REVISÃO SOBRE ELETRODINÂMICA Wilson Santos
SENTIDO Nos condutores sólidos, o sentido da corrente elétrica corresponde ao sentido do movimento dos elétrons, pois são eles que se deslocam. Ou seja, a corrente é do potencial menor (pólo negativo) para o potencial maior (pólo positivo). Esse é o sentido real da corrente elétrica. Real
SENTIDO No estudo da corrente elétrica, entretanto, adota-se um sentido convencional, que é o do deslocamento das cargas positivas, ou seja, do potencial maior para o menor. Assim sempre que for citado o sentido da corrente estaremos nos referindo ao sentido convencional, e não ao sentido real. Convencional
Natureza Quanto a natureza, a corrente elétrica pode ser classificada em: Eletrônica e iônica. Corrente eletrônica: É aquela constituída pelo deslocamento dos elétrons livres. Ocorre principalmente em condutores metálicos. Corrente iônica: É aquela constituída pelo deslocamento dos íons positivos negativos, movendo-se simultaneamente em sentidos opostos. Ocorre nas soluções eletrolíticas: Soluções de ácidos, sais ou bases, e nos gases ionizados: Lâmpadas fluorescentes.
MOVIMENTO DESORDENADO DOS ELÉTRONS. QUANTIDADE DE CARGAS DE UM CORPO Q n. e n é o número de prótons ou elétrons
CORRENTE ELÉTRICA A corrente elétrica é um movimento ordenado de cargas elementares.a corrente elétrica pode ser um simples jato de partículas no vácuo, como acontece num cinescópio de TV, em que um feixe de elétrons é lançado contra a tela. No entanto, na maioria dos casos, a corrente elétrica não ocorre no vácuo, mas sim no interior de um condutor. Por exemplo, aplicando uma diferença de potencial num fio metálico, surge nele uma corrente elétrica formada pelo movimento ordenado de elétrons.
Não se pode dizer que todo movimento de cargas elétricas seja uma corrente elétrica. No fio metálico, por exemplo, mesmo antes de aplicarmos a diferença de potencial, já existe movimento de cargas elétricas. Todos os elétrons livres estão em movimento, devido à agitação térmica. No entanto, o movimento é caótico e não há corrente elétrica.
Quando aplicamos a diferença de potencial, esse movimento caótico continua a existir, mas a ele se sobrepõe um movimento ordenado, de tal forma que, em média, os elétrons livres do fio passam a se deslocar ao longo deste. É assim que se forma a corrente elétrica. O símbolo convencional para representar a intensidade de corrente elétrica (ou seja, a quantidade de carga Q que flui por unidade de tempo t) i Q t A unidade padrão no SI para medida de intensidade de corrente é o ampère. A corrente elétrica é também chamada informalmente de amperagem.
Tipos Considera-se dois tipos de corrente elétrica: Corrente elétrica continua(cc); Corrente elétrica alternada(ca);
TIPOS Corrente continua É aquela cuja intensidade e cujo sentido se mantém constantes ao longo do tempo como exemplos temos as correntes estabelecidas por uma bateria de automóvel e por uma pilha. Corrente alternada É aquela cuja intensidade e cujo sentido variam periodicamente. É o caso das correntes existentes nas casas e fornecidas pela usinas hidrelétricas.
RESISTOR Resistor é todo dispositivo elétrico que transforma exclusivamente energia elétrica em energia térmica. SÍMBOLO Alguns dispositivos elétricos classificados como resistores: ferro elétrico, chuveiro, lâmpada incandescente etc.
A figura mostra o aspecto físico de alguns tipos de resistores fixos e variaveis
1ª LEI DE OHM Em condutor que está sendo percorrido por uma corrente elétrica, os elétrons ao longo do seu percurso pelo condutor, sofrem uma oposição à sua passagem. A medida desta oposição é dada por uma grandeza chamada de resistência elétrica ( R ). Resistor ôhmico Mantendo-se constante a temperatura do resistor, sua resistência elétrica permanecerá constante. R U i Unidade: Volt/Ampere(ohm,Ω)
Resistividade elétrica é uma medida da oposição de um material ao fluxo de corrente elétrica. Quanto mais baixa for a resistividade mais facilmente o material permite a passagem de uma carga elétrica. (rô) A unidade SI da resistividade do material é o ohm.metro (Ωm). L A 2ª LEI DE OHM R. L A Dependência da temperatura Uma vez que é dependente da temperatura a resistência específica geralmente é apresentada para temperatura de 20 ºC. No caso dos metais aumenta à medida que aumenta a temperatura enquanto que nos semicondutores diminui à medida que a temperatura aumenta.conforme o valor da sua resistividade um material pode ser considerado condutor ou isolante.
