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Instituto Educacional Vera Cruz Disciplina: Fsica

Professora: Andra Coeli Ano/Srie: 3 Ano Ensino Mdio

Eletricidade na Atmosfera Raios, Relmpagos, Troves As nuvens de tempestade apresentam-se, em geral, eletrizadas. Atravs de avies e sondas, os pesquisadores chegaram concluso de que tais nuvens possuem a parte superior eletrizada positivamente e a inferior, negativamente. Quando a nuvem se torna excessivamente carregada, ocorre uma descarga eltrica sob a forma de uma grande fasca, que recebe o nome de raio. A luz que acompanha o raio o relmpago resulta da ionizao do ar; o som produzido pelo forte aquecimento do ar e sua brusca expanso o trovo.

A NASA prev com 30 minutos de antecedncia onde o raio vai cair. O processo de Descarga Eltrica ocorre numa sucesso muito rpida. Inicia-se com uma descarga denominada descarga lder, que parte da nuvem at atingir o solo. Seguindo trajetrias irregulares procura de caminhos que conduzam melhor a eletricidade, a descarga lder tem a forma de uma rvore invertida. Atravs desses mesmos caminhos, ocorre outra descarga eltrica de grande luminosidade, que parte do solo e atinge a nuvem e denominada descarga principal. O processo descrito pode acontecer repetidas vezes, num intervalo de tempo extremamente pequeno.

Solo

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Solo

Para-raios O Para-raios tem a finalidade de proteger casas, edifcios, depsitos de combustveis, linhas de transmisso de energia eltrica, oferecendo descarga eltrica um caminho seguro entre a nuvem e o solo. Inventado por Benjamin Franklin, consta de uma base metlica disposta verticalmente na parte mais alta da estrutura a ser protegida.

A extremidade da haste possui uma ou mais pontas de material de elevada temperatura de fuso. A outra extremidade ligada, atravs de condutores metlicos, a barras metlicas cravadas profundamente no solo. Quando a nuvem est sobre o para-raios, a descarga principal ocorre da terra para a nuvem atravs do para-raios. Evitando os perigos do raio Nas tempestades, devem-se evitar locais descampados, pois a pessoa pode funcionar como a ponta de um para-raios. No se deve permanecer nas partes mais altas de uma casa sem para-raios. As antenas de televiso e as chamins tambm podem funcionar como para-raios inoportunos. Devem ser evitadas rvores isoladas e partes altas de terrenos. Quem estiver dentro da gua, numa piscina ou no mar, deve sair rapidamente ao escutar o primeiro trovo.

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O carro um timo abrigo para quem atingido por uma tempestade. Se um carro for atingido por um raio, as cargas eltricas escoaro muito lentamente para o solo atravs dos pneus. Por isso no se deve descer do carro imediatamente, pois, ao encostar a mo na lataria e o p no solo, estabelece-se uma ligao com a terra, e a carga eltrica do raio, localizada no veculo, escoa para o solo atravs do corpo da pessoa, eletrocutando-a.

Alessandro Volta e Luigi Galvani Alessandro Volta, que iniciou o estudo moderno da eletricidade, foi professor da Universidade de Pvia, na Itlia. Recebeu o ttulo de conde, conferido por Napoleo Bonaparte. A inveno da pilha por Volta originou-se de uma observao do bilogo italiano Luigi Galvani (1737-1797), professor de anatomia da Universidade de Bolonha. Certa ocasio, Galvani pendurou pernas de r, atravs de ganchos de cobre, a um suporte de ferro, com a finalidade de sec-las. Devido brisa as pernas balanavam, e Galvani notou que, cada vez que as pernas tocavam no suporte de ferro, elas se contraam. Ele atribuiu as contraes a uma corrente eltrica produzida pela r.

Alessandro Volta no concordou com Galvani, explicando que a corrente eltrica era originada pela existncia de dois metais diferentes em contato com substncias cidas existentes no corpo da r. Para demonstrar sua teoria, construiu a primeira pilha eltrica. A pilha original inventada por Alessandro Volta tinha a seguinte disposio: um disco de cobre, sobre ele um disco de pano embebido em cido sulfrico diludo em gua e um disco de zinco; sobre este, outro disco de cobre e assim por diante, formando um conjunto de discos empilhados uns sobre os outros. Da o nome pilha eltrica. Aos discos extremos ligam-se fios condutores, que so os terminais da pilha.

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Construindo uma Pilha Eltrica Num recipiente contendo cido sulfrico diludo em gua (uma colher de cido em um copo de gua), colocam-se duas lminas, sendo uma de zinco e outra de cobre. Atravs de um fio condutor, liga-se uma pequena lmpada de lanterna s lminas, como mostra a figura.

Observa-se ento que a lmpada acende. O sistema constitudo pelas lminas de zinco e cobre e pela soluo de cido sulfrico uma pilha eltrica. O zinco o Polo Negativo da pilha e o cobre, o Polo Positivo. Eltrons movimentam-se ordenadamente no sentido da lmina de zinco para a lmina de cobre, conforme indica a figura, constituindo uma corrente eltrica que, ao atravessar a lmpada, faz com que ela acenda.

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Dizemos que, entre as lminas de cobre e de zinco, se estabelece uma diferena de potencial eltrico ou uma tenso eltrica. Do mesmo modo que uma diferena de altura responsvel por uma corrente de gua atravs de um canal, tambm a diferena de potencial eltrico a causa da corrente eltrica. O valor da diferena de potencial eltrico depende dos materiais usados nas lminas e medido em volts (smbolo V), em homenagem a Alessandro Volta. No lugar da lmpada ligamos um medidor. Ele acusa uma diferena de potencial entre as lminas. Se voc enfiar duas lminas, uma de zinco e outra de cobre, numa laranja, num limo ou numa batata, o suco far o papel da soluo de cido sulfrico, o conjunto formar uma pilha.

Um limo com as duas lminas uma de zinco e uma de cobre uma pilha. Observe que o medidor observa a passagem da Corrente Eltrica.

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O Relgio Digital est funcionando com uma pilha feita de duas lminas, uma de zinco e outra de cobre, enfiadas numa batata.

As lminas de cobre e de zinco, juntamente com a saliva, formam uma pilha. A Carga Eltrica A matria formada de pequenas partculas, os tomos. Cada tomo, por sua vez, constitudo de partculas ainda menores, os prtons, os eltrons e os nutrons. Os prtons e os nutrons localizam-se na parte central do tomo, e formam o chamado ncleo. Os eltrons giram em torno do ncleo na regio chamada de eletrosfera. Os prtons e os eltrons apresentam uma importante propriedade fsica, a carga eltrica A carga eltrica do prton e a do eltron tm a mesma intensidade, mas, sinais contrrios. A carga do prton positiva e a do eltron, negativa.

Num tomo no existe predominncia de cargas eltricas; o nmero de prtons igual ao nmero de eltrons. O tomo um sistema eletricamente neutro. Entretanto, quando ele perde ou ganha eltrons, fica eletrizado. Eletrizado positivamente quando perde eltrons e negativamente quando recebe eltrons. Sendo a carga do eltron a menor quantidade de Carga Eltrica existente na natureza, ela foi tomada como carga padro nas medidas de cargas eltricas. Eletrizao de um Corpo O processo de eletrizao de um corpo semelhante ao de um tomo. Se num corpo o nmero de prtons for igual ao nmero de eltrons, dizemos que ele est neutro. Quando um corpo apresenta uma falta ou um excesso de eltrons, ele adquire uma carga eltrica Q, que sempre um nmero inteiro n de eltrons, de modo que:

Q = n . e

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Portanto, um corpo eletrizado pode estar:

usual o emprego dos submltiplos: 1 microcoulomb = 1 C = 1.10 6 C 1 nanocoulomb = 1 nC = 1.10-9 C 1 picocoulomb = 1 pC = 1.10-12 C Exemplo A - Determinar o nmero de eltrons existentes em uma carga de 1,0 coulomb. Resoluo: Da equao Q = n . e, obtm-se:

Exerccios 1. corpo. A carga do eltron -1,6 . 10 -19C. Princpios da Eletrosttica Experincias comprovam que durante o processo de atrito, o nmero de cargas cedidas por um corpo igual ao nmero de cargas recebidas pelo outro, o que permite enunciar o princpio da conservao da Carga Eltrica: Num sistema eletricamente isolado, constante a soma algbrica das Cargas Eltricas. Aproximando-se dois corpos eletrizados de mesma carga eltrica, entre eles aparece uma fora eltrica de repulso, e entre corpos eletrizados de cargas diferentes, fora eltrica de atrao, o que permite enunciar o Princpio da Atrao e Repulso das cargas: Cargas Eltricas de mesmo sinal se repelem e de sinais opostos se atraem.

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Condutores e Isolantes Denominam-se condutores as substncias nas quais os eltrons se locomovem com facilidade por estarem fracamente ligados aos tomos. Nos condutores, os eltrons mais distantes do ncleo abandonam o tomo, adquirindo liberdade de movimento: so os eltrons livres. Num condutor eletrizado, as foras de repulso, que agem entre as cargas de mesmo sinal, fazem com que as cargas fiquem distantes umas das outras. O maior afastamento possvel ocorre na superfcie do corpo.

Num Condutor Eletrizado, as Cargas Eltricas se localizam na sua superfcie. Por outro lado, chamam-se isolantes, ou dieltricos, as substncias nas quais os eltrons no tm liberdade de movimento. Nos isolantes, os eltrons no se movimentam com facilidade, pois esto fortemente ligados ao ncleo do tomo e dificilmente podero se libertar. Isto, no entanto, no quer dizer que um corpo isolante no possa ser eletrizado. A diferena que nos isolantes as cargas eltricas permanecem na regio em que apareceram, enquanto nos condutores elas se distribuem pela superfcie do corpo.

Processos de Eletrizao Eletrizao por Atrito Quando dois corpos so atritados, pode ocorrer a passagem de eltrons de um corpo para o outro. Nesse caso diz-se que houve uma eletrizao por atrito. Considere um basto de plstico sendo atritado com um pedao de l, ambos inicialmente neutros. A experincia mostra que, aps o atrito, os corpos passam a manifestar Propriedades Eltricas.

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No exemplo descrito, houve transferncia de eltrons da l para o basto. Na eletrizao por atrito, os dois corpos ficam carregados com cargas iguais, porm de sinais contrrios. Eletrizao por Contato Quando colocamos dois Corpos Condutores em contato, um eletrizado e o outro neutro, pode ocorrer a passagem de eltrons de um para o outro, fazendo com que o corpo neutro se eletrize. Consideremos duas esferas, uma eletrizada e a outra neutra.

