nos geradores eletrostáticos e assim, confirmaria, por analogia, a causa elétrica do raio. Em 1752, Alibard, outro cientista amador, contratou um sargento aposentado do exército francês para realizar a experiência, na região da França que faz divisa com a Suíça. De fato, Alibard, constatou a produção de faísca e escreve uma carta para Franklin. Como este agora estava na Filadélfia, a carta demora muito a chegar. Assim, sem conhecimento do sucesso da sua proposta, Franklin resolve, por ausência de montes altos na região, mudar a experiência e acaba por soltar um papagaio, no momento que se formava uma tempestade. Para tal, usa um cordão resistente e um fio metálico muito fino, paralelo ao cordão. Amarra a chave da porta da sua casa próximo à sua mão e observa saltarem faíscas dos nós da sua mão para a chave. As duas experiências são muito perigosas! Se um raio tivesse, caído em qualquer delas, os envolvidos teriam sido mortos instantaneamente. Na época de Franklin, não se conhecia as magnitudes do fenômeno. Provado que o raio era um fenômeno elétrico, Franklin, usando novamente uma analogia com as experiências de laboratório com eletricidade estática, propõe um artefato para eliminar os raios: o páraraios, que consistia em haste pontiagudas ligadas por fios condutores a outras hastes cravadas no solo. Com esse artefato, Franklin esperava que a nuvem de tempestade fosse descarregada sem a produção de uma faísca, ou seja sem haver o choque do raio. Esse idéia foi retirada de uma fato facilmente observado em experiências com geradores eletrostáticos. Em certas condições de laboratório, é fácil verificar que quando um gerador está carregado, ao aproximarmos um corpo rombudo aterrado, há a produção de uma faísca. Caso contrário, aproximando-se um corpo pontiagudo aterrado, há a neutralização elétrica do gerador, sem a produção de faíscas. Este fenômeno é explicado pelo poder das pontas, que devido à geometria ponteaguda, apresenta um campo elétrico muito intenso na ponta. Isto faz com que haja movimentação das cargas (do gerador para a ponta ou vice-versa) sem a produção da ruptura do dielétrico do ar (isolação do ar). A figura 1, representa a situação descrita.

9 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 9 Em 1755, alguns desses dispositivos são instalados em um prédio público em Londres e após sete meses, entes foram atingidos por raios. Franklin estão, muda as suas concepções e passa a advogar que os páraraios se não podiam eliminar os raios, pelo menos seriam um local mais favorável à queda dos mesmos. Até hoje encontramos em diversos livros a idéia errônea de que os pára-raios podem eliminar os raios. Muito dessa afirmação baseia-se na falta de conhecimento e na interpretação do nome pára (contra) raios. A eletrização da nuvem de tempestade. Há conhecimento de pelo menos dez teorias diferentes para a formação de uma nuvem de tempestade, a cúmulos nimbus (cúmulo = alto, grande e nimbu = chuvoso), segundo Martin Uman (Uman, M. A (1984). Lightning, New York, Dover Publications) a teoria mais aceita é a de Simpson que usa um fenômeno interessante para justificar a eletrização das nuvens. Se pegarmos, por exemplo uma barra de gelo, e colocarmos nas suas extremidades dois eletrodos, ligados por um voltímetro e em seguida, fizermos uma das extremidades mais fria que a outra - derramando nitrogênio líquido, por exemplo - iremos observar uma tensão ou ddp i entre os dois extremos. Este fenômeno, efeito termoiônico, é explicado pela agitação diferenciada das partes da barra de gelo, já que a temperatura é uma grandeza associada ao grau de agitação das partículas dos corpos. Quanto maior a temperatura maior a agitação e vice versa. Assim, o lado de maior temperatura, devido a maior agitação, acaba roubando elétrons do lado mais frio, tornando-se levemente negativo (vide figura 2) A nuvem de tempestade é formada quando há uma inversão térmica, após um período de intensa evaporação, a entrada na região de uma massa de ar frio provoca a condensação e a solidificação de pequenos aglomerados de água. Dessa forma, passa-se a ter pequenos cristais de gelo à deriva. A inversão térmica provoca um turbilhão de correntes de ar ascendentes e descendentes no interior na nuvem, fazendo com que os cristais de gelo colidam e passem a crescer pela agregação de outros. Esse processo, também faz com que ao serem carregados pelas correntezas de ar sejam esfriados. Como o gelo é um bom isolante térmico, passa a haver uma diferença de temperatura entre o centro do granizo (pedras de gelo observadas nas tempestades) e exterior.

