Corrente Elétrica. Adriano A. Batista 15/03/2016. Departamento de Física-UFCG

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Transcrição:

Departamento de Física-UFCG 15/03/2016

Resumo Por que existe corrente elétrica?

Resumo Por que existe corrente elétrica? Densidade de corrente

Resumo Por que existe corrente elétrica? Densidade de corrente Resistência

Resumo Por que existe corrente elétrica? Densidade de corrente Resistência Resistividade e condutividade

Resumo Por que existe corrente elétrica? Densidade de corrente Resistência Resistividade e condutividade Lei de Ohm

Resumo Por que existe corrente elétrica? Densidade de corrente Resistência Resistividade e condutividade Lei de Ohm Potência em circuitos elétricos

Resumo Por que existe corrente elétrica? Densidade de corrente Resistência Resistividade e condutividade Lei de Ohm Potência em circuitos elétricos Dissipação térmica: efeito Joule

Resumo Por que existe corrente elétrica? Densidade de corrente Resistência Resistividade e condutividade Lei de Ohm Potência em circuitos elétricos Dissipação térmica: efeito Joule Aplicações

Corrente elétrica na natureza

Corrente elétrica em circuitos elétricos

Corrente elétrica em circuitos elétricos i = dq dt

Comparação entre circuito elétrico e circuito mecânico

Conservação da corrente elétrica

Conservação da corrente elétrica Lei dos nós

Conservação da corrente elétrica Lei dos nós corrente elétrica é uma grandeza física escalar.

Densidade de corrente

Densidade de corrente J = I/A

Densidade de corrente J = I/A = I = JA = J a

Densidade de corrente J = I/A = I = JA = J a Caso geral: I = S J d A

Lei de Ohm: curva I-V corrente elétrica I (A) tensão elétrica (V)

Lei de Ohm: curva I-V corrente elétrica I (A) tensão elétrica (V) J = σ E σ é a condutividade e não depende do campo elétrico.

Junção elétrica r r J = E 1 /ρ 1 J = E2 /ρ 2

Junção elétrica r r J = E 1 /ρ 1 J = E2 /ρ 2 Qual a densidade de carga acumulada na interface?

Junção elétrica r r J = E 1 /ρ 1 J = E2 /ρ 2 Qual a densidade de carga acumulada na interface? σ = ɛ 0 (ρ 2 ρ 1 ) I A = ɛ 0(ρ 2 ρ 1 )J

Junção elétrica M1-M2-M1 r r J = E 1 /ρ 1 J = E2 /ρ 2

Junção elétrica M1-M2-M1 r r J = E 1 /ρ 1 J = E2 /ρ 2 Qual o campo elétrico no metal 2?

Junção elétrica M1-M2-M1 r r J = E 1 /ρ 1 J = E2 /ρ 2 Qual o campo elétrico no metal 2?

Resistência elétrica

Resistência elétrica V = El diferença de potencial entre os terminais do resistor I = JA corrente no resistor J = σe densidade de corrente

Resistência elétrica V = El diferença de potencial entre os terminais do resistor I = JA corrente no resistor J = σe densidade de corrente I = σ V l A

Resistência elétrica V = El diferença de potencial entre os terminais do resistor I = JA corrente no resistor J = σe densidade de corrente I = σ V l A = σa l V

Resistência elétrica V = El diferença de potencial entre os terminais do resistor I = JA corrente no resistor J = σe densidade de corrente I = σ V l V = 1 σ A = σa l V l A I RI

Resistência elétrica V = El diferença de potencial entre os terminais do resistor I = JA corrente no resistor J = σe densidade de corrente I = σ V l V = 1 σ R = ρ l A A = σa l V l A I RI

Resistência elétrica V = El diferença de potencial entre os terminais do resistor I = JA corrente no resistor J = σe densidade de corrente I = σ V l V = 1 σ A = σa l V l A I RI R = ρ l A ρ = 1/σ é a resistividade

Potência Elétrica V R

Potência Elétrica V R Pela lei das malhas: V = Ri

Potência Elétrica V R Pela lei das malhas: V = Ri A potência fornecida pela bateria é: P in = V i