TABELA
TENSÃO ELÉTRICA Tensão elétrica é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos. Sua unidade de medida é o Volt, em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta. Por outras palavras, a tensão elétrica é a "força" responsável pela movimentação de elétrons. O potencial elétrico mede a força que uma carga elétrica experimenta no seio de um campo elétrico, expressa pela lei de Coulomb, portanto a tensão é a tendência que uma carga tem de ir de um ponto para o outro. Normalmente toma-se um ponto que se considera de tensão zero e mede-se a tensão do resto dos pontos relativos a este.para facilitar o entendimento da tensão elétrica pode-se fazer um paralelo desta com a pressão hidráulica. Quanto maior a diferença de pressão hidráulica entre dois pontos, maior será o fluxo, caso haja comunicação entre estes dois pontos.
O fluxo (que em eletrodinâmica seria a corrente elétrica) será assim uma função da pressão hidráulica (tensão elétrica) e da oposição à passagem do fluido (resistência elétrica). Este é o fundamento da lei de Ohm, para a corrente contínua: Onde: U = R.I * R = Resistência (Ohms) * I = Intensidade da corrente (Ampères) * U = Diferença de potencial ou tensão (Volts) Em corrente alternada, substitui-se a resistência pela impedância: Onde: U = Z.I * Z = Impedância (Ohms)
POTÊNCIA ELÉTRICA Muitas vezes, na propaganda de certos produtos de eletrônicos, destaca-se a sua potência. Podemos citar como exemplos os aparelhos de som, os chuveiros e as fontes dos microcomputadores. Sabemos que esses aparelhos necessitam de energia elétrica para funcionar. Ao receberem essa energia elétrica, eles a transformam em outra forma de energia. No caso do chuveiro, por exemplo, a energia elétrica é transformada em energia térmica. Quanto mais energia for transformada em um menor intervalo de tempo, maior será a potência do aparelho. Portanto, podemos concluir que potência elétrica é uma grandeza que mede a rapidez com que a energia elétrica é transformada em outra forma de energia.
Potência elétrica dissipada Quando utilizamos algum aparelho que funciona à base de transformação de energia, podemos observar que ele esquenta durante o seu funcionamento. Isso não é diferente quando estamos lidando com aparelhos que funcionam à base de energia elétrica. Esse aquecimento é conhecido como efeito Joule, e ele é fruto das colisões que os elétrons sofrem contra os átomos e íons que pertencem ao condutor. A energia que é drenada nesse aquecimento é chamada de energia dissipada Existem aparelhos que têm como objetivo dissipar toda a energia elétrica e transformá-la em energia térmica. Temos muitos exemplos cotidianos de aparelhos que funcionam assim, o chuveiro, o ferro de passar, o forno elétrico, o secador de cabelo, etc.
Define-se potência elétrica como a razão entre a energia elétrica transformada e o intervalo de tempo dessa transformação. Observe o quadro ao abaixo: Podemos também calcular a potência elétrica através da tensão e da corrente.
Se tomarmos a lei de Ohm R = U/i, e a equação para calcularmos a potência P = U.i é possível determinar o valor da potência elétrica dissipada.observe o quadro abaixo: As duas unidades de potência mais usadas são o watt (W) e o quilowatt (kw). Elas estão representadas no quadro abaixo, assim como a conversão entre elas:
Na tabela, mostramos um exemplo para um fio com capa isolante termoplástica, área do fio em mm² e a corrente máxima sugerida para sua utilização (em A). Área do fio(mm²) Corrente máxima(a) 1 10,5 1,5 13 2,5 18 4 24 6 31 10 42 16 56 25 73
SUPERCONDUTIVIDADE Em 1911, Kammerlingh Onnes, que foi o primeiro a conseguir a liquefação do gás hélio que acontece em 4,2 K. Ele estava pesquisando sobre as propriedades de metais sobre temperaturas extremamente baixas banhando em hélio líquido. Durante um desses experimentos, Onnes descobriu que a resistência do mercúrio caia a zero na temperatura perto de 4 K. Com isso, foi descoberto os supercondutores, uma nova classe de condutores. Onnes ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1913 Com evolução das pesquisas, a temperatura para que os supercondutores ocorressem foi aumentando. Até a década passada ocorria na ordem dos 28 K. Mas com a descoberta de novos materiais supercondutores, ocorreu um aumento surpreendente de temperatura para a utilização de supercondutores, com os óxidos cerâmicos, com os fulerenos, os borocarbetos e o composto intermetálico MgBr 2. Atualmente o recorde é de 134 K para um óxido de mercúrio, bário, cálcio e cobre.