10 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 10 Transportando o efeito termoiônico para esse caso, temos que na parte interior - de maior temperatura - haverá acumulo de cargas negativas e na parte exterior - de menor temperatura - haverá acúmulo de cargas positivas (ausência de negativas) (vide figura 3). Se o fenômeno não fosse dinâmico, estaria dada a eletrização da nuvem, mas como há um turbilhão de correntes de ar no interior da nuvem, esses granizos são arrastados para cima e para baixo, vindo a colidir entre si e com flocos de gelo menores, que estão eletricamente neutros, pois sendo muito pequenos é desprezível a diferença de temperatura entre o seu interior e exterior. Quando os granizos chocam-se com os pequenos cristais de gelo, roubam cargas elétricas deles, deixandoos positivos e ficando, após muito choques negativos. Isto é, na realidade os granizos, são neutralizados externamente, mas como tinham excesso de cargas negativas na parte interior, acabam ficando negativos (vide figura 4). Ao final de algumas dezenas de minutos, teremos a seguinte configuração: O pequenos cristais (positivos) têm maior probabilidade de serem arrastados para o topo da nuvem, os granizos que sofreram choques (negativos), terão maior probabilidade de estarem na região central da nuvem, em queda ou sendo arrastados ou sustentados pelas correntes de ar ascendentes e os granizos que sofreram pouco choques (ainda positivos) estarão na base da nuvem. Estes últimos, sofreram poucos choques, porque provavelmente foram os primeiros a serem formados, o que justifica a quase ausência dos cristais menores para que pudessem sofrer os choques (vide figura 5). Esse processo de acúmulo de cargas elétricas irá ocorrendo até a formação do raio. Em média, as três regiões eletrizadas, possuem a seguinte quantidade de cargas, superior +35 C, mediana -40 C e inferior +5 C (C = coulomb). O mecanismo de propagação do raio: muito além de um faísca gigantesca. Como representamos na figura 5, a nuvem de tempestade tem dimensões gigantescas, por esse motivo e pelo acúmulo de gelo em seu interior, a luz do sol é desviada e blindada, fazendo com que o céu torne-se cinzento. Em 90% dos casos, o raio inicia-se, pela ruptura do dielétrico (isolação) do ar, entre as regiões mediana e inferior (um conjunto de faíscas entre as duas regiões) e acaba por ionizar o ar entre estas duas regiões (figura 6a). Uma vez estando o ar ionizado, isto é, bom condutor de eletricidade, há um rearranjo elétrico e inicia-se a descida de uma corrente de elétrons que buscará o solo. Essa corrente na maioria das vezes não sobe,

11 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 11 devido a longa distância até o topo da nuvem e assim, quanto mais elevado mais rarefeito é o ar, maior a dificuldade de circulação de eletricidade. Devido ao fato de ser muito elevado o valor do campo elétrico na ponta dessa corrente, o ar circunvizinho irá ficando ionizado pela expulsão de elétrons das moléculas do ar e assim, o caminho irá sendo traçado para a descida desse primeiro choque, chamado de condutor por passos. Devido aos ventos sempre presentes nas tempestades (devidos à inversão térmica) esse choque irá ter um caminho muito ramificado e sinuoso (figuras 6b e 6c). Na medida que esse condutor se aproxima do solo, há por indução elétrica, uma movimentação de cargas no solo, fazendo com que os objetos, edificações, árvores etc. fiquem positivamente carregados. Em uma distância que varia de aproximadamente 70 a 110m, a quantidade de cargas acumuladas no solo é tal que ocorre a ruptura do dielétrico (isolação) do ar entre a ponta do condutor por passos e um objeto ou edificação (figura 6d). A partir desse instante, passa-se a ter definido o caminho do raio. Ato contínuo, as cargas na nuvem estão em constante rearranjo e um choque de grande valor de corrente elétrica desce pelo caminho ionizado, o choque de retorno (figura 6e). Esse nome é devido ao sentido convencional da corrente elétrica. Historicamente, acreditava-se que a corrente elétrica seria o movimento de cargas positivas. Após as experiências de Rutherford e da estruturação do modelo atômico de Bohr, por coerência, passou-se a acreditar que o que se movimenta são elétrons e não prótons, pois estes estão ligados no interior do núcleo atômico. Mesmo assim, manteve-se a idéia de corrente de prótons, só é sentido contrário à de elétrons. Temos então, a corrente convencional e a dita real. Se a real percorre da nuvem para o solo, a convencional irá do solo para a nuvem. Por esse motivo, o choque citado é chamado de choque de retorno, pois refere-se à corrente convencional (vide figura 7).

