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Capítulo
30Introdução à Eletricidade
FÍSICAPROF SIDNEY ROCYHA
ANOTAÇÕES EM AULACapítulo 30 – Introdução à Eletricidade
Introdução à Eletricidade
Ao ser atritado com um pedaço de pele de animal, o âmbar passa a atrair pedacinhos de palha seca.
Eletricidade é uma palavra derivada do grego élektron, que
significa âmbar.
30.1
G10CK/A
LAM
Y/E
ASYPIX
BRASIL
Resina vegetal fossilizada
Introdução à Eletricidade
Constituição do átomo e corpos eletrizados
Toda matéria é constituída de
átomos. Os átomos, em um modelo
simplificado, são compostos
fundamentalmente de prótons,
nêutrons e elétrons.
30.1
AD
ILSO
N S
ECCO
Introdução à Eletricidade
Nesse modelo, conhecido como
modelo atômico planetário,
apresentado em 1911 por Ernest
Rutherford (1871-1937), prótons e
nêutrons estão concentrados em uma
diminuta e maciça região central do
átomo, formando o núcleo.
Constituição do átomo e corpos eletrizados
30.1
AD
ILSO
N S
ECCO
Introdução à Eletricidade
Os elétrons, em constante
movimentação, distribuem-se ao
redor desse núcleo, numa região
denominada eletrosfera. Prótons
e elétrons possuem carga elétrica.
Constituição do átomo e corpos eletrizados
30.1
AD
ILSO
N S
ECCO
Introdução à Eletricidade
As cargas elétricas do próton e do elétron têm mesmo valor
em módulo e sinais opostos (naturezas diferentes).
Prótons têm carga elétrica positiva e elétrons têm carga
elétrica negativa.
Tais cargas elétricas são chamadas de carga elétrica
elementar.
30.1
Constituição do átomo e corpos eletrizados
Carga elétrica elementar (e): É a carga de 01 (um) proton ou de
01 (um) elétron.
Introdução à Eletricidade
30.1
Átomo neutro
AD
ILSO
N S
ECCO
e = 1,6 ∙ 10–19 C
coulomb, unidade de carga elétrica no SI
Importante:
Corpos eletrizados
Eletrizar um átomo e, por extensão, um corpo, significa
tornar diferente o número de prótons e o número de
elétrons do átomo ou do corpo.
Corpo eletrizadonegativamenteapresenta excessode elétrons
Corpo eletrizado positivamenteapresenta faltade elétrons
fornecendo elétrons
retirando elétrons
30.2
Corpo neutronúmero de p+ = número de e–
número de p+ < número de e–
AD
ILSO
N S
ECCO
número de p+ > número de e–
Corpos eletrizados
A quantização da carga elétrica
Como só podemos fornecer ou retirar um número inteiro de
elétrons do corpo, a carga elétrica (positiva ou negativa)
desse corpo será sempre um múltiplo inteiro da carga
elementar e.
Assim:
Q = ± n ∙ e
em que e = 1,6 ∙ 10–19 C
A carga Q será positiva se o corpo apresentar falta
de elétrons e negativa se o corpo apresentar excesso
de elétrons.
30.2
Capítulo
33
Corrente elétrica, potência, Energia elétrica, resistores e leis de Ohm
FÍSICAPROF: SIDNEY ROCHA
ANOTAÇÕES EM AULACapítulo 33 – Corrente elétrica, potência, resistores e leis de Ohm
Corrente elétrica
Corrente elétrica é o nome dado ao movimento ordenado de
cargas elétricas.
Nos condutores metálicos, os portadores de carga elétrica
que constituem a corrente são os elétrons.
Nas soluções iônicas, os portadores de carga elétrica da
corrente são íons positivos (cátions) e íons negativos
(ânions).
Nos gases ionizados, os portadores de carga da corrente
elétrica são íons e elétrons.
33.1
Por convenção, o sentido da corrente elétrica é contrário ao do
movimento das cargas negativas livres.
A intensidade média im da corrente elétrica é dada por:
A unidade de medida recebe o nome de Ampère (A).
Sentido corrente elétrica
33.1
Cs
im =qt
coulomb (C)
segundo (s)
STU
DIO
CAPARRO
Z
oe
i
coulomb por
segundo Cs
Corrente elétrica
No diagrama intensidade de corrente × tempo (gráfico i × t),
a área sob a curva, em dado intervalo de tempo, é
numericamente igual à quantidade de carga elétrica que
atravessa uma seção transversal do condutor.
