Sistemas eléctricos e magnéticos

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1 Sistemas eléctricos e magnéticos Circuitos eléctricos Prof. Luís Perna 00/ Corrente eléctrica Qual a condição para que haja corrente eléctrica entre dois condutores A e B? Que tipo de corrente eléctrica se verifica? Como não existe nenhuma fonte de tensão entre os condutores a corrente eléctrica diz-se transitória ou temporária.

2 Corrente eléctrica 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 eléctrica é um movimento orientado de cargas eléctricas (electrões de condução ou electrões livres) através de um condutor e só existe se houver uma diferença de potencial entre os condutores. Quais são os efeitos da corrente eléctrica? Vejamos o seguinte circuito: A energia eléctrica transforma-se em energia térmica, luminosa e química. Podemos verificar: O efeito térmico; O efeito luminoso; O efeito magnético; O efeito químico.

3 Como classificar a corrente eléctrica? Corrente estacionária é a corrente produzida por uma d.d.p. constante em que os seus efeitos não variam no decurso do tempo. As correntes eléctricas podem classificar-se ainda em: Correntes contínuas; Correntes alternadas. Mecanismos da corrente eléctrica Nos condutores metálicos Se considerarmos um condutor metálico, isolado, em equilíbrio electrostático, o número de electrões, que passam numa secção desse condutor, num certo intervalo de tempo, num sentido é igual ao número de electrões, que passam, em sentido contrário no mesmo intervalo. Neste movimento aleatório de electrões não há corrente eléctrica. 3

4 Mecanismos da corrente eléctrica Nos condutores metálicos Se aplicarmos uma d.d.p. aos extremos do condutor, os electrões do condutor adquirem um movimento orientado que é contrário ao sentido do campo eléctrico, E. Mecanismos da corrente eléctrica A força eléctrica acelera os electrões fazendo-os adquirir velocidades muito elevadas, (cerca de 0 6 m/s), mas a sua progressão é somente da ordem dos mm/s Velocidade de arrastamento ou de deriva. Num condutor metálico a corrente eléctrica estacionária consiste num arrastamento lento de electrões no sentido contrário ao do campo eléctrico. 4

5 Mecanismos da corrente eléctrica Nos condutores electrolíticos Nos condutores electrolíticos os portadores de carga eléctrica são os iões positivos e os iões negativos. Movem-se, respectivamente para o cátodo (pólo negativo) e para o ânodo (pólo positivo). Ao colocarmos uma agulha magnética junto do voltâmetro esta sofrerá também um desvio tal como no caso dos condutores metálicos, manifesta-se o mesmo efeito. Os iões são cargas eléctricas móveis. Mecanismos da corrente eléctrica Os catiões movem-se no sentido do cátodo ou seja no sentido do campo eléctrico. Os aniões movem-se no sentido do ânodo ou seja no sentido contrário ao campo eléctrico. 5

6 Mecanismos da corrente eléctrica Nos condutores gasosos Nos gases ionizados, por exemplo, através de uma descarga eléctrica, tal como acontece nas lâmpadas fluorescentes, as cargas móveis são iões positivos, resultantes da ionização de átomos e de moléculas, e electrões, provenientes dessa ionização, bem como da emissão termoeléctrica, quando ocorre. Sentido da corrente eléctrica O sentido da corrente eléctrica é o sentido do movimento das partículas com carga positiva, ou seja, o sentido que estas partículas positivas têm no campo eléctrico, E. Este é o chamado sentido convencional. Nos condutores metálicos o sentido convencional é oposto ao sentido do movimento dos electrões de condução (sentido real). 6

7 ntensidade da corrente eléctrica Define-se intensidade média da corrente eléctrica, m, pelo quociente: m Q t No caso de uma corrente estacionária, em qualquer instante a d.d.p. é constante, logo a intensidade da corrente será: Q t ntensidade da corrente eléctrica A intensidade de uma corrente eléctrica estacionária corresponde á carga eléctrica que escoa, por qualquer secção transversal (recta ou oblíqua) dum condutor, num certo intervalo de tempo. Q t A unidade S de intensidade de corrente eléctrica,, é o Ampère (A). A equação anterior traduz a equação de definição de carga eléctrica: Q Q t A s C Coulomb é a carga transportada em cada segundo por um corrente estacionária de um ampère. ( ) Francês 7