12 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 12 Este choque tem em média um valor de pico de A, sendo que já foi medido experimentalmente choques de retorno que atingiram o valor máximo de A. Este choque movimenta uma quantidade grande de cargas elétricas, provocando um aquecimento espetacular do ar, o que falaremos mais adiante. Após o choque de retorno, é comum haver ainda uma grande quantidade de cargas elétricas na nuvem. Lembrando sempre que as cargas estão em constante rearranjo, um novo choque fraco buscará o solo novamente, o condutor dardo. O mecanismo de propagação é semelhante ao condutor por passo, porém como há um caminho fracamente ionizado, devido ao choque de retorno, este novo choque é mais dirigido, menos sinuoso, daí o nome dardo (figura 6f). Subseqüentemente ao choque dardo, outro choque de retorno deve ocorrer (figura 6g), porém com corrente elétrica menos intensa. Se ainda houver cargas suficientes na nuvem, ocorrerá novo condutor dardo (figura 6h) e novo choque de retorno (figura 6i). Em média no fenômeno ocorrem 3 a 4 choque. Há registros experimentais, que mostram um raio que se manifestou em 56 choques! O mais incrível é que todo esse processo dura em média 0,2 s (dois décimos de segundo) Para que o raio ocorresse através de uma faísca direta seria necessário que a tensão ou ddp entre a nuvem e o solo fosse muito maior do que é em média. Por esse motivo, ocorre todo o processo descrito. Alguns dados sobre o fenômeno De forma mais ilustrativas, apresentamos a seguir algumas estatísticas sobre o fenômeno raio: Tensão ou ddp entre nuvem e solo, no inicio do choque : 100 milhões a 1 bilhão de volts. Pico médio de corrente nuvem-solo : a ampères. Pico de temperatura do ar médio no canal formado pelo raio: C. Comparação - Temperatura média da superfície do sol: 6000 C. Média da duração do pico de corrente no choque de retorno: 1/1000 s. Diâmetro estimado do canal por onde passa a corrente do raio (no ar): 1,3 a 2,5 cm. Comprimento médio do raio: 3,5 a 12 km. Número (médio) de tempestades com raios que estão ocorrendo neste instante no planeta Terra: Há 100 flashes de raios por segundo na Terra. Estima-se que nos USA de 500 a 1000 pessoas são atingidas por raios, todos os anos. Só o Empire State building na cidade de Nova York é atingido por 8 raios, em média, por ano. A Ilha de Java, na Indonésia, tem o maior número de tempestades por ano: 233, em média. Número de raios por dia no planeta Terra: 8 milhões. O trovão e o relâmpago: fenômenos adjacentes à passagem de corrente elétrica Quando falamos do raio, devemos deixar claro que este é constituído por três fenômenos: As correntes elétricas dos choques, os trovões e os relâmpagos. Como mostramos acima, a passagem de corrente elétrica em um meio mau condutor de eletricidade, provoca uma repentina elevação da temperatura do canal por onde circula a corrente elétrica. Em um cilindro(sinuoso) de aproximadamente 1,3 a 2,5 cm, a temperatura do ar chega a valores, em média de C. Como essa circulação demora em média 1 a 3 milionésimos de segundo, ocorrem um expansão do ar, tal como na explosão de uma bomba de grande porte. Este canal, explode ao pé da letra, provocando uma onda de choque (agora mecânico) supersônica que se afasta do canal da corrente do raio. Esse fenômeno é chamado de Trovão. Como o raio se repete 3 a 4 vezes, em média, há 3 a 4 ondas sonoras formadas no fenômeno. Devido ao curto intervalo de tempo de duração de todo evento, não conseguimos distingui-las. No caso do relâmpagos, o fenômeno é explicado pelo fato de que, ao circular a corrente elétrica do raio pelo ar (meio pouco condutor), elétrons das moléculas dos gases constituintes são expulsas por repulsão. Ao cessar a corrente, o ar ficou ionizado (moléculas com elétrons a menos). Quando os elétrons retornam às moléculas, estes devolvem a energia que adquiriram, no processo de repulsão. Essa energia é devolvida sob a forma de radiação, desde o infravermelho até o ultravioleta, passando pela luz visível. O que nós constatamos, evidentemente, é a parte visível. Como apresentamos anteriormente, o raio se repete várias vezes, isto explica porque os relâmpagos são tremidos no céu, isto é, são vários flashes luminosos. À guisa de conclusões Neste breve artigo, buscamos apresentar o fenômeno raio, um breve histórico do trabalho de Franklin, o processo de eletrização das nuvens de tempestade e o seu mecanismo de propagação

13 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 13 Podemos constatar que o fenômeno não é simples ou de fácil explicação, pois ainda há aspecto ou tipo de raio que são explicados através de teorias pouco abrangentes, como é o caso das bolas de raio (lightning balls), que buscaremos tratar em outra ocasião. Tentamos com este, mostrar que o raio não é uma simples faísca entre as nuvens e o solo, pois envolve um mecanismo de auto-propagação complexo, apesar da familiaridade que temos com o fenômeno como espectadores. Outras confusões são associadas aos pára-raios. Muitos acreditam que as pontas destes são eficazes e indispensáveis para a segurança, mas como mostramos, o raio é auto propagável e só se define aproximadamente entre 70 e 110 m do solo. Além do mais, a base da nuvem está em média a 3,5 km do solo, o que faz com que um ponta de alguns centímetros seja desprezível. Para essa distância, uma casa mediana, pode ser considerada como um ponto, o que dirá a haste de um pára-raios. Outro aspecto é o poder atribuído ao pára-raios de atrair os raios, o que acreditamos ter sido eliminado, frente à exposição do mecanismo de propagação do raio. Poderíamos fazer um comentário final sobre a periculosidade do fenômeno. De fato, o raio é muito perigoso. É um fenômeno que poucos conseguem sobreviver após serem atingidos. Aqueles que sobrevivem, acabaram com várias seqüelas, sobretudo motoras, devido a intensidade da corrente elétrica. Em muitos relatos, sabe-se que essas pessoas não foram atingidas pela corrente principal do raio, mas sim por choque ou faíscas laterais, de menor intensidade. Para se proteger do raio, evite campos abertos nos momentos de tempestade, pois dessa forma, você passa a ser um dos possíveis pontos de contato, árvores isoladas, pois pode receber parte do raio, que ao atingir uma estrutura, acaba por se ramificar. Evite também ficar em piscinas ou lagos, nos momentos de tempestade. Se estes locais receberem um raio, a corrente elétrica circulará por toda a água, inclusive pelo corpo humano. Para maiores dados e informações pode-se consultar na internet os sites: e onde se encontram endereços interessantes, aspectos sobre a proteção contra os raios, dados recentes, explicações sobre o fenômeno etc. RESISTORES Resistência elétrica 1ª lei de Ohm Se uma pessoa passar no meio de uma multidão, por exemplo, em um salão de baile, encontrará uma série de dificuldades, as quais aumentarão à medida que a multidão se agitar, isto é, ela encontrará resistência na sua caminhada. Em um condutor elétrico ocorre fenômeno análogo. Os átomos e íons do condutor estão sempre vibrando em torno de sua posição de equilíbrio; portanto as cargas elétricas que constituem a corrente elétrica encontram oposição ou resistência ao seu movimento. fio elétrico átomo vibrando elétron livre. Os dispositivos construídos para produzir resistência a passagem da corrente elétrica são denominados resistores. Os resistores são utilizados para: transformar energia elétrica em calor, como nos chuveiros, aquecedores e ferro elétrico; controlar a intensidade da corrente elétrica; produzir queda de tensão.