As cargas em excesso do condutor eletrizado negativamente se repelem e alguns eltrons passam para o corpo neutro, fazendo com que ele fique tambm com eltrons em excesso e, portanto, eletrizado negativamente. Na eletrizao por contato, a soma das cargas dos corpos igual antes e aps o contato, se o sistema for eletricamente isolado. Se ligarmos um condutor eletrizado terra, ele se descarrega de uma das seguintes formas: Os eltrons da terra so atrados para o condutor devido atrao pelas Cargas Positivas. Os eltrons em excesso do condutor escoam para a terra devido a repulso entre eles.

Para condutores de mesma forma e mesmas dimenses as Cargas Eltricas dos Condutores aps o contato sero iguais. Eletrizao por Induo A eletrizao de um condutor neutro pode ocorrer por simples aproximao de outro corpo eletrizado, sem que haja o contato entre eles. Consideremos um condutor inicialmente neutro e um basto eletrizado negativamente. Quando aproximamos o basto eletrizado do corpo neutro, as suas cargas negativas repelem os eltrons livres do corpo neutro para as posies mais distantes possveis.

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Desta forma, o corpo fica com falta de eltrons numa extremidade e com excesso de eltrons na outra. O fenmeno da separao de cargas num condutor, provocado pela aproximao de um Corpo Eletrizado, denominado Induo Eletrosttica. Na Induo Eletrosttica ocorre apenas uma separao entre algumas Cargas Positivas e Negativas do Corpo. O Corpo Eletrizado que provocou a induo denominado indutor e o que sofreu a induo chamado induzido. Se quisermos obter no induzido uma eletrizao com cargas de um s sinal, basta lig-lo terra, na presena do indutor.

Nesta situao, os eltrons livres do induzido, que esto sendo repelidos pela presena do indutor, escoam para a terra. Desfazendo-se esse contato e, logo aps, afastando-se o basto, o induzido ficar carregado com Cargas Positivas.

No Processo da Induo Eletrosttica, o corpo induzido se eletrizar sempre com cargas de sinal contrrio s do indutor. Lei de Coulomb Fora Eltrica Esta lei diz respeito intensidade das foras de atrao ou de repulso, que agem em duas cargas eltricas puntiformes (cargas de dimenses desprezveis), quando colocadas em presena uma da outra. Considere duas cargas eltricas puntiformes, Q1 e Q2, separadas pela distncia d. Sabemos que, se os sinais dessas cargas forem iguais, elas se repelem e, se forem diferentes, se atraem.

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Isto acontece devido ao de foras de natureza eltrica sobre elas. Essas foras so de ao e reao e, portanto, tm a mesma intensidade, a mesma direo e sentidos opostos. Deve-se notar tambm que, de acordo com o princpio da ao e reao, elas so foras que agem em corpos diferentes e, portanto, no se anulam. Charles de Coulomb verificou experimentalmente que: As foras de atrao ou de repulso entre duas cargas eltricas puntiformes so diretamente proporcionais ao produto das cargas e inversamente proporcionais ao quadrado da distncia que as separa. A Expresso Matemtica dessa Fora:

k a constante eletrosttica que no SI (sistema internacional de unidades), para as cargas situadas no vcuo, indicada por k0 e vale:

Exemplos: B - Duas cargas puntiformes, Q1 = 5. 10-distncia de 3 m. Determinar a fora eltrica entre elas. Dado k0 = 9 . 109 N. m2/C2. Observao: Lembre- -6 Resoluo: Como as cargas tm sinais opostos, a fora eltrica de atrao, e sua intensidade dada pela lei de Coulomb:

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C - Calcule a fora eltrica entre duas cargas de 4.10-3

C e 2 C, separadas a uma distncia de 2 m no vcuo. Temos a frmula:

Resposta: A fora entre as cargas de 18N=

Exerccios

1. Duas Cargas Eltricas Puntiformes de 5 . 10-3 C e 3 C , no vcuo, esto separadas por uma distncia de 5 m. Calcule a intensidade da fora de repulso entre elas. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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2. Calcule a fora eltrica existente entre cargas eltricas de1 C e 6 C, , no vcuo, separadas a distncia de 2 m entre si. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Campo Eltrico A massa M da Terra cria em torno de si o Campo Gravitacional g. Um Corpo de Massa m prximo da Terra fica sujeito a uma Fora de Atrao Gravitacional, a fora peso, decorrente da ao de g sobre m.

Uma carga Q origina em torno de si um Campo Eltrico E. Uma carga de prova q colocada nessa regio fica sujeita ao de uma fora eltrica F. importante observar que o campo eltrico uma propriedade dos pontos da regio influenciada pela presena da carga eltrica Q, no dependendo da presena da carga de prova q nesses pontos para a sua existncia. A carga de prova q utilizada somente para a verificao da existncia do campo eltrico num determinado ponto da regio. Portanto: Existe uma regio de influncia da carga Q onde qualquer carga de prova q, nela colocada, estar sob a ao de uma fora de Origem Eltrica. A essa regio chamamos de Campo Eltrico. Existe uma regio de influncia da carga Q onde qualquer carga de prova q, nela colocada, estar sob a ao de uma fora de origem eltrica. A essa regio chamamos de Campo Eltrico.

Vetor Campo Eltrico

Considere uma carga Q criando em torno de si um campo eltrico. Colocando-se num ponto P dessa regio uma carga de prova q, esta fica sujeita a uma fora eltrica F. A definio do Vetor Campo Eltrico E dada pela expresso:

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Onde: E= Campo Eltrico F= Fora q= Carga Eltrica

As caractersticas de Vetor Campo Eltrico so:

a) Intensidade

dada por: E = F

Q

A unidade de medida de E no Sistema Internacional o N.

C

b) Direo

c) Sentido

Exemplo:

D Um Corpo Eltrico apresenta em um ponto P de uma regio a intensidade de 6. 105 N/C, direo horizontal e sentido da esquerda para a direita. Determinar a intensidade, a direo e o sentido da Fora Eltrica que atua sobre uma Carga Puntiforme q, colocada no ponto P, nos seguintes casos: a) q = 2.10-6 C b) q = -3.10-6 C

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Resoluo: a) Esquema:

Intensidade:

Direo: Horizontal

Exerccios

1. Sobre uma carga de 4 C, situada num ponto P, atua uma fora de 8N. Se substituirmos a carga de 4 C por uma outra de 5 C, qual ser a intensidade da fora sobre essa carga colocada no ponto? Podemos calcular o campo eltrico num ponto atravs da frmula:

Exemplo: E Qual o campo gerado por uma carga negativa de 6 . 10-8 a uma distncia de 3 m da mesma?

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Exerccios

1. Qual o campo gerado por uma carga de 3 . 10-12 C a uma distncia de 2 m da mesma? ______________________________________________________________________________ 2. Uma carga eltrica de 4 . 10-8 C a uma distncia de 3 m, gera um campo eltrico de: a) 60 N/C b) 30 N/C c) 40 N/C d) 360 N/C

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Unidades de Base do Sistema Internacional (SI)

Grandezas Fundamentais

Unidades SI

Nome Smbolo

Comprimento Metro M

Massa Quilograma Kg

Tempo Segundo S

Corrente Eltrica Ampre A

Temperatura Termodinmica Kelvin K

Quantidade de Matria Mol Mol

Intensidade Luminosa Candela Cd

Grandezas Derivadas Nome Smbolo

Velocidade Metro/segundo m/s

Acelerao Metro por segundo ao quadrado m/2

Fora Newton N

Quantidade de Movimento e Impulso

Quilograma vezes metro por segundo ou Newton vezes segundo

Kg.m/s ou N.s

Torque Newton vezes metro N.m

Constante Elstica Newton por metro n/m

Volume Metro Cbico 3

Densidade Quilograma por metro cbico Kg/3

Superfcie Metro quadrado 2

Presso Pascal Pa

Energia e Trabalho Joule J

Potncia Watt w

Frequncia Hertz Hz

Velocidade Angular Radiano por Segundo rad/s

Temperatura Graus Celsius C

Convergncia dioptria Di

Resistncia Eltrica ohm

Resistividade ohm vezes Metro .m

Carga Eltrica Coulomb C

Campo Eltrico

Newton por Coulomb ou Volt por Metro

N/C ou V/m

Tenso Eltrica, Diferena de Potencial Eltrico ou Fora Eletromotriz

Volt

V

Capacitncia Farad f

Fluxo Magntico Tesla t

Campo Magntico Weber wb

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A Eletricidade em sua Casa

Instalao Eltrica Classificamos a instalao eltrica que chega s residncias de acordo com o nmero de fios eltricos. Nas casas geralmente monofsica ou bifsica. Em indstrias e prdios de apartamento trifsica, devido ao uso em elevadores e bombas-dgua, por exemplo.

O fio neutro normalmente no tem voltagem. No d choque. O fio fase um fio energizado (com energia). D choque.

Teste de Corrente Eltrica

Para verificarmos se passa Corrente Eltrica por um fio condutor (fases), devemos usar

uma lmpada-teste.

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Perceba que a lmpada-teste tem de ser de 220 volts. Cada fio fase tem 110 V. Quando voc testa a passagem de corrente eltrica e a lmpada no fica muito clara porque um dos fios neutro e a d.d.p. de 110 V. Se a lmpada ficar totalmente acesa, os dois fios so fase e a d.d.p. de 220 V. Se voc tivesse usado uma lmpada-teste de 110 V, ela teria queimado ao testar a d.d.p. de 220 V.

Dimetro dos fios Bitola

O dimetro dos fios conhecido como bitola. Esse valor de grande importncia para evitar acidentes. Caso seja fino e a potncia dos aparelhos seja grande, o fio esquenta e perde energia; podendo at derreter a capa provocando curto-circuito e incndios, alm de gastar mais energia.

Tabela de uma Bitola Mnima

Ramal de entrada (at a caixa de luz). Monofsico 127 ou 115 V (geralmente chamados de 110 V).

Potncia Total Bitola

de 0 a 4 000 W 6 mm de 4 001 W a 6 000 W

Para outras potncias e para ramal de entrada bifsico (220 V), consultar o escritrio local da empresa distribuidora.

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Saiba Mais

Condutes so tubulaes por onde passam os fios em sua residncia. Os fios devem ser de material isolante, como o PVC, e se encontram no interior das paredes. As caixas onde ficam as tomadas e os interruptores tambm devem ser de material isolante. Evita-se usar condutes e caixas de ferro para impedir a fuga de energia ou curtos-circuitos. Como deve ser a Instalao Eltrica em sua Casa Lmpadas e Interruptores O Fio Neutro deve estar sempre ligado direto lmpada, e o fio fase, ao interruptor.

Observe a figura: Tomadas 1. Que fios entram numa tomada simples? Um Fio Neutro e uma Fase. 2. Que fio precisa entrar e sair num interruptor? Fio Fase.