8 esistência de um condutor. Lei de Ohm Quando se aplica a mesma d.d.p. nas extremidades de vários condutores, as intensidades das correntes resultantes são, em geral, diferentes umas das outras. Daqui se poderá concluir que uns condutores oferecem maior ou menor oposição à passagem da corrente eléctrica. Define-se resistência () de um condutor o cociente entre a d.d.p. entre os terminais do condutor e a intensidade da corrente,, em cada instante. V A V B ou Expressão que traduz a lei de Ohm. Georg Simon Ohm ( ) Alemão Condutor óhmico Num condutor óhmico (condutores que obedecem à lei de Ohm), as tensões aplicadas são directamente proporcionais às intensidades de corrente ( ). 8

9 nidade de resistência eléctrica A unidade do S: Ohm () V A Definição da unidade Ohm: É a resistência dum condutor percorrido pela corrente de um ampère quando aos seus terminais se aplica a d.d.p. de um volt. 9

10 Associação de resistências Num circuito há, normalmente, vários receptores puramente resistivos, as resistências, estas podem associar-se de vários modos: () Associação em série () Associação em paralelo (3 e 4) Associação mista Associação de resistências em série Numa associação de resistências em série: - A intensidade da corrente,, que as percorre é a mesma. - A diferença de potencial aplicada aos extremos da associação,, é igual à soma das diferenças de potencial entre os terminais de cada uma delas. 3 0

11 Associação de resistências em série Aplicando a Lei de Ohm a cada uma das resistências, tem-se: 3 3 eq Como: 3 eq 3 Vem: eq 3 Associação de resistências em paralelo Numa associação de resistências em paralelo: - A diferença de potencial nos terminais das resistências é a mesma. - A intensidade da corrente que entra na associação é igual à soma das intensidades de corrente nas várias resistências. 3

12 Associação de resistências em paralelo Aplicando a Lei de Ohm a cada uma das resistências, tem-se: 3 3 Como: 3 3 eq eq 3 eq 3 eq 3 Código de cores das resistências de carvão Cada resistência tem quatro anéis de cores. Ao consultar o código de cores podemos saber o valor da resistência, colocando os algarismos pela mesma ordem. O valor desta resistência é 00, com 5% de tolerância.

13 Lei de Joule Por definição de trabalho da força eléctrica e intensidade da corrente eléctrica, tem-se: W( F e ) Q Q t W ( F W( F e ) e ) t t A potência dissipada na forma térmica numa resistência será: P d Ed t t t nidade S de potência eléctrica é watt (W). Esta última expressão traduz a lei de Joule A energia dissipada por unidade de tempo num condutor óhmico é proporcional ao quadrado da intensidade da corrente que o percorre. nidade de energia muito utilizada, KWh ma unidade de energia muito utilizada para medir o "consumo" eléctrico é o quilowatt-hora (kwh). Se, na equação E = P t substituirmos E por kwh, P por kw e t por h, obtemos: kwh = kw x h Podemos dizer que um kilowatt-hora ( kwh) é a energia eléctrica "consumida" por um dispositivo com a potência de kilowatt ( kw) que esteja a funcionar durante hora ( h). kwh = 000 W x 3600 s = 3,6 x 0 6 s J 3

14 Exercício A figura representa três lâmpadas, de resistências 60, 60, 30 submetidas a uma d.d.p. constante de 0 V. a) Determine a resistência equivalente entre A e B. b) Determine a intensidade da corrente que percorre cada uma das lâmpadas quando o interruptor K está fechado. espostas: a) 80 b) L =,75 A; L = 0,9 A; L 3 3 =,83 A Exercício ma lâmpada tem as seguintes indicações: 00 W, 0 V. Supondo que a sua resistência é constante, calcule: a) O valor dessa resistência. b) A potência consumida, quando se estabelece, nos terminais do filamento, uma diferença de potencial de 0 V. espostas: a) 484 b) 5 W 4

15 Exercício 3 m aparelho de laboratório exige o emprego duma lâmpada de 30 W, 6 V. A única fonte de alimentação disponível fornece 0 V. a) Como associar uma resistência que permita o uso adequado da lâmpada? b) Qual o valor dessa resistência? espostas: a) Associa-se essa resistência em série. b),8 5