Corrente Elétrica. Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 1

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1 Corrente Elétrica Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 1

2 Corrente elétrica A corrente elétrica é definida como um fluxo de elétrons por unidade de tempo: = Q t [C/ segundo]ou[ A] Ampere Material condutor Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 2

3 Corrente elétrica Quando campos elétricos são aplicados a materiais condutores, ao contrário do que acontece com os materiais dielétricos, surge uma corrente elétrica fluxo de elétrons dentro do material condutor. A corrente elétrica surge porque: os elétrons livres do material condutor sofrem a ação do campo elétrico força agindo sobre os elétrons Os elétrons são acelerados pelo campo elétrico e sofrem colisões com a rede cristalina do material condutor, derivando de um átomo para outro. Pode-se demonstrar que a densidade de corrente J é proporcional a esse campo elétrico: J = E condutividade do material condutor[ 1 ṁ ] E campoelétrico aplicadoao trechocondutor [ V m ] J densidade decorrente [ A m 2 ] Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 3

4 Corrente elétrica A relação entre J (densidade de corrente) e (corrente) é simples: = S J ds corrente total na seçãocondutora [ A] S área da seçãocondutora [m 2 ] J densidade decorrente [ A m ] 2 S J Material condutor Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 4

5 Corrente elétrica Para a maioria das aplicações práticas, pode-se considerar J constante na seção condutora => =J S S J Material condutor Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 5

6 Potencial elétrico O conceito de potencial elétrico, juntamente com o de corrente elétrica forma a base da Engenharia Elétrica e suas aplicações A partir do conceito de campo elétrico que foi desenvolvido anteriormente neste curso, pode-se definir potencial elétrico como: Potencial elétrico é a energia potencial por unidade de carga de um campo elétrico W = Q A B E dl V AB = W Q = A B E.dl A expressão acima indica que o potencial entre dois pontos A e B é a energia necessária para deslocar uma unidade de carga no campo elétrico E entre esses dois pontos. V AB é chamado de diferença de potencial entre A e B. Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 6

7 Resistência elétrica Ao ser aplicada uma diferença de potencial (devido a um campo elétrico) a um corpo de material condutor surge uma corrente elétrica. A resistência é definida como a relação entre essas duas grandezas. R= V V em volt [V ] em Ampere[ A] R em ohm[ ] A resistência elétrica representa o conjunto de forças amortecedoras do movimento dos elétrons dentro do condutor Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 7

8 Resistência elétrica Utilizando as relações vistas anteriormente: => S - - σ l V + - supondo campoelétrico uniforme,l é ocomprimento do material condutor E= V l condutor com seçãoreta uniforme J = S e lembrandoque J = E R= V = l S Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 8

9 Resistores x condutores Dessa maneira, conhecendo a geometria do condutor (l e S) e sua condutividade (σ) pode ser determinada a sua resistência elétrica Componentes especialmente projetados para apresentar um determinado valor de resistência são chamados de resistores são feitos de materiais com condutividades médias (por exemplo carbono) Nas aplicações práticas, chamamos de condutores elétricos os cabos e fios que conduzem a energia elétrica nos sistemas de transmissão e distribuição e nos circuitos eletrônicos são normalmente feitos de cobre ou alumínio (condutividades elevadas) Esses dois componentes apresentam resistência, muito baixa no caso dos condutores elétricos e no caso dos resistores definida segundo a aplicação. Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 9

10 Circuito elétrico básico Em circuito elétricos a intensidade de corrente é controlada através de resistores, componentes que apresentam normalmente resistividade bem maior que a dos materiais condutores. Resistor R + V _ Condutor elétrico Bateria Além de limitar a corrente, resistores tem como aplicação: - divisores de tensão - aquecimento Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 10

11 Circuito elétrico básico Componentes reais A potência de um resistor depende de sua área superficial) Resistor de fio Resistor de fio (ajustável) Tamanhos relativos de resistores de filme de metal (1/8 W, ¼ w, ½ W e 1 W) Resistores de fio podem atingir potências de até 200 W Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 11

12 Exercícios Encontre a resistência de 3 km de de fio de cobre com uma área de 4 mm 2 (1mm 2 = 10-6 m 2 ). A condutividade do cobre é de 5,8 x 10 7 siemens/metro. A partir de 10 ma de intensidade de corrente começam a ocorrer danos ao organismos humano. E um circuito eletrônico são geradas tensões de até 1 kv por uma fonte interna. Essas tensões podem por falha mecânica vir a entrar em contato com o usuário. Qual o valor do resistor em série com essa fonte interna que você colocaria para proteger os suários desse circuito eletrônico? Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 12