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Cuidado com as Emendas As emendas de fios devem ser bem feitas para evitar que elas se aqueam ou se soltem, provocando acidentes. Aps fazer as emendas, encape-as com fita isolante, prpria para fios.

No use durex, esparadrapos ou outros materiais para cobrir emendas. H diversos tipos de emendas, que so empregadas de acordo com o local onde elas sero realizadas. Veja estas ilustraes:

No deve haver emendas de fios dentro dos condutes.

Curto-Circuito Ocorre quando dois fios, um positivo e outro negativo se tocam. Esse contato produz Fasca Eltrica, que muitas vezes a causa de incndios nos prdios. Pode tambm ocorrer quando aproximamos dois fios de cargas contrrias, atravs da fasca que salta quando as cargas contidas num fio passam rapidamente para o outro. Essa fasca tambm provoca incndio.

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Os Fusveis e os Disjuntores Voc j deve ter observado que todas as instalaes eltricas tm uma ou mais chaves com Fusveis ou Disjuntores; normalmente a caixa de luz das residncias. Os fusveis e os disjuntores servem para proteger a instalao em casos de curtos-circuitos ou quando h excesso de corrente eltrica. Nesses casos, os fusveis e os disjuntores interrompem a passagem de corrente eltrica no circuito, evitando maiores danos. Vejamos como funciona: Todo fusvel possui um filamento que se derrete facilmente quando aquecido e um disjuntor que desliga automaticamente quando existe um aquecimento exagerado do fio.

Aumentando a Intensidade de Corrente, o filamento do fusvel derrete, interrompendo a Corrente Eltrica. Cantinho de Informaes Recomenda-se trocar as chaves de Fusveis por disjuntores, que oferecem maior segurana e no precisam ser substitudos em casos de anormalidades, pois so automticos, isto , desligam-se quando h sobrecarga nas instalaes eltricas. Aps resolvido o problema, basta relig-los. Consumo mdio de alguns eletrodomsticos em watts-horas (Wh):

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Ferro Eltrico 700 Wh

Geladeira 700 Wh

Chuveiro Eltrico 2250 Wh

Televisor 1400 Wh

Liquidificador 550 Wh

Enceradeira 150 Wh

Aquecedor Central 1500 Wh

Aspirador de P 150 Wh

Calculando o Consumo de Energia Eltrica Mensal dos Eletrodomsticos Para calcular o Consumo Mensal de Energia de cada aparelho, multiplique a potncia do aparelho pelo nmero de horas em que ele for usado. Use a frmula:

Consumo (kWh) = potncia (W) horas de uso por dia dias de uso no ms 1 000

Exemplo: Uma lmpada de 100 watts fica acesa 6 horas por dia. Qual o consumo dessa lmpada durante o ms? P = 100 W (potncia do equipamento)

Consumo = 100W 6h 30 dias = 18 k W h / ms

1000 Exerccios

1. Um chuveiro de 4000 watts de potncia usado meia hora (0,5 h) por dia. Qual o seu consumo durante um ms? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2. Um ferro eltrico de 1000 watts de potncia usado durante quinze minutos, todos os dias. Qual o seu consumo mensal? Obs.: Transforme minutos em horas. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 3. Um televisor de 300 watts de potncia funciona durante seis horas por dia. Qual o seu consumo mensal? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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Cantinho de Informaes Uma casa tem os equipamentos e hbitos abaixo. O consumo mensal de Energia Eltrica assim calculado:

Equipamento Clculo KWh/ms Televisor 100 (W) x 6 (horas) x 30 (dias) 18,0

Chuveiro 3.000 (W) x 0,5 (hora) x 30 (dias) 45,0

Ferro Eltrico 800 (W) x 2 (horas) x 10 (dias) 16,0

Aparelho de Som 100 (W) x 1 (hora) x 30 (dias) 1,0

Lmpada 100 (W) x 1 (hora) x 30 (dias) 3,0

Lmpada 100 (W) x 1 (hora) x 30 (dias) 3,0

Geladeira de 1 porta 45,0

Total ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 131,0

Confira a sua Conta de Luz

Todos os meses o leitor da companhia de energia eltrica coleta dados nos medidores para verificar o consumo de energia mensal.

Existem dois tipos de medidores: o de ponteiros com vrios reloginhos e o outro mais moderno, onde voc j l os nmeros diretamente.

Em ambos, a leitura feita da esquerda para a direita.

O consumo do ms obtido pela diferena entre as leituras de dois meses. Veja estes exemplos de leitura nos dois tipos de medidores.

Quanto consumiu: - 1699 1502 197 quilowatts-horas (kWh) consumo do ms

Quanto consumiu:

- 1699 Leitura de hoje

1502 Leitura do ms anterior

197 kWh Consumo do ms Leitura do Relgio de Luz

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- 1699 Leitura de hoje 1502 Leitura do ms anterior 197 kWh Consumo do ms Esse valor deve ser multiplicado pela tarifa e somado ao imposto. O resultado representa o valor da conta de luz a ser paga. No medidor de ponteiros, anota-se o ltimo algarismo ultrapassado por eles. Consertando o Abajur muito comum acontecer de seu abajur no acender. Na maioria das vezes, um simples fio que se desprendeu do parafuso no interruptor. Verifique primeiro, se a lmpada no est queimada. Se no estiver, desmonte o interruptor e religue o fio. Nunca se esquea de que os dois fios paralelos no podem se tocar, seno d curto-circuito. A ligao de um interruptor feita apenas com um fio; o outro fio passa direto. Consertando o Ferro Eltrico Quando o ferro de passar roupa no quer funcionar, voc deve verificar primeiramente se o fio ou a tomada no esto com defeito. Use a lmpada-teste para fazer isso. Se o defeito for dentro do ferro, v desmontando-o, mas preste muita ateno como as peas esto colocadas. Pode ter algum fio solto l dentro, ou a resistncia pode estar queimada. Se a resistncia estiver queimada, leve-a a uma loja especializada em artigos eltricos e compre outra igual. Agora, s remontar o ferro. Use sempre fita isolante para que as partes metlicas dos fios no encostem umas nas outras. Consertando o Interruptor de Parede Antes de mexer no interruptor, desligue a chave geral na caixa de luz e tenha sempre um responsvel por perto. Tire os parafusos do interruptor, sempre observando a posio das peas. Se tiver algum fio solto, s lig-lo ao parafuso. Se o defeito for do interruptor, leve-o a uma loja especializada e compre outro igual. Consertando o Chuveiro Eltrico No se esquea de trabalhar sempre com a chave geral desligada. Com o Chuveiro Eltrico, preciso muito cuidado para no tomar choque, pois a maioria funciona em uma tenso de 220 V. Dentro do chuveiro existe um fio enrolado muitas vezes. a resistncia eltrica. Antes de desmontar o chuveiro, use a lmpada-teste para verificar se os fios esto bem ligados e se est passando corrente. Repare bem como a resistncia est colocada, para substitu-la no mesmo local. Trocando Fusveis Da mesma maneira que voc procedeu anteriormente, para trocar os fusveis ou mexer nos fios de uma lmpada, desligue antes a chave geral.

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Para fazer qualquer servio de eletricidade, desligue antes a chave geral ou a chave setorial, que corresponde a determinados setores da casa. Detectando fuga de Energia Para confirmar se existe fuga de energia em suas instalaes, desligue todos os aparelhos eltricos, apague todas as luzes e verifique o disco no medidor. Se este continuar girando, estar confirmada a fuga de energia. Falta de Energia Se faltar energia apenas em sua casa, verifique o disjuntor. Se ele estiver desligado, voc mesmo pode relig-lo. Caso ele torne a desligar, provvel que exista defeito em alguma parte das instalaes eltricas de sua casa. Procure um eletricista para fazer o conserto. Quando voc for comprar ferramentas, como alicates e chaves de fenda, prefira aquelas com cabos de material isolante. Cantinho de Informaes Como funciona a Geladeira? Resumidamente, o processo de resfriamento no interior da geladeira baseia-se no seguinte: 1. No compressor, o gs que circula pelas tubulaes (freon) comprimido e liquefeito. 2. Na serpentina, que fica atrs da geladeira, o freon perde calor para o ambiente. 3. O freon segue at o evaporador, que uma regio de baixa presso, onde esse freon se vaporiza. Quando o freon se vaporiza, precisa retirar calor de sua vizinhana, isto , do interior da geladeira, semelhante evaporao do ter, por exemplo, sobre sua pele. Para evaporar, o ter retira calor, esfriando seu corpo. Os alimentos cedendo calor para o evaporador ficam frios. Economia Eltrica no Lar Televisor O televisor um eletrodomstico utilizado em mdia de 4 a 5 horas por dia em cada casa. Tem uma potncia de 70 a 200 watts. Consome mensalmente entre 10 e 30 kWh.

Como economizar No deixe o televisor ligado sem necessidade. Evite dormir com o televisor ligado.

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Torneira Eltrica um aparelho que consome bastante energia. Acostume-se a us-la s em casos de necessidade. Como economizar Evite lig-la no vero, quando a gua no est to fria. Geladeira e Freezer Para evitar que sua geladeira e freezer usem mais energia que o necessrio, observe com cuidado estas recomendaes: Instale-os em local bem ventilado, desencostados de paredes ou mveis, fora do alcance dos raios solares e distantes de fontes de calor, como foges ou estufas. No utilize a parte traseira para secar panos e roupas. Deixe-a livre e desimpedida. Verifique se as borrachas de vedao da porta esto em bom estado. Um modo prtico para isso proceder da seguinte forma: 1 Abra a porta da geladeira ou do freezer e coloque uma folha de papel entre ela e o gabinete. 2 Feche a porta, fazendo com que a folha fique presa. 3 Depois, tente retir-la; se a folha deslizar e sair com facilidade, sinal de que as borrachas no esto garantindo a vedao. Imediatamente, providencie a substituio das borrachas, pois o aumento da temperatura da geladeira ou do freezer aumenta o consumo de eletricidade. No abra a porta da geladeira ou do freezer sem necessidade. No inverno, regule-as para uma posio de frio no muito intenso. No coloque alimentos ainda quentes na geladeira ou no freezer, para no exigir um esforo maior do motor. No coloque lquidos em recipientes sem tampa na geladeira, pois o motor, que tambm age para retirar a umidade interna, ser mais exigido e, portanto, gastar mais energia eltrica. No impea a circulao interna do ar, evitando forrar as prateleiras com tbuas, vidros, plsticos ou quaisquer outros materiais. Sua geladeira deve ter a capacidade exata para as necessidades de sua famlia. Quanto maior a geladeira, maior o consumo de eletricidade. Ferro Eltrico O Ferro Eltrico um equipamento que funciona atravs do aquecimento de uma resistncia. Conforme o modelo, sua potncia varia de 500 a 1 500 watts e responsvel por um consumo mensal entre 10 e 15 kWh. Como economizar O aquecimento do ferro eltrico, vrias vezes ao dia, acarreta um desperdcio muito grande de energia eltrica. Por isso habitue-se a acumular a maior quantidade possvel de roupas, para pass-las todas de uma s vez. Com os ferros automticos, use a temperatura indicada para cada tipo de tecido. Passe primeiro as roupas que requeiram temperaturas mais baixas. Quando tiver necessidade de interromper o servio, no se esquea de desligar o ferro. Esta medida evitar acidentes e economizar energia eltrica.