14 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 14 Representação simbólica do resistor R Definição de resistência elétrica Denomina-se resistência elétrica de um resistor a razão entre a ddp nos seus terminais e a intensidade da corrente que o atravessa. R = i U I U R Unidade de resistência elétrica No SI, em homenagem ao cientista alemão Georg Simon Ohm ( ), a unidade de resistência elétrica é o ohm (símbolo Ω, letra grega maiúscula ômega). A resistência elétrica é medida por um aparelho chamado Ohmímetro. U 1volt De R =, temos: 1 ohm = i 1ampère Os múltiplos do ohm são: Quiloohm (KΩ) = 10 3 Ω Megaohm (MΩ) = 10 6 Ω Exemplo 1 Ω = 1V 1A Quando uma corrente de intensidade 5 A percorre um resistor, a ddp nos seus terminais é de 60 V. Quanto vale a resistência desse resistor? 60 V R= i U Sendo U= 60 V e i = 5 A, temos: amperímetro R= 60V 5A R = 12Ω

15 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 15 Exercício 1) Em um resistor, de resistência igual a 10 Ω, passa uma corrente com a intensidade de 2A. Calcule a tensão do resistor. 2) A ddp nos terminais de um resistor, de resistência igual a 200 Ω, é de 60 V. Qual é a corrente que atravessa o resistor? Exercício 1) Calcule o valor da resistência dos seguintes resitores: a) marrom, preto, marrom, prata: b) vermelho, preto, vermelho, ouro: 1ª lei de Ohm Através de estudos experimentais, Georg Simon Ohm concluiu que, mantendo-se a temperatura constante, a resistência elétrica de alguns condutores, como os metais e a grafite, não varia quando se modifica a tensão nos seus terminais. Tais condutores são denominados condutores ôhmicos ou lineares. Os demais condutores são denominados não ôhmicos ou não lineares, como por exemplo, o gás contido em um tubo de iluminação. Enunciado da 1ª lei de Ohm Mantendo-se constante a temperatura de um condutor ôhmico, a tensão elétrica nos seus terminais é diretamente proporcional à intensidade da corrente que o atravessa e a R é constante. Isso significa que a relação i U é constante, mas, como i U = R, podemos dizer que a resistência de um condutor ôhmico é constante.

16 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 16 O gráfico da tensão U em função da intensidade da corrente i, nos condutores ôhmicos, é uma reta inclinada em relação aos eixos. U 1 U 2 = i1 i2 = U i 3 3 =... = R (constante) R R R curva característica do resistor ôhmico Exercício 1) Através do gráfico dado, calcule: a) A resitência elétrica. b) A ddp quando i = 1,8 A 1,0 2,0 3,0 Potência elétrica dissipada no resistor Os elétrons de uma corrente elétrica estão em movimento graças à energia recebida de uma fonte, por exemplo, a pilha. Quando colidem com os átomos ou os íons do resistor, parte dessa energia é transformada em calor, aquecendo o resistor. A corrente elétrica aquece o resistor. (efeito Joule) A dissipação de energia em um resistor, sob forma de calor, foi estudada por Joule e é chamada efeito Joule. Ocorre no chuveiro, filamentos das lâmpadas de incandescência, ferro de passar roupa, fusíveis e em todos os dispositivos dotados de resistores. Os resistores transformam em calor toda a energia elétrica consumida. Cálculo da potência dissipada por um resistor No capítulo anterior, vimos que: P= U. i (1) De R= i U, temos: U= R. i (2) Substituindo (2) em (1), temos: P= R. i. i P = R. i 2 2 U U Como i =, temos também: P = R. R R P = U 2 R

17 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 17 A unidade de potência é W (Watts). Exercício 1) Em um resistor, de resistência igual a 10 Ω, passa uma corrente com a intensidade de 2A. Calcule a potência dissipada pelo resistor. 2) A ddp nos terminais de um resistor, de resistência igual a 200 Ω, é de 60 V. Qual é a potência dissipada pelo resistor? 3) Em uma lâmpada elétrica vem inscrito 100 W 110 V. Quanto vale a resistência dessa lâmpada? 4) Um resistor, de resistência igual a 5 ohms, pode dissipar até 20 watts de potência, sem se danificar. Calcule a corrente máxima que o resistor pode suportar. Resistividade 2ª lei de Ohm Além de verificar a relação entre a tensão e a intensidade da corrente em condutor, o físico alemão Georg Simon Ohm verificou que a resistência elétrica de um condutor depende do tipo de material e das suas dimensões. Esta verificação está sintetizada na lei conhecida como 2ª lei de Ohm. Enunciado da 2ª lei de Ohm A resistência elétrica de um condutor: a) depende do material; ρ b) é diretamente proporcional ao seu comprimento ; l c) é inversamente proporcional à área A de sua secção transversal. Isso significa que, para um mesmo tipo de material, a resistência aumenta quando se aumenta o comprimento do condutor, e diminui quando se aumenta a sua grossura. R = ρ Α l A a unidade de ρ será: Ω. cm. ou Ω. m. l A constante de proporcionalidade ρ (letra grega ro) denomina-se resistividade do material. A resistividade de um material depende da sua natureza (cobre, alumínio, prata etc.) e da sua temperatura. Tabela de resistividade a 20º C Material ρ(ω. m) prata 1, Cobre 1, Bronze 1, Alumínio 2, Tungstênio 5, Níquel 7, Ferro 1, Platina 1, Manganina 4, Constantã 5, Níquel-cromo 1, Carbono (grafita) a