Potência Elétrica V R Pela lei das malhas: V = Ri A potência fornecida pela bateria é: P in = V i A potência dissipada no resistor é: P diss = Ri 2

Potência Elétrica V R Pela lei das malhas: V = Ri A potência fornecida pela bateria é: P in = V i A potência dissipada no resistor é: P diss = Ri 2 P in = P diss

Efeito Joule l 1 l 2 r 1 r 2 J 1 J 2

Efeito Joule l 1 l 2 r 1 r 2 J 1 J 2 P 1 = R 1 I 2

Efeito Joule l 1 l 2 r 1 r 2 J 1 J 2 P 1 = R 1 I 2 P 2 = R 2 I 2

Efeito Joule l 1 l 2 r 1 r 2 J 1 J 2 P 1 = R 1 I 2 P 2 = R 2 I 2 R 1 = ρ l 1 A 1 R 2 = ρ l 2 A 2

Efeito Joule l 1 l 2 r 1 r 2 J 1 J 2 P 1 = R 1 I 2 P 2 = R 2 I 2 R 1 = ρ l 1 A 1 R 2 = ρ l 2 A 2 A razão entre as potências dissipadas é: P 1 P 2 = R 1 R 2 = l 1A 2 l 2 A 1 = l 1r2 2. l 2 r 2 1

Efeito Joule l 1 l 2 r 1 r 2 J 1 J 2 P 1 = R 1 I 2 P 2 = R 2 I 2 R 1 = ρ l 1 A 1 R 2 = ρ l 2 A 2 A razão entre as potências dissipadas é: P 1 P 2 = R 1 R 2 = l 1A 2 l 2 A 1 = l 1r2 2. l 2 r 2 1 se l 1 = l 2 e r 1 = 2r 2

Efeito Joule l 1 l 2 r 1 r 2 J 1 J 2 P 1 = R 1 I 2 P 2 = R 2 I 2 R 1 = ρ l 1 A 1 R 2 = ρ l 2 A 2 A razão entre as potências dissipadas é: P 1 P 2 = R 1 R 2 = l 1A 2 l 2 A 1 = l 1r2 2. l 2 r 2 1 se l 1 = l 2 e r 1 = 2r 2 = P 2 = 4P 1.

Aplicações do Efeito Joule

Aplicações do Efeito Joule Potência dissipada: P = RI 2 = V 2 /R

Aplicações do Efeito Joule Filamento de lâmpada incandecente

Aplicações do Efeito Joule fusível

Modelo microscópico da condutividade

Modelo microscópico da condutividade A aceleração do elétron entre colisões é: a = ee/m

Modelo microscópico da condutividade A aceleração do elétron entre colisões é: a = ee/m A velocidade de deriva é: v d = aτ

Modelo microscópico da condutividade A aceleração do elétron entre colisões é: a = ee/m A velocidade de deriva é: v d = aτ O tempo médio entre colisões é τ.

Modelo microscópico da condutividade A aceleração do elétron entre colisões é: a = ee/m A velocidade de deriva é: v d = aτ O tempo médio entre colisões é τ. A densidade de corrente pode ser escrita como: J d = env d, onde n é a densidade de elétrons.

Modelo microscópico da condutividade A aceleração do elétron entre colisões é: a = ee/m A velocidade de deriva é: v d = aτ O tempo médio entre colisões é τ. A densidade de corrente pode ser escrita como: J d = env d, onde n é a densidade de elétrons. Comparando J d = σe = env d = enaτ = e2 nτ m E

Modelo microscópico da condutividade A aceleração do elétron entre colisões é: a = ee/m A velocidade de deriva é: v d = aτ O tempo médio entre colisões é τ. A densidade de corrente pode ser escrita como: J d = env d, onde n é a densidade de elétrons. Comparando Obtemos J d = σe = env d = enaτ = e2 nτ m E σ = e2 nτ m