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Mquina de Lavar Roupas A mquina de lavar roupas um equipamento que possui um ciclo de funcionamento com operaes de lavagem, enxgue e centrifugao. Tem uma potncia varivel entre 500 e 1 000 watts e consome de 5 a 10 kWh por ms. Como economizar Para voc economizar energia e gua, procure lavar de uma s vez, a quantidade mxima de roupa indicada pelo fabricante. Acostume-se a limpar o filtro da mquina com frequncia. Utilize somente a dosagem correta de sabo especificada pelo fabricante, para que voc no tenha que repetir a operao enxaguar. Iluminao A iluminao responsvel por cerca de 30% do consumo total de uma residncia. Como economizar Aproveite a luz solar. Evite acender as lmpadas durante o dia. Apague as lmpadas dos ambientes desocupados. Nos banheiros, cozinha, lavanderia e garagem instale se possvel lmpadas fluorescentes, que do melhor resultado, duram mais e gastam menos energia. Uma lmpada fluorescente de 40 W ilumina mais que uma incandescente de 100 W, e uma fluorescente de 20 W ilumina mais que uma incandescente de 60 W. Como evitar acidentes com a Eletricidade Quando voc for fazer algum reparo na instalao de sua casa, desligue o disjuntor. Muitos aparelhos ligados na mesma tomada aquecem os fios, podendo causar curtos-circuitos. Fios mal isolados na instalao podem provocar desperdcio de energia e incndio. Nunca mexa em aparelhos eltricos com as mos molhadas ou com os ps em lugares midos. Ao trocar uma lmpada, no toque na parte metlica. Nunca mexa no interior do televisor, mesmo que esteja desligado. Ele pode ter carga acumulada e provocar choques perigosos. No coloque facas, garfos ou qualquer objeto de metal dentro de aparelhos eltricos ligados. No deixe as crianas soltarem papagaios perto de redes eltricas. Instalar ou reparar antenas de TV parecem tarefas muito fceis. Mas muita gente j perdeu a vida fazendo isso. Quando existirem fios eltricos nas proximidades, tenha cuidado! Se a antena tocar nos fios, voc corre o risco de ser eletrocutado. Prefira sempre deixar esse servio para os profissionais especializados. Tenha o mximo cuidado com as crianas. No deixe que mexam em aparelhos eltricos ligados ou que toquem em tomadas e fios at que elas compreendam o perigo. Os fusveis devem ter uma amperagem adequada ao circuito eltrico. Se um fusvel derreter, desligue a chave imediatamente e procure saber o que houve. Somente depois de consertar o defeito, troque o fusvel danificado por outro de igual amperagem.

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Corrente Eltrica Consiste em um deslocamento de eltrons atravs de um fio condutor. Nos metais os eltrons que esto na ltima rbita se soltam com facilidade e vo passando para os tomos vizinhos. Assim, quando condutores de potenciais diferentes so interligados os eltrons movimentam-se do condutor de menor potencial para o de maior potencial. A Corrente Eltrica pode se apresentar sob dois aspectos diferentes, a saber: Corrente Contnua (CC) Corrente Alternada (CA) Uma Corrente Eltrica considerada contnua quando o movimento ordenado dos eltrons se efetua no mesmo sentido, conforme a figura:

Uma Corrente Eltrica considerada alternada quando os eltrons oscilam ordenadamente, ora num, ora em outro sentido.

A Corrente Alternada mais utilizada do que a Corrente Contnua, por apresentar melhores vantagens. Em nossas residncias usamos com mais frequncia a alternada, enquanto que a contnua est presente nas pilhas, baterias, etc. No S. I. (Sistema Internacional) a unidade de medida de corrente dada em ampre (A). 1 ampre significa a passagem por fio condutor, de 1 coulomb em 1 segundo. O miliampre (mA) um submltiplo do ampre bastante utilizado nas medidas de correntes.

Logo: Em consequncia, a intensidade mdia de corrente o quociente (a diviso) entre a variao de carga e a variao de tempo:

Exemplos: A) Se num fio condutor durante 2 minutos, passa uma carga de 1800 C. Qual a intensidade da corrente eltrica que atravessa a seco reta desse condutor?

1 mA = 110-3

A

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B) Determine a quantidade de cargas que passam por um condutor em 12 segundos, sabendo que a corrente eltrica tem intensidade de 2,5 A.

Exerccios

1. Um condutor percorrido por uma corrente de 2 A. Isso significa que por uma seco transversal desse condutor, em 1 minuto, passa uma carga em coulombs, de: a) 0,5 b) 2 c) 30 d) 120 Diferena de Potencial (d.d.p.): tambm conhecida como tenso ou voltagem, a d.d.p. se

resume no trabalho ( AB) realizado pela fora eltrica F exercida sobre a carga q que se desloca entre dois pontos A e B. A expresso que define ddp e consequentemente trabalho dada por:

No (S.I.) a unidade de medida de ddp, dada em volt (V) em homenagem ao italiano Alessandro Volta, inventor da pilha.

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Resistores As ruas da cidade de So Paulo esto congestionadas de pessoas e veculos, trafegar por elas tem sido um exerccio de pacincia para todos ns, do mesmo modo acontece com os eltrons quando tm que percorrer um condutor resistivo, esses condutores que dificultam a passagem da corrente eltrica so denominados resistores. Esta dificuldade de movimentao dos eltrons atravs de um fio condutor foi constatada pela primeira vez, pelo alemo Georg Ohm, em sua

homenagem a unidade de medida de resistncia eltrica no (S.I.) dada em Ohm () . 1 Lei de Ohm: mantendo-se constante a temperatura, a corrente eltrica que atravessa um condutor metlico diretamente proporcional diferena de potencial (ddp) nos terminais do condutor. Logo:

Atravs da Lei de Ohm, podemos calcular tambm a Corrente Eltrica e a Resistncia. Veja:

Resistividade A Resistncia Eltrica de um fio condutor diretamente proporcional ao seu comprimento e

inversamente proporcional a sua rea. No (S. I.) resistividade dada em ohm. Metro (. m). A equao que define Resistividade :

Essa equao tambm chamada de 2 Lei de Ohm.

Smbolos representativos dos Resistores:

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O funcionamento dos circuitos eltricos se d pela combinao dos trs elementos da Lei de Ohm: corrente (I), resistncia (R) e diferena de potencial (U). Para melhor entender esse funcionamento, vamos agora estudar os valores de Resistncia Eltrica. Cdigo de Cores Para identificar o valor de um resistor que no traz a resistncia gravada numericamente sobre o seu corpo, existem dois caminhos; utilizar o cdigo de cores ou um ohmmetro (aparelho destinado a medida de resistncia, normalmente acoplado a um multmetro). A leitura pelo cdigo de cores exige que se conhea o significado das listras coloridas pintadas no corpo de cada resistor como mostrado abaixo: 1 listra - refere-se ao 1 algarismo do valor de resistncia. 2 listra - refere-se ao 2 algarismo do valor de resistncia. 3 listra - refere-se ao valor da potncia de base 10 que se multiplica aos dois primeiros. 4 listra - refere-se ao valor percentual de tolerncia, sendo ouro (5%) e prata (10%).

Fazendo a leitura pelo cdigo de cores do Resistor dado acima, temos:

Voc seria capaz de pintar as listras num resistor de 47 com 10% de tolerncia?

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Associao de Resistores Num circuito eltrico os resistores so combinados, ou melhor, associados de trs modos, a saber: 1 - Associao em Srie: dois ou mais resistores esto associados em srie quando ligados entre si de modo a permitirem apenas um caminho para a corrente entre os pontos A e B, ou seja, eles possuem a mesma Corrente Eltrica. Veja o exemplo:

O resistor equivalente ou resistncia total da associao da figura anterior dado pelo somatrio simples das resistncias existentes entre os pontos A e B, atravs da expresso:

Logo, a resistncia equivalente do circuito em srie dado anterior :

Rt = R1 + R2 + R3

Rt = 10 + 20 + 30

Rt = 60 Exemplo: A. Calcule a resistncia equivalente e a corrente que circula entre os pontos A e B do circuito da figura abaixo, sabendo-se que entre A e B est ligada uma bateria de automvel cuja tenso de 12 V.

Soluo:

Para obter o valor da resistncia total:

Rt = R1 + R2 + R3 + R4

Rt = 1 + 2 + 3 + 4

Rt = 10

Rt = R1 + R2 + R3 + ... + Rn

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Para obter o valor da corrente usamos a seguinte relao:

I = U R

I = 12

10

I = 1,2 A 2 - Associao em Paralelo: dois ou mais resistores esto associados em paralelo quando ligados entre si de modo a permitirem dois ou mais caminhos para a corrente, ou seja, possuem geralmente valores diferentes de correntes. Exemplos: A) Ache o resistor equivalente na associao abaixo.

O Resistor equivalente da associao acima dado pelo somatrio dos inversos das resistncias existentes entre os pontos A e B, atravs da expresso:

Observao: Os nmeros de cima das fraes chamam-se numeradores e os nmeros de baixo chamam-se denominadores.

Aps acharmos o m.m.c. (6), divide-se pelo denominador (o n de baixo), em seguida multiplica-se pelo numerador (o nmero de cima) em cada uma das fraes.

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Lembre-se, quando h apenas dois resistores ligados em paralelo, ao invs de usar o mtodo da soma dos inversos, podemos aplicar a regra do produto dividido pela soma desses resistores e obter a resistncia equivalente com maior rapidez.

B) Considere a associao em paralelo, indicada na figura abaixo e calcule a resistncia equivalente:

Logo, o clculo da resistncia equivalente para o circuito acima pode ser obtido mais facilmente atravs da relao:

Veja:

Observao importante: nas associaes de resistores em paralelo, a resistncia equivalente sempre menor que qualquer uma das resistncias que compem a associao. C) Considere a associao de Resistores dada na figura abaixo:

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Determine: a) a resistncia equivalente entre A e B. b) a queda de tenso nos resistores: R1, R2 e R3. c) a corrente total. d) a corrente que passa por: R1, R2 e R3. Solues:

b) Nos circuitos eltricos, dizemos que duas ou mais resistncias esto ligadas em paralelo, quando a tenso da fonte est presente integralmente em todas essas resistncias. Em consequncia; R1, R2 e R3 possuem a mesma tenso da fonte, ou seja, 25 V de tenso cada uma.