18 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 18 Exercício 1) Calcule a resistividade de um condutor metálico de 3 cm de comprimento, 1 cm 2 de área da secção transversal e resistência igual a 6 Ω. 2) Quanto vale a resistividade de um condutor de 12 cm de comprimento, 16 mm 2 de área da secção transversal e resistência de 60 Ω? 3) Determine a resistência elétrica de um fio de níquel-cromo de 20 cm de comprimento e a área da secção transversal igual a m 2. A resistividade do níquel-cromo é 1, Ω. m. ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES 1 Associação de Resistores em Série. Dois ou mais resistores estão associados em série quando são percorridos pela mesma corrente elétrica. i Como U = R. i: V A -V B = R 1. i V B V C = R 2. i V C - V D = R 3. i ou V A - V D = (R 1 + R 2 + R 3 ). i (1) Resistor equivalente à associação anterior é um resistor que, submetido à mesma ddp total, é percorrido pela mesma corrente, isto é: V A V D = R. i (2) Comparando (1) e (2), temos: R = R 1 + R 2 + R 3 Para um número n de resistores: R = R 1 + R R n Além disso: U = U 1 + U U n U 1, U 2... U n são as ddp nos resistores R 1, R 2... R n U é a ddp no resistor equivalente R. 2 Associação de Resistores em Paralelo Dois ou mais resistores estão associados em paralelo quando submetidos à mesma ddp.

19 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 19 R 1 i i 1 i2 R 2 A i 3 R 3 B Observe que i = i 1 + i 2 + i 3 De acordo com a 1ª lei de Ohm: i 1 V A - V B V A - V B =, = e i 3 = R 1 i 2 R 2 V A - V B R 3 Considerando que i = i 1 + i 2 + i 3, então: i = (V A -V B ) ( 1 R R ) R 3 (1) O resistor equivalente à associação acima é um resistor que, submetido à mesma ddp, é percorrido pela mesma corrente total i. A i R B i = V A - V B R (2) Comparando (1) e (2), temos: 1 = R 1 + R R 2 1 R 3 Para um número n de resistores: 1 = R 1 + R R 2 1 R n Além disso: i = i 1 + i i n Quando apenas dois resistores R 1 e R 2 estão ligados em paralelo, a resistência equivalente é obtida dividindo-se o produto pela soma de R 1 e R 2. R 1

20 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 20 R 2 Exemplo 1 = R R = R + R R 2 R R R.R R 2 1 As lâmpadas e os aparelhos elétricos de uma residência estão associados (ligados) em paralelo. Observação: Em algumas cidades, todas as ligações são de 220 V. Este tipo de associação tem a vantagem de que, se uma das lâmpadas queima, as demais continuam funcionando normalmente, pois a corrente elétrica só é interrompida na lâmpada queimada. 3 Associação mista de resistores Uma associação de resistores é chamada mista quando contém resistores associados em série e em paralelo. Para se obter a resistência equivalente a uma associação mista, resolvem-se primeiro as associações que, com certeza, estão em série ou em paralelo. É conveniente ir mudando o desenho à medida que se resolve cada associação. Resistores em série: um depois do outro, sem ramificação. Resistores em paralelo: ligados aos mesmos pontos. Por exemplo, na associação abaixo: R 3 A R 1 B R 2 C D R 4 R 1 e R 2 estão em série, pois em está em seguida ao outro, sem ramificação; R 3 e R 4 estão em paralelo, pois estão ligados aos mesmos pontos C e D.

21 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 21 Atenção: R 2 e R 3 não estão em série, pois entre eles há uma ramificação para R 4 ; analogamente, R 2 e R 4 não estão em série. Exercício 1) Na associação da figura, a tensão no resistor R 1 vale 18 V, e a tensão total nos dois resistores é de 48 V. Calcule: a) a resistência R 1; b) a tensão no resistor R 2 ; i = 0,6 A c) a resistência R 2. R 1 R 2 2) Dois resistores R 1 = 2 Ω e R 2 = 6Ω estão associados em série. A corrente que passa pelos resistores é de 4 A. Faça o esquema e calcule: a) a resistência equivalente. b) A ddp em cada resistor. c) A ddp total. d) A potência dissipada em cada resistor. e) A potência total. 3) A intensidade da corrente que atravessa dois resistores (de valores R 1 =1KΩ e R 2 =2KΩ) associados em série vale 0,5A. Faça o esquema e calcule: a) a resistência equivalente. b) a ddp em cada resistor. c) a ddp total. d) a potência dissipada em cada resistor. e) a potência total. 4) Um resistor de 5 ohms é ligado em série com um resistor de 20 ohms. Aplica-se uma tensão total de 50 volts. Faça o esquema e responda : a) Qual é a resistência equivalente à associação? b) Qual a intensidade da corrente que percorre os resistores? c) Qual é a ddp em cada resistor? 5) A intensidade da corrente no resistor R 2 da figura é de 0,8 A. A resistência equivalente à associação vale 40 Ω, e a ddp no resistor R 2 é de 12 V. Calcule: a) a ddp no resistor R 1; b) a resistência R 1; c) a resistência R 2; R 1 R 2 U 2 = 12 V 6) Na associação da figura, a tensão U 1 = 15 V. Determine: a) a intensidade da corrente que percorre a associação. b) a tensão entre os pontos A e B. U 1 A R 1 = 10 Ω R 2 = 30 Ω B