33.1
q
AD
ILSO
N S
ECCO
q = “área” sob i tN
Corrente elétrica
Lei dos nós
Nos circuitos elétricos, o ponto para o qual concorrem três ou
mais condutores é denominado nó.
33.1
AD
ILSO
N S
ECCO
Corrente elétrica
Lei dos nós (primeira lei de Kirchhoff)
33.1
Em qualquer nó de um circuito elétrico, a soma das
intensidades de correntes que chegam ao nó é igual
à soma das intensidades de correntes que saem dele.
AD
ILSO
N S
ECCO
Efeitos da corrente elétrica
Ao se estabelecer uma corrente elétrica em um material
condutor, podemos sempre identificar pelo menos um dos
cinco efeitos descritos a seguir.
33.2
Efeitos da corrente elétrica
Efeito térmico
Também conhecido como efeito Joule,
esse efeito surge devido às colisões
entre os átomos do condutor e os
elétrons livres que constituem a
corrente elétrica. O efeito Joule ocorre
em equipamentos elétricos que geram
calor, como aquecedores e chuveiros.
EFEITO JOULE: É a conversão de
energia elétrica em energia térmica.
33.2
Aquecedor elétrico
LU
SO
IMAG
ES/S
HU
TTERSTO
CK
Efeitos da corrente elétrica
Efeito químico
O efeito químico é a base da eletrólise e acontece quando
uma solução eletrolítica é atravessada por uma corrente
elétrica e sofre decomposição.
33.2
Efeitos da corrente elétrica
Efeito luminoso
A passagem de uma corrente
elétrica através de um gás
rarefeito pode ionizá-lo,
liberando energia em forma de
luz. As lâmpadas fluorescentes
e os letreiros em neon são
aplicações práticas desse efeito.
33.2
Lâmpada de plasma
MARCO
MERO
LA/L
OO
K A
T S
CIE
NCES/S
CIE
NCE P
HO
TO
LIB
RARY/LATIN
STO
CK
Efeitos da corrente elétrica
Efeito fisiológico
Esse efeito acontece quando uma corrente elétrica atravessa
um organismo vivo. Nesse caso, a corrente elétrica afeta
o sistema nervoso e provoca contrações involuntárias
no organismo.
33.2
Efeitos da corrente elétrica
Efeito magnético
Esse efeito, que sempre se manifesta, é caracterizado pelo
surgimento de um campo magnético nas proximidades
do condutor por onde circula a corrente elétrica. O efeito
magnético serve como base para a construção de motores
elétricos, microfones, alto-falantes, transformadores etc.
33.2
Potência e energia elétrica
Potência é a grandeza física que indica a rapidez com que
determinado trabalho é realizado ou a rapidez com que
determinada quantidade de energia é convertida de uma
forma em outra. Assim:
A unidade de medida recebe o nome de watt (W).
33.3
P =τt
joule (J)
segundo (s)
Js
joule porsegundo
Js
Para a maioria dos equipamentos elétricos, a quantidade de
energia correspondente a 1 J é muito pequena. Por essa
razão, as companhias elétricas medem a quantidade de
energia elétrica consumida em quilowatt-hora (kWh).
33.3
Potência e energia elétrica
1kWh = 1kW · h
1kWh = 1.000 W · 3.600 s
1kWh = 3,6 · 106 J
Consideremos um dipolo elétrico submetido à ddp U e
percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i.
Como vimos, potência é a grandeza física que indica a rapidez
com que determinado trabalho é realizado. No caso do dipolo,
o trabalho é realizado pela força elétrica para deslocar as
cargas que constituem a corrente elétrica.
33.3
Dipolo elétrico
U
i
STU
DIO
CAPARRO
Z
P = U · i
A potência elétrica P é dada por:
watt (W)
33.3
ampère (A)
volt (V)
Resistores e resistência elétrica
Denomina-se resistor o elemento de circuito elétrico cuja
função é converter energia elétrica em energia térmica ou
limitar a intensidade de corrente que passa por determinados
componentes de um circuito.
33.4
33.4
Resistores e resistência elétrica
Lâmpada de tungstênio
IGO
R K
OVALCH
UK/S
HU
TTERSTO
CK
SÉRG
IO D
OTTA/C
ID
Resistência de chuveiro
Nas figuras, vemos alguns exemplos de resistores e alguns
aparelhos equipados com resistores encontrados em nosso
dia-a-dia.