UR1 = 25 V UR2 = 25 V UR3 = 25 V

c) Podemos calcular a Corrente Total atravs da formula:

d) Usamos a mesma relao para determinamos as correntes em cada Resistor. Para R1:

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Para R2:

Para R3:

3 - Associao Mista quando uma associao contm resistores ligados em srie e paralelo, dizemos que essa associao mista. Para se obter a resistncia equivalente numa associao mista, resolvemos a parte em paralelo primeiramente, em seguida, redesenhamos o circuito unicamente em srie. Exemplo: D) Considere o circuito da figura:

No Circuito Misto dado acima, determine: a) Resistncia Equivalente entre A e B; b) A Corrente Total que circula entre A e B; c) A Queda de Tenso nos Resistores? RI, R2, R3, R4 e R5; d) A Intensidade da Corrente que atravessa cada um dos Resistores R3 e R4. Solues:

Primeiro resolvemos o paralelo entre os resistores R3 = 6 e R4 = 12 .

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Redesenhando o circuito, temos:

Como os resistores esto todos em srie, a resistncia equivalente : Rt = R1 + R2 + R3 e R4 + R5

Rt = 0,5 + 1,5 + 4 + 5

Rt = 11

b)

I = U U = 110 V Rt = 11

Rt

I = 110

11

I = 10 A

c) Para obter a queda de tenso nos resistores R1, R2, R3, R4 e R5, usamos a Lei de Ohm, combinando os valores de cada resistor com o valor da intensidade de corrente que o atravessa:

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Exerccios

1. A resistncia equivalente associao da figura, em ohms, de:

a) 2 b) 3 c) 6 d) 9 2. No circuito abaixo a corrente que passa pelo ponto P, em ampres de:

a) 0

b) 2

c) 3

d) 6

Lembre-se: Diz-se que dois pontos de um circuito esto em curto-circuito, quando esto

ligados por um fio condutor de resistncia nula ou desprezvel. Se um fio de resistncia nula

ou desprezvel for ligado a um aparelho em funcionamento, toda a corrente ser desviada

por ele, caracterizando assim um curto-circuito.

Observe na figura abaixo, uma lmpada ligada a uma bateria e a chave A aberta.

Ao fechar-se a chave A, um curto-circuito ser estabelecido e a lmpada se apagar. No haver mais ddp entre os pontos e toda corrente vai passar pela chave A aquecendo o fio.

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1kW = 1000 W

Lembre-se: quando se estabelece um curto-circuito num aparelho ele deixa de funcionar, pois sua resistncia interna fica anulada. Potncia Eltrica Podemos definir Potncia como sendo a maior ou menor rapidez com que um trabalho realizado na Unidade de Tempo. Onde: No (S. I.), potncia dada em watt (W) em homenagem a James Watt, um dos construtores da mquina a vapor.

Logo, 1 watt a energia de 1 joule transformada em 1 segundo. Um mltiplo do watt o quilowatt (kW). Outras equaes usadas para clculo de potncia, derivadas da Lei de Ohm:

P =

t

P = potncia

trabalho =

t = variao do tempo

1W = 1J

1s

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Lembre-se: quando se diz que uma lmpada de 100 W, significa que quando ligada ela absorve uma energia de 100 J em cada segundo. Quilowatt-hora: a Piratininga cobra dos consumidores de energia eltrica com base na unidade quilowatt-hora. O clculo feito multiplicando-se a potncia consumida pela unidade de tempo. Assim, em unidades do (S. I.) 1kWh = 1000 W . 3600 s, o que significa 3,6. 10 6 W.s ou 3,6 . 10 6 J. Exemplos: a) Um chuveiro eltrico, alimentado com uma tenso de 220 V, consome uma potncia de 1650 w. Determine: a) a intensidade da corrente. b) a energia consumida durante um banho de 30 min (0,5h).

Como o consumo de energia geralmente medido em kWh, devemos dividir o resultado por 1000, da, temos:

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E = 825 1000 E = 0,825 kwh B) Um eletrodomstico ligado a uma tomada de 110V percorrido por uma corrente de 10 A de intensidade. Qual a potncia eltrica consumida por esse eletrodomstico?

C) Qual a Potncia Eltrica dissipada por um resistor de 470 submetido a uma Corrente Eltrica de l0 A?

D) Um ferro de passar roupas possui uma resistncia interna de 22 , ao ser ligado a uma tomada de 110 v, qual ser o valor da potncia dissipada?

Exerccio 1. Um aquecedor eltrico tem uma resistncia de 88 quando em funcionamento, ligado a uma tenso de 220 v. Nessas condies, esse aquecedor dissipa uma potncia, em watts, de:

Use: P = U 2

R a) 2,5 b) 275 c) 550 d) 19360

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Geradores Os dispositivos que transformam em energia eltrica outros tipos de energia so denominados geradores. Partindo de vrios tipos de energia; como por exemplo: mecnica, qumica, trmica, etc. o gerador mantm uma ddp entre dois pontos. Entretanto, a potncia gerada por esse dispositivo, no aproveitada totalmente, parte dela, dissipada pelo prprio gerador. Assim, a potncia gerada a potncia dissipada somada a potncia til. Equao do Gerador: Onde: U = tenso nos terminais do gerador E = d.d.p. total gerada que recebe o nome de fora eletromotriz (f.e.m.) r = resistncia interna do gerador i = corrente

Exemplos:

Calcule a d.d.p. nos terminais de um gerador, cuja resistncia interna vale 0,5 , a corrente tem intensidade de 20A e consegue gerar uma f.e.m. de 50 V. E = 50 V r = 0,5 I = 20 A

Frmula: U = E r . i U = 50 0,5. 20 Observao: primeiro multiplicamos os nmeros 0,5. 20 = 10 U = 50 10 U = 40 v B) Qual dos dispositivos abaixo pode ser considerado um gerador? a) pilha b) dnamo c) bateria d) todos so geradores A resposta correta a alternativa d. RECEPTORES So dispositivos que recebem energia eltrica dos geradores e transformam essa energia em outras modalidades. Os motores eltricos so exemplos de receptores que transformam energia eltrica em mecnica.

Equao do Receptor:

U = E r . i

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Onde: U = d.d.p. dos terminais E = d.d.p. aproveitada, recebe o nome de fora contra-eletromotriz (f.c.e.m.) r = resistncia interna i = corrente Exemplos: A Uma lmpada pode ser considerada um receptor? Por qu? Sim, porque recebe energia eltrica e transforma em energia radiante. B Calcule a d.d.p. nos terminais de um receptor, cuja resistncia vale 0,5 , a corrente tem intensidade de 20 A, gerando uma f.c.e.m. de 60 V.

Exerccios

1. Numa lmpada, esto impressos os seguintes valores: 127 V e 60 W. Eles se referem, respectivamente, a: a) carga eltrica e a corrente b) potncia e a corrente c) corrente e a d.d.p. (diferena de potencial) d ) d.d.p .(diferena de potencial) e potncia. Um chuveiro eltrico dissipa 2200W quando submetido a uma diferena de potencial de 220V. Pode-se afirmar que: a) a resistncia eltrica do chuveiro de 10 b) a corrente eltrica que passa pela resistncia de l0 A c) a resistncia eltrica do chuveiro de 0,0045 d) a corrente eltrica consumida pelo chuveiro de 1 A

U = E + r . i

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Eletromagnetismo A constatao, no incio do sculo XIX, de que os fenmenos magnticos so causados por cargas eltricas em movimento conduziu a uma profunda alterao nas bases da Fsica. Essa unificao dos fenmenos eltricos e magnticos, at ento considerados como tendo origens diferentes, fez surgir um novo ramo de conhecimento, hoje denominado eletromagnetismo. Magnetismo As primeiras observaes de Fenmenos Magnticos Certamente, em vrias ocasies, voc j teve um m em suas mos e, brincando com ele, pde perceber algumas de suas propriedades. Observaes semelhantes a essas vm sendo feitas h muito tempo, pois as primeiras referncias a elas foram registradas pelos historiadores h mais de 2000 anos. Tudo leva a crer que os primeiros ms de que se tem notcia foram encontrados na sia, em um distrito da Grcia antiga, denominado Magnsia (veja figura abaixo). O nome dessa regio deu origem ao termo magnetismo, usado para designar o estudo dos fenmenos relacionados com as propriedades dos ms.

Regio onde, supe-se, foram observados os primeiros Fenmenos Magnticos. Sabe-se atualmente que os primeiros ms encontrados, denominados ms naturais, eram constitudos por um minrio hoje conhecido como magnetita. Desde aquela poca, foi possvel observar que um pedao de ferro, colocado prximo ao m: era atrado por ele; adquiria as mesmas propriedades do m, passando a atrair outros pedaos de ferro. Na Vida Moderna, so amplamente utilizados ms fabricados artificialmente.

O que so os Polos de um m?

Quando um m aproximado de pequenos objetos de ferro, como pregos, alfinetes ou limalha (partculas ou p de ferro), observa-se que a atrao dele sobre esses objetos mais intensa em certas partes, que so denominadas polos do m. Um m em forma de barra tem os polos situados em suas extremidades (fig. abaixo) e, se ele tiver a forma da letra U, os polos se localizam nas extremidades do U (figura abaixo).

Observe onde esto localizados os polos do m.

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A limalha de ferro atrada mais fortemente pelas extremidades do m dessa barra. Essas extremidades so os plos do m.

Suspendendo-se um m em forma de barra, de modo que possa girar livremente em torno de seu centro, observa-se que ele se orienta sempre ao longo de uma mesma direo. Essa direo coincide aproximadamente com a direo norte-sul da Terra (figura ao lado), de modo que um dos plos do m aponta aproximadamente para o norte geogrfico e o outro plo, para o sul geogrfico. Por esse motivo, os polos de um im recebem as seguintes denominaes:

Polo norte de um m sua extremidade que aponta para a regio norte geogrfica da Terra (quando o m pode girar livremente); a extremidade que aponta para a regio sul geogrfica da Terra o polo sul do m. A propriedade dos ms se orientarem ao longo da direo norte-sul usada na construo de bssolas, que servem como instrumento de orientao de navios, avies, etc., em viagens na superfcie terrestre (este instrumento j era utilizado pelos chineses h mais de 1000 anos).