22 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 22 7) Na associação esquematizada, o resistor R 3 dissipa a potência de 27 W, e a ddp no resistor R 1 vale 9V. Calcule: a) a resistência R 3. b) a intensidade da corrente em cada resistor. c) a resistência equivalente. d) a potência total dissipada nos resistores. 8) Dois resistores, R 1 = 2 Ω e R 2 = 6 Ω estão associados em paralelo, e a ddp total vale 6 V. Faça o esquema e calcule: a) a resistência equivalente. b) a corrente em cada resistor. c) a corrente total. d) a potência dissipada em cada resistor. e) a potência total dissipada. 9) Na associação da figura, a corrente que passa por R 1 é 3 A.Calcule: a) a resistência equivalente. b) a corrente que passa por R 2. R 1= 8Ω 10) Dois resistores R 1 e R 2 são ligados em paralelo. Sendo R 1 diferente de R 2 : a) as tensões em R 1 e R 2 são iguais ou diferentes? b) as intensidades da corrente em R 1 e R 2 são iguais ou diferentes? c) a intensidade da corrente é maior na resistência de maior valor? 11) Calcule a resistência equivalente à associação: A 4Ω 4Ω 10Ω 3Ω B 12) A ddp entre os pontos A e B do circuito da figura vale 30 V. Determine: a) a resistência equivalente. b) a intensidade da corrente em cada resistor. 3Ω 5Ω

23 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 23 13) No circuito esquematizado, a tensão entre os pontos A e B vale 100 V. Determine: a) a resistência equivalente. b) a corrente em cada resistor. 10Ω 10Ω A 8Ω 3Ω B 14) Calcule a resistência equivalente à associação: 20Ω a) 8Ω 30Ω b) R 5 = 2Ω c) R 3 = 5Ω R 5=1Ω R 4=3Ω 4Ω d) A 6Ω 5Ω 20Ω B 12Ω

24 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 24 Curto-circuito Dizemos que dois pontos de um circuito estão em curto-circuito quando esses pontos são ligados por um condutor de resistência desprezível. Supondo que um aparelho elétrico seja percorrido por uma corrente i, se ligarmos um fio de resistência desprezível em paralelo, provocaremos um curto-circuito entre A e B: toda acorrente i se desviará pelo fio (resistência desprezível), e o aparelho deixará de funcionar. 15) Calcule a resistência equivalente à associação: fio de resistência desprezível 20Ω 20Ω 20Ω A B OS MÚLTIPLOS E SUBMÚLTIPLOS / NOTAÇÃO CIENTÍFICA Fonte: Prof. Lauro Pereira Martins NOME SÍMBOLO FATOR DE MULTIPLICAÇÃO Tera Giga Mega Quilo Hecto Deca T G M K h da Unidade 10 0 básica Deci Centi Mili Micro Nano Pico Femto Atto d c m µ n p f a A fim de facilitar a compreensão de grandezas, foram criados os múltiplos e submúltiplos de uma unidade padrão. Exemplos: a - Um pacote de feijão tem 1000 gramas. Porém é mais fácil dizer 1 Quilograma (Kg), que é um múltiplo do grama. b - Uma régua tem 0,3 metros. Dizendo que ela tem 30 centímetros (cm), entendemos mais fácil. O cm é um submúltiplo do metro. A tabela mostra os múltiplos e submúltiplos das unidades mais usadas. Potência de 10 : Na eletrônica e elétrica é normal usarmos potência de 10 para representar grandezas muito grandes ou pequenas : 10 9 = = Giga = G 10 6 = = Mega = M 10 3 = = Quilo = K 10 0 = = 0,001 = Mili = m 10-6 = 0, = Micro=µ 10-9 = 0, = nano =η = 0, =pico =ρ Regras matemáticas : 10 x x 10 y = 10 x+ y 10 x / 10 y = 10 x - y só podemos somar quando temos o mesmo expoente: x x = x