Nas figuras, vemos alguns exemplos de resistores e alguns
aparelhos equipados com resistores encontrados em nosso
dia-a-dia.
33.4
Resistores e resistência elétrica
Resistência de chuveiro
SÉRG
IO D
OTTA/C
ID
Fritadeira
SU
TSAIY
/SH
UTTERSTO
CK
33.4
resistência elétrica : É a grandeza física que indica a
dificuldade imposta à movimentação das cargas elétricas que
constituem a corrente através do condutor.
Resistores e resistência elétrica
Nos circuitos elétricos, um resistor com resistência elétrica R
costuma ser representado pelos símbolos mostrados a seguir.
ou
33.4
Representação de um resistor
R R AD
ILSO
N S
ECCO
Consideremos um condutor submetido a uma diferença de
potencial U e percorrido por uma corrente elétrica de
intensidade i.
33.4
Conceito de resistência elétrica
STU
DIO
CAPARRO
Z
U
i
Por definição, a resistência elétrica R do condutor é dada por:
A unidade de medida recebe o nome de Ohm (Ω).
33.4
Resistores e resistência elétrica
R =Ui ampère (A)
volt (V)
VA
volt por ampèreVA
Leis de Ohm
Primeira lei de Ohm
Quando se aumenta a ddp U aplicada aos terminais de um
resistor, a intensidade de corrente elétrica i que o atravessa
aumenta na mesma proporção. Assim, a razão entre ddp U
e a intensidade de corrente elétrica i permanece constante.
Matematicamente, escrevemos:
33.5
U1 U2 U3 Un
i1 i2 i3 in= = = … = = constante = R
U = R · i
volt (V)
ampère (A)
ohm (W)
IMPORTANTE:
De acordo com a primeira lei de Ohm: os resistores cuja
resistência elétrica é constante são denominados resistores
ôhmicos.
33.5
Leis de Ohm
Curva (gráfico) característica do resistor
O diagrama U × i de um dado componente de circuito elétrico
é denominado curva característica do componente.
Para um resistor ôhmico, vale a relação:
R = constante = tg
Diagrama U × i para diversos tipos de resistores
33.5
R crescente com iR = constante
(resistor ôhmico)
R decrescente com i
STU
DIO
CAPARRO
Z
i0
U
Leis de Ohm
Segunda lei de Ohm
A resistência elétrica de um condutor homogêneo de secção
transversal constante depende do material de que é feito e é
diretamente proporcional ao seu comprimento L e inversamente
proporcional à sua área de secção transversal A.
33.5
Leis de Ohm
Segunda lei de Ohm
Consideremos o condutor mostrado na figura.
A resistência elétrica R desse condutor é dada por:
resistividade do material
33.5
Leis de Ohm
L
A
STU
DIO
CAPARRO
Z
R = ρ ·LA
Segunda lei de Ohm
A resistividade ρ é uma característica do material do qual
o condutor é feito e depende de sua temperatura.
No SI, a resistividade é medida em Ω · m.
33.5
Leis de Ohm
FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO
ANOTAÇÕES EM AULA
Coordenação editorial: Juliane Matsubara Barroso
Elaboração de originais: Carlos Magno A. Torres, Nicolau Gilberto Ferraro, Paulo Cesar M. Penteado
Edição de texto: Eugênio Dalle Olle, Fabio Ferreira Rodrigues, Fernando Savoia Gonzalez, João Batista Silva dos Santos, Livia Santa Clara de Azevedo Ferreira, Lucas Maduar Carvalho Mota, Luiz Alberto de Paula e Silvana Sausmikat Fortes
Preparação de texto: Silvana Cobucci Leite
Coordenação de produção: Maria José Tanbellini
Iconografia: Daniela Baraúna, Érika Freitas, Fabio Yoshihito Matsuura, Flávia Aline de Morais e Monica de Souza
Diagramação: Mamute Mídia
EDITORA MODERNA
Diretoria de Tecnologia Educacional
Editora executiva: Kelly Mayumi Ishida
Coordenadora editorial: Ivonete Lucirio
Editores: Andre Jun e Natália Coltri Fernandes
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Editor assistente de arte: Eduardo Bertolini
Assistentes de arte: Ana Maria Totaro, Camila Castro e Valdeí Prazeres
Revisores: Antonio Carlos Marques, Diego Rezende e Ramiro Morais Torres
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