Propriedades elétricas de materiais Material Resistividade (Ω m) coeficiente térmico da resistividade, α(k 1 ) Metais típicos Prata 1,62 10 8 4,1 10 3 Cobre 1,69 10 8 4,3 10 3 Ouro 2,35 10 8 4,0 10 3 Alumínio 2,75 10 8 4, 4 10 3 Tungstênio 5,25 10 8 4, 5 10 3 Semicondutores Silício Puro 2, 5 10 3 70 10 3 Silício tipo n 8, 7 10 4 Silício tipo p 8, 7 10 4 grafite 3 60 10 5 5 10 4

Propriedades do cobre Densidade 8, 96g/cm 3

Propriedades do cobre Densidade 8, 96g/cm 3 Temperatura de fusão:1356,6 K

Propriedades do cobre Densidade 8, 96g/cm 3 Temperatura de fusão:1356,6 K Constante de rede: a = 3, 6Å

Propriedades do cobre Densidade 8, 96g/cm 3 Temperatura de fusão:1356,6 K Constante de rede: a = 3, 6Å A densidade de portadores de carga é n = 2 4, 29 10 28 m 3 a 3

Propriedades do cobre Densidade 8, 96g/cm 3 Temperatura de fusão:1356,6 K Constante de rede: a = 3, 6Å A densidade de portadores de carga é n = 2 4, 29 10 28 m 3 a 3 Tempo médio entre colisões τ meσ e 2 n

Propriedades do cobre Densidade 8, 96g/cm 3 Temperatura de fusão:1356,6 K Constante de rede: a = 3, 6Å A densidade de portadores de carga é n = 2 4, 29 10 28 m 3 a 3 Tempo médio entre colisões τ meσ e 2 n A massa de repouso do elétron no vácuo é m e = 9, 1 10 31 kg

Propriedades do cobre Densidade 8, 96g/cm 3 Temperatura de fusão:1356,6 K Constante de rede: a = 3, 6Å A densidade de portadores de carga é n = 2 4, 29 10 28 m 3 a 3 Tempo médio entre colisões τ meσ e 2 n A massa de repouso do elétron no vácuo é m e = 9, 1 10 31 kg A carga elementar é e = 1, 6 10 19 C

Propriedades do cobre Densidade 8, 96g/cm 3 Temperatura de fusão:1356,6 K Constante de rede: a = 3, 6Å A densidade de portadores de carga é n = 2 4, 29 10 28 m 3 a 3 Tempo médio entre colisões τ meσ e 2 n A massa de repouso do elétron no vácuo é m e = 9, 1 10 31 kg A carga elementar é e = 1, 6 10 19 C A condutividade a temperatura ambiente é σ 5, 9 10 7 /(Ωm)

Propriedades do cobre Densidade 8, 96g/cm 3 Temperatura de fusão:1356,6 K Constante de rede: a = 3, 6Å A densidade de portadores de carga é n = 2 4, 29 10 28 m 3 a 3 Tempo médio entre colisões τ meσ e 2 n A massa de repouso do elétron no vácuo é m e = 9, 1 10 31 kg A carga elementar é e = 1, 6 10 19 C A condutividade a temperatura ambiente é σ 5, 9 10 7 /(Ωm) Tempo médio entre colisões τ 4, 88 10 14 s

Propriedades do alumínio Densidade 2, 7g/cm 3

Propriedades do alumínio Densidade 2, 7g/cm 3 Temperatura de fusão:933,5 K

Propriedades do alumínio Densidade 2, 7g/cm 3 Temperatura de fusão:933,5 K Constante de rede: 4,0Å

Propriedades do alumínio Densidade 2, 7g/cm 3 Temperatura de fusão:933,5 K Constante de rede: 4,0Å Tempo médio entre colisões τ

Propriedades do alumínio Densidade 2, 7g/cm 3 Temperatura de fusão:933,5 K Constante de rede: 4,0Å Tempo médio entre colisões τ numero de portadores de carga por volume n =

Sensores resistivos: fotoresistores Fotoresistor (LDR= Light Dependent Resistor)

Sensores resistivos: fotoresistores

Sensores resistivos: fotoresistores

Sensores resistivos: fotoresistores

Sensores resistivos: termistores

Sensores resistivos: termistores

Sensores resistivos: termistores

Sensores resistivos: termistores

NTC circuit

NTC circuit

Outras aplicações

Outras aplicações

Conclusões