25 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 25 Exercícios: 1) Escreva sob a forma numérica os valores em múltiplos e submúltiplos do volt: a) 100µV = b) 10x10 0 V = c) 350KV = d) 0,1mV = e) 10KV = f) 0,1KV = 2) Escreva sob a forma de múltiplos e submúltiplos, utilizando os símbolos, os valores numéricos da grandeza volt a seguir, respeitando a notação científica: a) V = b) 0,000015V = c) 0,001 V = d) 0,2135 V = e) 0,0001 V f) V = 3) Escreva sob a forma numérica os valores em múltiplos e submúltiplos do ampère: a) 1mA = b) 0,1µA = c) 10nA = d) 5KA = e) 1000µA = f) 2500pA = 3) Escreva sob a forma de múltiplos e submúltiplos os valores numéricos do ampère: a) 0,001A = b) 0,0001A = c) 10x10-9 A = d) 20x10-12 A = e) 0,000001A = f) 150x10 3 A = INSTRUMENTOS DE MEDIDA Você já sabe, mas vamos relembrar: amperímetro (A) é o aparelho usado para medir a intensidade da corrente elétrica de um circuito; voltímetro (V) é o aparelho que fornece o valor da ddp entre os terminais de qualquer trecho do circuito. Agora, vamos acrescentar outras informações sobre esses dois instrumentos de medida. Amperímetro O amperímetro A deve ter uma resistência interna desprezível (r = 0), para não interferir na resistência elétrica (R) do circuito. Nesta condição o amperímetro é considerado ideal. Veja a fotografia de um amperímetro, um esquema de sua conexão no circuito e o símbolo (A) do amperímetro aplicado noutro esquema, mais simplificado: A i + _. A. i Instalado em série com o trecho do circuito onde se deseja medir a intensidade da corrente, o máximo valor que o amperímetro pode registrar é denominado fundo de escala.

26 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 26 Quando a corrente elétrica que atravessa o circuito é superior ao fundo de escala, pode-se associar em paralelo ao amperímetro uma resistência elétrica denominada shunt, que em inglês significa desvio. R S i 2 r A : resistência interna do amperímetro i 2. A. P Q i 1 r A R S : resistência do Shunt O shunt faz desviar para si a parte da corrente elétrica superior ao fundo de escala, impedindo assim a danificação do amperímetro. Em alguns amperímetros, geralmente o shunt já vem instalado. Voltímetro Para fornecer a ddp entre os terminais de um trecho do circuito, o voltímetro deve ser: colocado em paralelo a esse trecho; ideal, isto é, ter resistência elétrica r infinita, caso em que a corrente elétrica não se devia para ele. Para ser considerada infinita, a resistência r do voltímetro deve ser suficientemente elevada, em comparação com a resistência R do circuito. Veja a fotografia de um voltímetro e os esquemas de sua conexão no circuito elétrico, juntamente com um amperímetro: EXERCÍCIOS 1) Dispondo de uma bateria, um voltímetro, um amperímetro e um resistor de resistência R, desenhar um circuito no qual seja possível determinar o valor de R. 2) Determinar a resistência R s do shunt associado a um amperímetro, cuja resistência interna r é de 20 Ω. Sabe-se que a máxima corrente que o amperímetro pode suportar é de 2,5 A e que a corrente elétrica que percorre o circuito é de 15 A. ATERRAMENTO Fonte: internet (www.gabrieltorres.com.br) Muitos leitores nos escrevem perguntando sobre o que é aterramento e se ele é realmente necessário. Eletricidade só existe quando há diferença de potencial. Por exemplo, se temos dois fios, um com potencial 12 e outro com potencial 0, então temos uma diferença de potencial de 12 V. Se temos dois fios com potencial 12, então não há diferença de potencial e a tensão elétrica obtida entre esses dois fios será zero. Assim, a rede elétrica é formada por dois fios, um chamado fase e outro

27 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 27 chamado neutro. O fio neutro possui potencial zero e o fio fase é por onde a tensão elétrica é transmitida. Como haverá diferença de potencial entre a fase e o neutro, haverá tensão elétrica. Na rede elétrica a tensão é alternada, já que potencial elétrico do fio fase é uma forma de onda senoidal, isto é, varia ao longo do tempo. O terra é um sinal que contém zero volt absoluto. Ele é usado para igualar o potencial elétrico entre equipamentos elétricos. Normalmente o terra é ligado à carcaça metálica do equipamento. Em equipamentos onde o gabinete é de plástico, o terra é ligado à carcaça metálica existente no interior do equipamento. Você deve estar se perguntando qual é a diferença entre o terra e o neutro, já que ambos possuem potencial zero. Acontece que o fio neutro pode ficar "sujo" devido a fugas apresentadas pelos equipamentos elétricos presentes na sua casa ou trabalho. Por exemplo, ele vem da rua com potencial zero mas, devido aos equipamentos que existem em sua casa, houve uma fuga (que é normal) e o neutro passou a ter um potencial ligeiramente maior, digamos 6 V. Se comparado com o fio fase, então, a diferença de potencial baixou, nesse caso, 6 V. Mas, como os equipamentos elétricos normalmente possuem uma tolerância alta, essa queda na tensão não alterará funcionamento deles (a tensão baixou de 127 V para 121 V nesse exemplo, o que fará com que os equipamentos continuem funcionando normalmente). O terra apresenta, portanto, um potencial de zero volt absoluto. Isso é conseguido através da instalação de uma barra de ferro no solo (e daí o nome "terra"). Como a terra é uma fonte inesgotável de elétrons, o seu potencial é inalterável. Caso algum equipamento tente "sujar" o terra (como ocorre com o neutro), o excesso de tensão é encaminhado para a terra, mantendo o potencial elétrico sempre em zero. A questão é que o fio terra só faz sentido quando estamos operando com equipamentos elétricos que irão ser interligados entre si e onde não pode haver diferença de potencial entre eles. Para um ferro de passar roupas, para um liqüidificador e para uma lâmpada, o uso do fio terra não faz o menor sentido, já que eles não precisam de uma referência do zero volt absoluto, pois a tolerância desses equipamentos permite a eles operarem corretamente mesmo quando o fio neutro está "sujo". Por esse motivo é que nas instalações elétricas residenciais só há, na maioria das vezes, os fios fase e neutro, já que assume-se que você não terá em casa equipamentos elétricos que necessitem de aterramento. Você já tomou choque ao abrir a porta de uma geladeira? Isso ocorre caso o potencial elétrico da carcaça da geladeira não é igual a zero. Como você está com os pés no chão (que possui potencial zero), haverá uma diferença de potencial entre você e a geladeira, que criará uma corrente elétrica tão logo você encoste na carcaça metálica da geladeira, fazendo com que você sinta o choque. Esse mesmo tipo de problema pode ocorrer com o gabinete do seu computador ou com qualquer equipamento elétrico ou eletrônico que possua carcaça metálica. A função do fio terra é prover zero volt absoluto. O terra é ligado diretamente à carcaça metálica do equipamento e, com isso, você nunca tomará esse tipo de choque em equipamentos corretamente aterrados. Agora imagine que você esteja ligando o micro a uma impressora. Essa ligação é feita através de um cabo, correto? O que acontecerá se o potencial elétrico da carcaça do computador for diferente do potencial elétrico da carcaça da impressora? Na pior das hipóteses, você queimará a porta paralela do seu micro ou da sua impressora. Outra situação muito comum é entre micros conectados em rede. Se os micros não estiverem aterrados, você poderá queimar a placa de rede deles, caso a carcaça deles possuam potenciais elétricos diferentes. O cabo da rede fará o papel de interligar a carcaça dos micros, fazendo com que haja um choque entre eles (assim como você tomou um choque na porta da geladeira ou no gabinete do micro). Esse choque é uma diferença de potencial e fará com que, no caso mais simples, a rede não funcione e, no caso mais grave, você queime as placas de rede dos micros que possuem diferença de potencial entre eles. Já viu o que pode ocorrer em redes contendo vários micros (é óbvio que esse problema só ocorre em redes usando cabos metálicos, que conduzem eletricidade; em redes usando fibras ópticas esse tipo de problema não ocorre, já que ele transmite luz e não eletricidade). Dessa forma, pode haver diferença de potencial entre equipamentos que possam ser interligados. A solução para não haver essa diferença de potencial é o aterramento. Só que, como vimos, a maioria dos prédios não