Supercondutores são materiais que têm resistência elétrica praticamente nula e nos quais a corrente elétrica não perde energia para o material. Com isso pode-se construir equipamentos que aproveitam ao máximo a energia elétrica disponível, sem que seja transformada em calor. Meios de transportes, principalmente trens suspensos por campos magnéticos, podem usar esta tecnologia. O trem japonês, MAGLEV, que usa tecnologia de materiais supercondutores e atinge mais de 500Km/h com segurança.
EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA efeito joule: liberar calor efeito magnético: gerar campo magnético efeito fisiológico: choque efeito químico: produzir reações químicas efeito luminoso: gerar luz
CHOQUES ELÉTRICOS Por que o choque ocorre? Quando uma corrente elétrica atravessa nosso corpo, interfere com as correntes internas carregadas pelos nervos e nos dá a sensação de formigamento. Para que isto ocorra, é necessário existir uma diferença de potencial entre dois pontos do corpo: quanto maior esta diferença de potencial, maior a corrente elétrica e maior o choque. Normalmente, um dos pontos são os pés, que estão em contato com o solo, e o outro ponto é o que entra em contato com algum aparelho ou fio. O valor da corrente depende de vários fatores, como a voltagem e a resistência elétrica do caminho que ela percorre pelo corpo. A resistência do corpo humano varia de pessoa para pessoa e depende muito das condições da pele. A resistência do corpo humano molhado é muito menor do que quando seco. Molhado, a resistência baixa, e a corrente que passa pelo corpo pode ser muito alta, mesmo para uma pequena tensão. É interessante notar que os danos causados pelos choques são mais relacionados com a corrente elétrica do que com as voltagem. Choques fatais podem ocorrer com voltagens de apenas 20V.
Danos ao corpo humano Quando uma corrente passa pelo corpo, os seguintes efeitos podem ocorrer: sensação de formigamento, dor, contração e espasmos musculares, alteração nos batimentos cardíacos, parada respiratória, queimaduras e morte. Os danos decorrem do fato de a movimentação dos músculos e a transmissão de sinais nervosos se darem pela passagem de pequenas correntes elétricas. Deve ser lembrado que também o trajeto que a corrente percorre no corpo humano é um fator determinante dos danos causados. Os choques mais perigosos são os recebidos quando se segura um fio em cada mão, pois o caminho da corrente passa próximo ao coração. Por isso os eletricistas evitam utilizar as duas mãos ao mesmo tempo quando mexem em um circuito elétrico que pode estar energizado. A tabela indica os valores aproximados de corrente e os danos que causam. Corrente(em ma) Danos que acarretam 1 a 10 Leve formigamento 10 a 20 Dor e forte formigamento 20 a 100 Convulsões e parada respiratória 100 a 200 Fibrilação Acima de 200 Queimaduras e parada cardíaca
Situações perigosas e como evitar choques - Lembre-se sempre de que correntes elétricas podem matar e que o número de acidentes é grande. - Ao lidar com fios ou tomadas, certifique-se de que o disjuntor esteja desligado. Mesmo assim antes de tocar em qualquer fio use uma chaveteste para verificar se existe ddp entre o fio e sue corpo. - Tire da tomada qualquer equipamento antes de abri-lo. Não mexa nos circuitos de equipamento sem conhecer detalhadamente a função de cada componente (consertos devem ser feitos por especialistas) já que, mesmo desligados, alguns componentes (como os capacitores) podem causar violentos choques pois armazenam energia. - Evite ao máximo usar aparelhos elétricos no banheiro ou nas proximidades de piscinas. Quando o corpo esta molhado, a condução de eletricidade através dele é facilitada e as chances de você sofrer lesões graves são maiores. - Caso tenha crianças pequenas em casa compre tapadores de tomadas para evitar acidentes. - Só use fios que estejam em perfeitas condições, inclusive para extensões elétricas. - Nunca toque fios que estão na rua, mesmo quando a companhia elétrica indicou que a energia seria cortada.
A conta de luz A conta de luz fornecida num período de tempo, geralmente, de um mês marca o consumo medido pela diferença de leituras e é expresso em KWh. Observe o preço do KWh e os impostos que incidem sobre a conta e é possível analisar o consumo de energia elétrica nos diversos meses anteriores. A unidade quilowatt.hora e a unidade usual de Energia E = P. T É isso!!!!