A bssola constituda essencialmente por um pequeno m, em forma de agulha, apoiado de modo a poder girar livremente em torno de seu centro (figura ao lado). O polo norte magntico da agulha (designado por N) aquele que aponta para o norte geogrfico, e seu polo sul magntico (designado por S) o que aponta para o sul geogrfico. Foras de interao entre os plos dos ms Um fato que pode ser observado facilmente est mostrado na figura abaixo parte a: ao tentarmos aproximar o plo norte de um m do polo norte de outro m, notamos que h uma fora magntica de repulso entre eles. As foras magnticas se manifestam a distncia, isto ,

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sem que haja necessidade de contato entre os dois polos. Do mesmo modo, podemos observar que h tambm uma fora de repulso entre os dois polos sul dos ms. Por outro lado, observe na figura parte b, entre o polo norte de um m e o polo sul de outro h uma fora de atrao.

Em Resumo: Polos Magnticos de mesmo nome se repelem e Polos Magnticos de nomes contrrios se atraem. A Terra se comporta como um grande m Durante muito tempo, procurou-se uma explicao para o fato de um m suspenso livremente, na superfcie da Terra, tomar sempre a orientao norte-sul. Os cientistas, a partir do sculo XVII, chegaram concluso de que isso ocorre porque a Terra se comporta como um grande m. Os plos do m-Terra esto localizados prximos aos plos geogrficos da Terra, pois para essas regies que so atrados os plos de qualquer agulha magntica. Como so os plos magnticos de nomes contrrios que se atraem, podemos chegar s seguintes concluses:

o plo magntico norte da agulha atrado pelo norte geogrfico. Ento, o Polo Norte Geogrfico o Polo Sul Magntico do m Terra (figura acima); o plo magntico sul da agulha atrado pelo sul geogrfico. Ento, o Polo Sul Geogrfico o Polo Norte Magntico do m Terra. Portanto, para efeitos magnticos, podemos imaginar a Terra representada por um grande m, isto : A Terra se comporta como um grande m, cujo Polo Norte Magntico est localizado na Regio Sul Geogrfica e cujo Polo Sul Magntico est localizado na Regio Norte Geogrfica. O que Campo Magntico?

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Se vrias Agulhas Magnticas forem distribudas em diferentes pontos do espao em torno de um m, cada uma delas se orientar ao longo de uma direo bem determinada, em virtude da ao das foras magnticas que o m exerce sobre a agulha. Na prxima figura, esse fato est mostrado com algumas agulhas magnticas colocadas nas proximidades de um m em forma de barra. Como o m tem essa propriedade de orientar as agulhas, dizemos que ele cria um Campo Magntico no espao em torno dele.

Uma Carga Eltrica cria um campo eltrico no espao em torno dela, e a presena desse campo pode ser evidenciada pela Fora Eltrica exercida sobre uma pequena carga de prova q colocada em qualquer ponto desse espao. Portanto: Um m cria no espao em torno dele um Campo Magntico, e a existncia desse campo comprovada pelo fato de uma Agulha Magntica se orientar quando colocada em qualquer ponto desse espao. Essa orientao devida ao de foras magnticas que o m exerce sobre a agulha. Linhas de Induo Para visualizar o Campo Magntico, costuma-se traar, na regio onde ele existe, um conjunto de linhas, denominadas linhas de induo do Campo Magntico (de maneira semelhante, no estudo do Campo Eltrico traamos as linhas de fora para visualizar esse campo). Convenciona-se que: As Linhas de Induo de um Campo Magntico so traadas de tal modo que, em cada ponto, sua direo coincida com a direo tomada pela Agulha Magntica ali colocada, e seu sentido seja aquele para onde aponta o Polo Norte da Agulha. Na figura ao lado, esto mostradas algumas linhas de induo do campo magntico criado por um m em forma de barra. Observe que, nos pontos onde foram colocadas agulhas magnticas, a direo delas coincide com a da linha de induo que passa por aqueles pontos. Observe, ainda, que o sentido dessas linhas est de acordo com a conveno que acabamos de destacar e que, nas proximidades dos Polos, onde o Campo Magntico mais intenso, as linhas esto mais prximas umas das outras.

Podemos materializar as linhas de induo da seguinte maneira:

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limalhas de ferro so espalhadas em uma placa de vidro apoiada sobre o m; cada limalha se comporta como uma pequena agulha magntica que se orienta na direo das linhas de induo; dessa maneira, as limalhas, como um todo, adquirem uma configurao que concretiza as linhas de induo no plano da placa de vidro. Esta configurao costuma ser denominada espectro magntico do m. O campo Magntico Terrestre A Terra se comporta como um grande m. Ento, no espao em torno dela, existe um campo magntico, denominado campo magntico terrestre. Na figura, esto representadas algumas linhas de induo desse campo magntico, no qual todos ns estamos mergulhados e que o responsvel pela orientao das agulhas magnticas das bssolas. Os cientistas, durante muitos anos, vm procurando uma explicao para a existncia do campo magntico terrestre. Presume-se, atualmente, que ele tenha sua origem em correntes eltricas estabelecidas no ncleo metlico lquido presente na parte central da Terra (correntes eltricas criam campos magnticos no espao em torno delas). Uma teoria bem fundamentada sobre esse assunto no foi ainda formulada, havendo muitas dvidas a serem esclarecidas. interessante ressaltar que um dos primeiros fenmenos magnticos observados (o magnetismo terrestre) no est, at hoje, completamente entendido, apesar dos grandes avanos da Cincia Moderna.

O que uma Onda Eletromagntica? As msicas, as notcias, etc., recebidas em um rdio ou em um televisor so emitidas pela antena da estao emissora e propagam-se atravs do espao, sendo, ento, captadas pelas antenas desses aparelhos. Esses processos so relativamente novos, pois s foram desenvolvidos no sculo XX. Por isso, muitas pessoas no conseguem entender como essas transmisses so possveis sem que haja necessidade de uma ligao material (um fio, por exemplo) entre as duas antenas. Analisando o que est se passando em cada antena e no espao entre elas, podemos ter uma ideia de como isso ocorre: a antena emissora ligada a circuitos especiais, que fazem com que os eltrons livres dessa antena entrem em oscilao com grande frequncia. A antena uma haste metlica, colocada verticalmente no alto de uma torre, e os eltrons oscilam para cima e para baixo nesta haste; na segunda metade do sculo XIX, o grande fsico escocs James C. Maxwell mostrou teoricamente que, quando uma carga eltrica est em oscilao (acelerada e desacelerada), como ocorre com os eltrons da antena, d origem a campos eltricos e magnticos que se

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propagam no espao, a partir da carga, irradiando-se em todas as direes e podendo alcanar grandes distncias. Quem foi James Clerk Maxwell? (1831-1879) Fsico escocs, cuja importncia no estudo da eletricidade e do magnetismo comparada quela que Newton teve na mecnica, em virtude do carter fundamental das leis que estabeleceu. Foi no campo do eletromagnetismo que seus trabalhos tiveram maior realce, devendo-se destacar a previso da exis- tncia das ondas eletromagnticas e um dos triunfos desta teoria: o estabelecimento da natureza eletromagntica da luz. Maxwell mostrou que esses campos, ao se propagarem, sofrem reflexes, refraes e difraes, isto , se comportam como uma onda. No se trata, contudo, de uma Onda Mecnica (como a onda sonora), pois as grandezas que oscilam so campos eltricos e magnticos, que podem se propagar mesmo no vcuo. Por esta razo, esses campos se propagando receberam a denominao de onda eletromagntica. Portanto, no espao entre duas antenas, temos a propagao de uma onda eletromagntica que foi gerada na antena emissora. Ao atingir a antena receptora, a onda eletromagntica coloca eltrons livres dessa antena em oscilao, com a mesma frequncia dos eltrons da antena emissora. Circuitos tambm especiais no aparelho receptor, ligados antena, transformam essas oscilaes eltricas em ondas sonoras (msica, notcias, etc.), iguais quelas que deram origem Onda Eletromagntica emitida pela estao. Todas as ideias propostas por Maxwell, sobre a existncia das Ondas Eletromagnticas e suas propriedades, foram confirmadas experimentalmente, dando origem a um enorme e importante Campo do Conhecimento Cientfico e Tecnolgico. Em resumo, temos: Sempre que uma carga eltrica acelerada (por exemplo, colocada em oscilao) ela emite ou irradia uma onda eletromagntica, isto , campos eltricos e magnticos oscilantes, que se propagam no espao, apresentando todas as propriedades de um movimento ondulatrio. A luz uma Onda Eletromagntica Um dos resultados de maior importncia obtidos por Maxwell, a partir de sua teoria sobre as ondas eletromagnticas, foi a determinao do valor da velocidade de propagao dessas ondas. Ele conseguiu deduzir que, no vcuo (ou no ar), uma onda eletromagntica deveria se propagar com a seguinte velocidade:

v = 3 x 108 m/s = 300 000 km/s Como naquela poca a Velocidade da Luz no ar j havia sido determinada experimentalmente com boa preciso, Maxwell percebeu, com grande surpresa, que: A Velocidade de Propagao de uma Onda Eletromagntica coincidia com a Velocidade da Luz. Esta constatao levou o cientista a propor a seguinte ideia: A luz deve ser uma Onda Eletromagntica Com esta proposta, Maxwell estava respondendo grande indagao dos fsicos do sculo XIX, pois, embora a natureza ondulatria da luz j estivesse bem estabelecida, no estava ainda definido qual era esse tipo de onda.

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Uma srie de experincias realizadas no final do sculo XIX e incio do sculo XX confirmou que a hiptese de Maxwell era verdadeira. Dessa maneira, os fenmenos ticos passaram a ser vistos como tendo origem eletromagntica. Em outras palavras, a ptica tornou-se um ramo da eletricidade, isto , houve uma unificao desses dois grandes ramos da fsica, at ento estudados independentemente um do outro. Resumindo: Ao calcular a propagao de uma onda eletromagntica, Maxwell encontrou um resultado igual velocidade da luz. Este fato levou-o a propor a idia de que a luz deveria ser uma onda eletromagntica. Experincias posteriores confirmaram a hiptese de Maxwell, unificando a ptica e a eletricidade. O Espectro Eletromagntico A Radiao Eletromagntica, cuja emisso, propagao e recepo esto ilustradas na figura ao lado, um tipo de Onda Eletromagntica denominada onda de rdio. Atualmente so conhecidos vrios outros tipos de Ondas Eletromagnticas, que foram sendo descobertas e estudadas depois da comprovao das ideias de Maxwell.