28 CEFET Campos / Módulo 1 Apostila de Eletricidade Básica 28 possui fio terra e muitas vezes sai caro (e complicado) criar o terra (pois, como vimos na semana passada, é necessário enterrar uma barra de ferro na terra - se você mora em uma casa, isso é moleza, mas digamos que você more no 10º andar de um prédio). Então, qual é a solução para não haver diferença de potencial entre os equipamentos? A não ser que você esteja trabalhando em uma empresa onde há vários computadores ligados em rede (e aí realmente torna-se necessário criar um terra verdadeiro), pode-se usar a técnica do "terra virtual". Em seu micro, você não terá esse problema de diferença de potencial entre os seus equipamentos se você igualar o potencial deles. Para isso, basta interligar os fios terra deles. O seu estabilizador de tensão pode fazer isso por você. Basta você não cortar o pino terra dos seus equipamentos e ligá-los ao mesmo estabilizador para que o potencial deles seja igualado, já que o estabilizador interliga os pinos terra dos equipamentos. O único problema será se houver diferença de potencial entre você e a carcaça do gabinete (porque você tomará um "choquinho" toda vez em que encostar no gabinete) ou se você for ligar vários micros em rede. Aí o terra será necessário. Para criar um terra verdadeiro, aconselhamos procurar um eletricista especializado em instalações prediais. (Explicações baseadas nas redes elétricas de 110 V) TRANSFORMADORES Alguns dos primeiros sistemas de fornecimento de eletricidade para a população distribuíam-se através de corrente continua (CC), como a da bateria dos automóveis e das pilhas comuns. Nesse tipo de corrente o sentido do campo elétrico permanece sempre o mesmo e, conseqüentemente, o sentido da corrente i também permanece inalterado, pois as cargas se deslocam sempre num mesmo sentido ao longo do fio. Outros sistemas de fornecimento de eletricidade faziam a distribuição por corrente alternada (CA), em que os elétrons alteram sistematicamente o sentido de seu fluxo. Ou seja, o campo elétrico estabelecido no fio do condutor da corrente alternada muda periodicamente de sentido. Assim, as cargas elétricas no fio oscilam, deslocando-se ora em um sentido, ora em outro. Também as voltagens estabelecidas pelo diversos fornecedores de eletricidade variavam muito. Quando a utilização da eletricidade cresceu, foi preciso padronizar os sistemas. Isso não só facilitaria a transmissão da energia elétricas das usinas até os pontos de consumo, como também permitiria simplificar o projeto e a construção de equipamentos elétricos. Assim, no mundo todo, a eletricidade passou a ser fornecida em corrente alternada de 220 V ou 110 V. A corrente alternada tem uma grande vantagem sobre a contínua: sua voltagem pode ser modificada (aumentada ou diminuída), o que muitas vezes é necessário em diversas instalações elétricas, inclusive nas de nossas residências. A modificação de voltagem da corrente alternada é feita por transformador, um dispositivo constituído de uma peça de ferro em torno da qual são enroladas duas bobinas. Veja o esquema: núcleo de ferro linha de indução Símbolo do transformador. Esquema do transformador.

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