Aula 05

Corrente elétrica e leis de OhmMódulo FE.05 (página 46 à 49) Apostila 2

➢ Eletrodinâmica

➢ Sentido convencional da corrente elétrica

➢ Intensidade da corrente elétrica

➢ Leis de Ohm

➢ Resistor

➢ Condutividade elétrica

➢ Neste módulo temos o início da eletrodinâmica,onde estudamos o comportamento e osfenômenos relacionados as partículascarregadas (com carga elétrica) em movimento.

➢ Para isso, vamos definir, primeiramente, oconceito sobre corrente elétrica.

1 Eletrodinâmica

➢ Ao se conectar um fio condutor em um gerador(ou fonte de energia elétrica), os elétrons livresiniciam um movimento através do condutor, indoda região com cargas em excesso (região demaior potencial ou polo negativo) para a regiãocom falta de cargas (região de menor potencialou polo positivo).

1 Eletrodinâmica

➢ Esse movimento ordenado das partículascarregadas é denominado corrente elétrica.

➢ Ou seja, os elétrons começam a se mover numamesma direção e num mesmo sentido dentro docondutor.

➢ Definição: Corrente elétrica é um movimentoordenado de partículas carregadas através deum condutor de eletricidade.

1 Eletrodinâmica

➢ Os condutores podem ser sólidos, líquidos ou gasosos.

➢ Na eletrodinâmica usamos, usamos mais frequentemente, os condutores sólidos.

➢ Na química utiliza-se condutores líquidos e gasosos.

1 Eletrodinâmica

➢ Condutores sólidos: a corrente é constituída exclusivamente pelo movimento dos elétrons.

➢ Condutores líquidos: a corrente é constituída pelo movimento de cargas positivas e negativas, ou seja, cátions e ânions. Chamados também de soluções eletrolíticas, formados por solutos (sais) dissolvidos num solvente (água).

1 Eletrodinâmica

Um exemplo é o cloreto de sódio (NaCl) dissolvido em água.

1 Eletrodinâmica

➢ Condutores gasosos: a corrente é constituída pelo movimento dos cátion e ânions. É o que ocorre com os gases, como, por exemplo, com o vapor de sódio ou de mercúrio utilizado nas lâmpadas fluorescentes.

1 Eletrodinâmica

➢ Nos primeiros estudos acreditava-se queapenas as cargas positivas se moviam, entãoo sentido foi adotado devia coincidir com osentido de movimentação dessas cargas (“saía”do polo positivo e “chegava” ao polo negativo dafonte de energia).

➢ Essa convenção prevalece até os diasatuais, mesmo sabendo que os elétrons éque se movem no fio.

2 Sentido convencional da corrente elétrica

➢ O sentido convencional da corrente elétricacoincide com o sentido da movimentação daspartículas carregadas positivamente (quandohouver). Ou seja, contrário ao movimento doselétrons.

2 Sentido convencional da corrente elétrica

➢ Dado um fio condutor de eletricidade, percorridopor uma corrente elétrica, define-se aintensidade de corrente elétrica da seguintemaneira:

*A intensidade da corrente elétrica (i) é dada pelaquantidade de carga elétrica que atravessa umasecção transversal do condutor, na unidade detempo:

3 Intensidade da corrente elétrica

Ao olhar a equação, qual é a unidade de corrente?

Sabemos que:

Q e e – Cargas (C)

t – Tempo (s)

Então:

i – Corrente (C/s) = (A) Ampère

➢ Em homenagem ao físico francês André-MarieAmpère (1775-1836), pioneiro na área elétrica eno eletromagnetismo.

3 Intensidade da corrente elétrica

➢ Para que exista corrente elétrica em umcondutor é necessário que haja um geradorligado a ele. A função do gerador é criar doispolos de diferentes potenciais.

➢ Entre esses dois polos existem a diferença depotencial (ddp), chamada também de tensãoelétrica (U).

➢ Relembrando: A unidade de diferença depotencial é o Volt (V).

➢ Em homenagem à Alessandro Volta (1745-1827), italiano, criador da primeira pilha.

4 Leis de Ohm

➢ Sabemos que os elétrons da última camadaeletrônica de um condutor encontram-sefracamente ligados ao núcleo do átomo.

➢ No entanto há sempre dificuldade de que esseselétrons “passem” de um átomo para o outro,chamamos essa dificuldade de resistênciaelétrica.

Definição: Resistência elétrica é a medida dadificuldade que as partículas carregadasencontram ao atravessarem um determinadocondutor.

5 Resistores

➢ Em um circuito, os resistores podem serrepresentados pelos seguintes símbolos:

➢ A unidade de resistência elétrica, é o Ohm (Ω),em homenagem ao físico Alemão Georg SimonOhm (1789-1854), que elaborou as leis de Ohm.