Deve-se salientar que todas essas ondas tm a mesma natureza: so geradas por cargas eltricas aceleradas (por exemplo, em oscilao) e constitudas por Campos Eltricos e Magnticos que se propagam no espao. Elas diferem entre si basicamente pelo valor da frequncia correspondente a cada tipo, o qual recebe uma denominao especial: ondas de rdio, microondas, radiao infravermelha, luz (radiaes visveis), radiao ultravioleta, raios X e raios gama. O conjunto de todas essas ondas constitui o espectro eletromagntico. Veja figura abaixo:

Os diversos tipos de Ondas Eletromagnticas conhecidas constituem o Espectro Eletromagntico.

Todas as ondas desse espectro se propagam, no vcuo, com a mesma velocidade e a relao analisada no estudo do Movimento Ondulatrio, pode ser usada tambm para qualquer um desses tipos de ondas.

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Veremos a seguir, as principais propriedades especficas das diversas ondas componentes do Espectro Eletromagntico.

Ondas de Rdio As Ondas de Rdio so as componentes do espectro eletromagntico que possuem as frequncias mais baixas e, consequentemente, os valores mais elevados do comprimento de

onda (lembre-se de que c tem o mesmo valor para todas as ondas).

Observe, na figura da pgina anterior, as ondas de rdio chegam at cerca de 108

hertz (cem milhes de vibraes por segundo!). Cada emissora de rdio coloca, no espao, uma onda com frequncia prpria. Assim, quando dizemos, na linguagem popular, que a frequncia da emissora X 900 000 hertz, isto significa que todas as informaes dessa emissora so transportadas por uma onda eletromagntica com essa frequncia. Observe, na mesma figura, que as ondas de TV so consideradas ondas de rdio, pois podem tambm ser produzidas por circuitos eltricos especiais, ligados a uma antena emissora. Elas possuem, entretanto, frequncias mais elevadas que as ondas usadas pelas estaes de rdio. Microondas A regio seguinte do espectro eletromagntico constituda por ondas de frequncia entre, aproximadamente, 108 hertz e 1011 hertz, denominadas micro-ondas, porque possuem comprimentos de onda pequenos (em comparao com as ondas de rdio).

As aplicaes tecnolgicas das micro-ondas, muito relacionadas com nossa vida diria, so: Em telecomunicaes, para transportar os sinais de TV ou de Telefone. Isto feito instalando-se, entre as torres de emisso e de recepo, vrias estaes repetidoras (figura). As micro-ondas, propagando-se em linha reta, passam de uma repetidora para a seguinte, levando as imagens de TV ou as conversaes telefnicas at seu destino; Nos fornos de micro-ondas, usados atualmente para cozinhar e aquecer alimentos. Isto ocorre porque as micro-ondas so absorvidas pelas molculas de gua existentes nesses alimentos, aumentando sua agitao trmica, isto , elevando a temperatura da substncia (veja a prxima figura e leia as informaes fornecidas).

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O forno de microondas uma aplicao muito difundida desse tipo de Radiao Eletromagntica.

Radiao Visvel As ideias de Maxwell sobre a natureza eletromagntica da luz foram amplamente confirmadas pela experincia. Sabemos atualmente que: As ondas eletromagnticas visveis, isto , que so capazes de estimular nossa viso, esto situadas em uma faixa muito estreita do espectro eletromagntico (entre aproximadamente 4 x 1014 hertz e 7 x 1014 hertz). Isto significa que somos cegos para a grande maioria das ondas do espectro eletromagntico; As diferentes cores que percebemos no espectro da luz branca (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e violeta) correspondem a valores crescentes das frequncias situadas na faixa mencionada. Portanto, a cor vermelha corresponde menor frequncia visvel (cerca de 4 x 1014 hertz) e a cor violeta, maior dessas frequncias (aproximadamente 7 x 1014 hertz); As radiaes visveis no podem ser produzidas com circuitos eletrnicos especiais (isto acontece com as ondas de rdio e micro-ondas). Elas so geradas pelas cargas eltricas existentes nos tomos e nas molculas das substncias que emitem luz, como um pedao de papel ao se queimar ou o filamento de uma lmpada acesa. Exemplo: Determine os valores, no ar, dos comprimentos de onda correspondentes s cores vermelha e violeta. A) Cor Vermelha

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Exerccio

1. Calcule o comprimento da cor violeta, cuja frequncia 7 . 1014 Hz e a velocidade v = 3. 108 m/s. Exemplo: B) O comprimento de uma onda de = 3. 103 m e sua frequncia de 3.106Hz, calcule a velocidade de propagao dessa onda?

Exerccio 1. Se o comprimento de uma onda de = 2. 102m e sua frequncia 2 . 1010 Hz, calcule a velocidade de propagao dessa onda. Exemplo C) Determine a frequncia da cor amarela, sabendo-se que seu comprimento 6.10-9m e sua velocidade de 3.108 m/s.

Exerccio

1. Qual a frequncia da cor amarela, sabendo-se que seu comprimento 6 .10-7m e velocidade 3 .108 m/s? Radiao Infravermelha e Ultravioleta As Ondas Eletromagnticas com frequncias imediatamente inferiores da luz vermelha so denominadas radiaes infravermelhas, e aquelas cujas frequncias so imediatamente superiores da luz violeta so chamadas radiaes ultravioleta (figura da pg. 5). Podemos destacar as seguintes propriedades desses tipos de ondas: As Radiaes Infravermelhas so emitidas por qualquer objeto a uma determinada temperatura, sendo que quanto mais aquecido estiver o objeto, mais intensa a emisso. Assim, o nosso corpo, um ferro eltrico de passar roupa em funcionamento, o Sol, etc., so emissores deste tipo de radiao. Ao receber as radiaes infravermelhas, um corpo se aquece; por isso, elas so usadas em fisioterapia para aquecer msculos contundidos, reduzindo o tempo necessrio para sua recuperao (veja a figura abaixo e leia as informaes da legenda);

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a) O ferro eltrico foi fotografado em uma sala totalmente escurecida, usando um filme sensvel a radiaes infravermelhos emitidas por ele.

b) A foto foi obtida por um dispositivo capaz de captar os raios infravermelhos emitidos pelas diversas partes da casa e transform-los em radiaes visveis. As cores correspondem a radiaes de diversas frequncias, emitidas por partes da casa que apresentam diferentes temperaturas.

Do mesmo modo que a luz visvel, as radiaes ultravioletas so emitidas pelas partculas eletrizadas existentes nos tomos das substncias, como ocorre nas lmpadas de vapor de mercrio. Nas lmpadas fluorescentes, o mercrio existente no interior do tubo, recebendo energia eltrica, emite raios ultravioleta, que so invisveis. Essa radiao, incidindo sobre a substncia que reveste internamente a parede do tubo, provoca fluorescncia desta substncia, que ento emite a luz (visvel) que percebemos. O Sol a fonte dos raios ultravioleta que recebemos diariamente. Essas radiaes podem ter efeitos benficos para nosso organismo, mas podem, tambm, causar danos a ele. De fato, os raios ultravioleta, absorvidos por nossa pele, tornam possvel a produo de vitamina D, que auxilia nosso organismo a obter clcio dos alimentos. Por outro lado, so eles os responsveis pelo bronzeamento da pele exposta ao sol, mas exposies prolongadas podem causar queimaduras dolorosas (e at cncer da pele). Como foi verificado que a radiao ultravioleta capaz de destruir bactrias, lmpadas que emitem essa radiao so usadas na esterilizao de instrumentos, objetos e em dependncias de hospitais, restaurantes, sales de beleza e, at mesmo, em sistemas de ar-condicionado. Raios X e Raios Gama Os raios X e os raios gama esto localizados no extremo do espectro eletromagntico, correspondente s mais altas frequncias e, portanto, aos menores valores dos comprimentos de onda. Observe que as faixas de frequncia dessas radiaes so extremamente elevadas: em torno de

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hertz para os raios X e superiores a 1021

hertz para os Raios Gama. Os principais usos e propriedades dessas duas radiaes so analisados a seguir.

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Os raios X foram descobertos acidentalmente em 1895 pelo fsico alemo W. Rntgen, que usou esta denominao por no conhecer a natureza das radiaes que havia descoberto (raios X =

raios desconhecidos). Na figura abaixo, est representado esquematicamente um tubo usado na produo de raios X: eltrons emitidos pelo ctodo so acelerados por voltagens muito elevadas e colidem contra o nodo, sendo, portanto, desacelerados; assim, emitem essa Radiao Eletromagntica. Tambm est ilustrado, o uso mais conhecido dos Raios X, que a obteno de radiografias. O feixe emitido pelo tubo passa atravs de uma parte do corpo do paciente e incide em uma chapa fotogrfica especial (sensvel aos raios X). Como essa radiao absorvida em maior

quantidade pelos ossos do que pelos msculos, a parte do filme correspondente aos ossos receber menor quantidade de raios X. Em virtude disso, a forma dos ossos aparece nitidamente na chapa.

Em uma radiografia, as partes mais claras correspondem aos ossos e as mais escuras, aos

msculos da parte do corpo que est sendo radiografada.

Quando o ncleo de uma substncia radioativa se desintegra, em geral emite trs tipos de

radiaes, denominadas (alfa), (beta) e (gama), como mostra a figura. Os cientistas verificaram

que as radiaes (ncleo do hlio) e (eltrons) so partculas.

As radiaes gama, entretanto, no so partculas, tratando-se de uma radiao eletromagntica de altssima frequncia. O poder de penetrao na matria de cada uma dessas radiaes est ilustrado na figura. Os raios gama so sempre considerados muito perigosos para o ser humano, porque podem causar cncer em nosso organismo. Em certas situaes, como na exploso de uma bomba atmica ou em acidentes com reatores nucleares (a exemplo de Chernobyl, na ex- URSS), as grandes intensidades de radiaes gama

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emitidas em todas as direes transformam esses fatos em verdadeiras catstrofes para as pessoas e para o meio ambiente atingidos!

A figura ilustra o poder de penetrao das radiaes alfa, beta e gama. Observe que as radiaes gama so muito mais penetrantes que as outras duas.

Para chamar a ateno sobre a presena, em determinado local, de material radioativo em geral, alertando para o perigo que eles representam, usado o smbolo universal mostrado na figura ao lado. Deve-se observar, entretanto, que os raios gama podem ser usados para tratar pacientes cancerosos, pois, apesar de serem prejudiciais ao tecido sadio, eles causam danos ainda maiores ao tecido canceroso (veja a figura e leia as informaes). No tratamento de um tumor cancergeno, usando raios gama, a parte do aparelho que emite essas radiaes gira, descrevendo um crculo, no centro do qual fica localizado o tumor. Desta maneira, a maior quantidade de radiao incide sobre o tumor, e as demais partes do corpo do paciente so pouco atingidas por ela.