5 Resistores

➢ Nos resistores, quando percorridos por umacorrente elétrica, ocorre predominantemente ochamado efeito Joule, que consiste natransformação da energia elétrica em energiatérmica (calor).

➢ O efeito Joule se aplica:

5 Resistores

Primeira lei de Ohm

➢ Para encontrar a relação entre corrente, tensão e resistência, Ohm usou o seguinte esquema:

5 Resistores

Primeira lei de Ohm

➢ Variando a tensão (U) da fonte, Ohm mediu anova corrente (i) e observou que havia umaigualdade no quociente entre U e i.

5 Resistores

Primeira lei de Ohm

➢ Dessa observação, enunciou:

➢ Mantendo-se constante a temperatura de umresistor, a diferença de potencial aplicada nosextremos é diretamente proporcional àintensidade da corrente elétrica que o percorre.

➢ Definiu essa constante de proporcionalidadecomo a resistência elétrica (R):

5 Resistores

Exemplo (Primeira Lei de Ohm):

5 Resistores

Resposta:

Resistência = 1MΩ = 1 x 106 Ω

Tensão = 120 V

Corrente = ? (A)

𝑉 = 𝑅 × 𝐼 → 𝐼 =𝑉

𝑅

𝐼 =120𝑉

1 × 106Ω→ 𝐼 = 120 × 10−6𝐴 = 0,12 × 10−3𝐴

𝑚 = 10−3 ∴ 𝐼 = 0,12 𝑚𝐴

Alternativa a)

5 Resistores

Ohm, acreditava que todos os resistoresobedeciam essa lei, mas com a sofisticação deaparelhos de medidas elétricas, foi possívelverificar que alguns resistores não obedeciamessa lei. Então denominou-se:

➢ Resistores ôhmicos: Obedecem as leis deOhm.

➢ Resistores não ôhmicos: Não obedecem a leide Ohm.

5 Resistores

➢ Então para resistores ôhmicos temos o seguintegráfico:

5 Resistores

Segunda Lei de Ohm

➢ Por essa lei, é possível definir a resistência deum fio condutor sem liga-lo a um gerador,apenas sabendo suas características físicas:

l – comprimento do condutor.

A – área da seção transversal do condutor.

5 Resistores

Segunda Lei de Ohm

Ohm, enunciou:

A resistência elétrica de um fio condutorhomogêneo de secção transversal constante édiretamente proporcional ao seu comprimento,inversamente proporcional à sua área de secçãotransversal e depende do material de que ele éfeito.

5 Resistores

Segunda Lei de Ohm

Onde:

ρ – representa a resistividade elétrica do

material condutor. Dado em Ω.mm²/m.

5 Resistores

Exemplo (Segunda Lei de Ohm):

Um cabo feito de liga de cobre possui área de secção transversal correspondente a 10 mm2. Sabendo que a resistividade da liga de cobre é de 2,1 x 10-2 Ω .mm2/m, determine a resistência para 5 m desse fio.

a) 1,05 X 102

b) 2,05 X 10- 2

c) 1,05 X 10-2

d) 10,5 X 102

e) 105 X 102

5 Resistores

Resposta:

ρ = 2,1 x 10-2 Ω .mm2/m, l = 5 m, A = 10 mm2

R =𝜌 × 𝑙

𝐴→2,1 × 10−2

Ω.𝑚𝑚²𝑚

× 5𝑚

10𝑚𝑚²

𝑅 =2,1 × 10−2

Ω.𝑚𝑚²𝑚

× 5𝑚

10𝑚𝑚²=10,5 × 10−2Ω

10

R = 1,05 × 10−2Ω

Alternativa c)

5 Resistores

➢ Quanto maior a resistividade de um material, menor será a sua condutividade. Quanto menor sua resistividade, maior será sua condutividade.

Ex:

➢ A prata é menos resistiva e mais condutiva que o cobre.

➢ O cobre é mais resistivo e menos condutivo que a prata.

6 Condutividade elétrica (c)

➢ A condutividade elétrica de um condutor é definida pelo inverso de sua resistividade:

A condutividade elétrica é dada por 1/Ω.m. = S/m

A relação 1/Ω é o siemens, representado por S.

6 Condutividade elétrica (c)

Exemplo:

A resistividade é a grandeza oposta à condutividadeelétrica. Sendo assim, a partir dos valores deresistividade elétrica fornecidos abaixo, marque aalternativa correta:

6 Condutividade elétrica (c)

Exemplo:

a) O ferro é melhor condutor elétrico que o cobre.

b) De todos os materiais listados, o vidro é o que apresenta maior resistência à passagem de corrente elétrica.

c) Por ser excelente condutor, o quartzo é muito utilizado na fabricação de relógios.

d) O cobre é o melhor condutor apresentado.

e) A condutividade do alumínio é maior que a do cobre.

6 Condutividade elétrica (c)