O que Raio Laser? O termo laser usado para designar um tipo muito especial de luz (radiaes visveis), que a cada dia encontra maior nmero de aplicaes na cincia e nas tecnologias modernas. Esse termo uma sigla formada pelas iniciais das seguintes palavras inglesas: light amplification by stimulated emission of radiation, que podemos traduzir da seguinte maneira: Amplificao da luz por emisso estimulada de radiao. Esta frase uma indicao de duas caractersticas fundamentais do laser: trata-se de uma luz muito amplificada, concentrada em feixes de pequena espessura e praticamente paralelos (figura ). Por isso, a luz de um laser muitssimas vezes mais intensa que a luz comum;

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Feixes de raios laser emitidos por aparelhos que utilizam substncias diferentes. A cor do laser depende da substncia utilizada. Por exemplo, um laser de non emite luz vermelha, um de criptnio emite luz verde, etc. a expresso emisso estimulada indica que o laser tem origem em um processo especial, que ocorre nos tomos da substncia emissora e que voc poder estudar em cursos de Fsica mais avanados. Podemos, ainda, destacar as seguintes propriedades dessas radiaes: a luz do laser praticamente monocromtica, pois constituda de radiaes que apresentam uma nica frequncia, de valor bem determinado (com a luz comum no se consegue obter um feixe com uma frequncia nica), ou seja, ela nunca perfeitamente monocromtica (figura);

a luz do laser coerente. Para entender o que isto significa, considere a figura abaixo: em (a) est representado um feixe de luz monocromtica no-coerente, isto , as cristas e vales das diversas radiaes que constituem o feixe no coincidem umas com as outras (as vibraes dos componentes do feixe no so sincronizadas). Em (b), representamos um feixe coerente, como so os do raio laser: observe que h uma coincidncia entre as cristas e os vales, que mantida enquanto o feixe se propaga (essa propriedade contribui para elevar a intensidade do feixe de laser). So apresentadas, a seguir, algumas das principais aplicaes dos raios laser em nossa vida diria, na medicina, na cincia e na tecnologia em geral. leitura do cdigo universal de produtos, para conferir preos de mercadorias em supermercados (figura).

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em telecomunicaes, utilizando cabos de fibra ptica, para transportar sinais de TV e de telefone; para soldar e cortar metais; para medir, com preciso, distncias muito grandes, como a distncia da Terra Lua; para furar orifcios muito pequenos e bem definidos, em substncias duras; em compact discs (CDs) e videodiscos, para reproduo com altssima fidelidade e sem rudos de sons e imagens; na holografia, para obteno de fotografias tridimensionais de um objeto (hologramas); na medicina, em cirurgias, substituindo os bisturis, na endoscopia e para soldar retinas descoladas. As aplicaes do laser vm se tornando to amplas e diversificadas que seria praticamente impossvel relacionar todas elas. O Quarto Estado da Matria

Para muitos, s existem trs estados fsicos da matria (slido, lquido e gasoso), e pronto. Isso no verdade. De acordo com as teorias contemporneas, esto previstos outros estados. At o momento, os cientistas s descobriram quatro, sendo o quarto chamado de plasma (no tem nada a ver com plasma sanguneo). Neste ltimo, leva-se em conta no somente o movimento das partculas, mas tambm o estado de carga eltrica das mesmas. No plasma, as partculas so ons (partculas eletrizadas) em movimento e em elevadas temperaturas. O plasma atingido toda vez que uma quantidade de calor muito grande fornecida s molculas de um gs. Com a inevitvel elevao da temperatura, os choques entre as molculas tornam-se to intensos que passam a ioniz-las (arrancam seus eltrons). Quando se fala em quantidade de calor muito grande, deve-se imaginar que grande mesmo, a ponto de o plasma ser encontrado no interior do Sol e das estrelas em geral (temperatura de milhes de graus Celsius). De uns anos para c, os cientistas esto desenvolvendo aparelhos para reproduzir o plasma em laboratrio. Na Universidade de So Paulo existe um laboratrio de plasma onde h alguns anos est sendo desenvolvido um equipamento chamado Tokamak.

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No se desaponte pelo fato de o plasma parecer to esotrico. Voc pode observ-lo na Terra em condies muito especiais e repentinas. Ele o famoso relmpago que se observa em dias de tempestade.

Noes de Fsica Nuclear Quando se fala em Fsica Nuclear, parece assunto complicado, coisa de louco, como algumas pessoas gostam de rotular. Entretanto, os assuntos bsicos relativos ao ncleo do tomo so simples de entender. Complicado manter um laboratrio com aparelhos para pesquisas nucleares. A primeira questo que se prope, para ter uma ideia do que se passa no ncleo, a seguinte: como possvel que os prtons fiquem agregados no ncleo, se possuem cargas eltricas positivas e estamos cansados de saber que cargas de mesmos sinais se repelem? Essa questo atormentou os cientistas nas primeiras dcadas do sculo XX, mas hoje se sabe que a unio das partculas no ncleo garantida por interaes muito fortes, conhecidas por foras nucleares. Para que voc possa refletir sobre o papel dessas foras, necessrio saber que no universo h trs tipos bsicos de foras de interao: gravitacionais (consideradas fracas), eletromagnticas (mdias) e nucleares (muito fortes). Assim, entre os prtons h dois tipos de foras atuando: as eltricas (de repulso) e as nucleares (de atrao). Como as nucleares so muito mais intensas que as eltricas, os prtons ficam unidos no ncleo.

Representao esquemtica de dois prtons com as foras que atuam sobre eles.

importante dizer que as foras nucleares so de curto alcance e que tambm atuam sobre os nutrons. Do ponto de vista da Fsica Nuclear, tanto os prtons quanto os nutrons so chamados de ncleons. Desse modo, generalizamos dizendo que as foras nucleares so as que mantm os ncleons unidos. Pouco se sabe ainda sobre as foras nucleares, apesar de fortunas serem gastas, anualmente, em muitos pases, para desvend-las por completo. Em 1935, o japons Hideki Yukawa (1907-1981) props uma teoria que contribuiu bastante para que se adiantassem os estudos das foras nucleares. Ele previu a existncia de outras partculas menores no ncleo, chamadas msons, que contribuem para a manuteno da estabilidade nuclear.

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Histrico Nuclear

Muitas coisas acontecem no ncleo do tomo. As primeiras evidncias sobre as atividades nucleares comearam a ser observadas no final do sculo XIX. Em 1896, o francs Henri Becquerel (1852-1908) verificou que um sal de urnio deixava impresses em chapas fotogrficas. Inicialmente, no houve explicaes para o fenmeno. Mais tarde, o casal Marie Sklodowska Curie (1867-1934) e Pierre Curie (1859-1906) descobriu os elementos polnio (Po) e rdio (Ra) e percebeu que ambos deixavam impresses mais acentuadas nas chapas fotogrficas. Esses fatos foram s primeiras observaes do fenmeno que conhecemos hoje pelo nome de radiatividade. Com os experimentos de Rutherford, e outros avanos cientficos, constatou-se que a radiatividade gerada pelo ncleo atmico. Alguns ncleos so instveis e liberam partculas e/ou ondas eletromagnticas. Dizer que um ncleo instvel equivale a afirmar que ele no capaz de conter por muito tempo todas as partculas que abriga e, para ficar numa situao mais cmoda, acaba se livrando de algumas delas.

A partcula (alfa), que Rutherford utilizou em sua clebre experincia, nada mais do que um caroo formado por 2 prtons e 2 nutrons (todos bem ligados), espirrado de um ncleo (no

caso era de polnio). Quando o polnio emite uma partcula , fica portanto com 2 prtons e 2 nutrons a menos. Mais do que isso, deixa de ser polnio e passa a ser chumbo (Pb), porque com 2 prtons a menos seu nmero atmico muda. Esquematicamente, temos:

A partcula tem carga eltrica positiva, e logo depois arranja algum jeito de capturar dois eltrons do meio, para formar um tomo de hlio (He), porque a partcula igual a um ncleo de hlio.

Outra partcula emitida por radiatividade a (beta). Esta tem carga eltrica negativa, e na verdade um eltron expulso por um ncleo. O que acontece que o eltron emitido pelo ncleo resultou da decomposio de um nutron. Sabe-se hoje que em condies especiais o nutron se fragmenta, comportando-se de acordo com o seguinte esquema: Nutron prton + eltron + resduo Esse esquema indica que o nutron, ao se romper, tem um pedao de si transformado em eltron, e o pedao restante continua no ncleo como prton. claro que essa uma explicao simplificada, mas pode ajudar a compreender o fenmeno. O terceiro tipo de radiao chamado de (gama). No constitudo por partcula material, mas

apenas por uma quantidade de energia que se propaga sob a forma de onda eletromagntica.

Esquema bsico dos trs tipos de Radiao Nuclear.

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Existem dois processos no qual pode-se obter energia nuclear 1. Fisso Nuclear A Instabilidade Nuclear tambm responsvel por outros fenmenos mais complexos. Um deles a fisso nuclear, que nada mais do que um ncleo que se quebra em dois ou mais pedaos. Vejamos um exemplo:

A fisso nuclear o fenmeno que conduziu pesquisadores fabricao das primeiras bombas atmicas, porque um processo que libera grande quantidade de energia (sob a forma de calor). Mas no pense que energia nuclear s serve para produzir bombas. Alguns pases, que possuem poucos recursos convencionais de gerao de energia (hidreltrica, termeltrica, etc.), precisam ter usinas nucleares. O problema que se trata de uma tecnologia cara e que apresenta alguns riscos srios. 2. Fuso Nuclear A reao de fuso pode ser resumida, aproximadamente, como o fenmeno inverso da fisso, isto : ocorre agregao de ncleos para a formao de outros ncleos. Esse fenmeno ocorre naturalmente no interior das estrelas e responsvel pela liberao da energia (luz e calor) que recebemos delas, principalmente do Sol. Nas estrelas, ncleos de hidrognio pesado (chamados duteron e trton) se fundem para formar ncleos de hlio, liberando enorme quantidade de energia. Tais reaes se passam dentro do plasma a que nos referimos anteriormente.

A fuso a base da bomba de hidrognio (bomba H), muito poderosa e destruidora. Mas no vamos pensar nesse lado da questo, porque o que mais nos interessa aqui o fenmeno natural, e no aquele provocado pelo homem para satisfazer seus interesses.

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Unidades de Base do Sistema Internacional (SI)

Grandezas Fundamentais

Unidades SI

Nome Smbolo Comprimento Metro m

Massa Quilograma kg

Tempo Segundo s

Corrente Eltrica Ampre A

Temperatura Termodinmica Kelvin K

Quantidade de Matria Mol mol

Intensidade Luminosa Candela cd

Grandezas Derivadas Nome Smbolo

Velocidade Metro/segundo m/s

Acelerao Metro por segundo ao quadrado m/2

Fora Newton N

Quantidade de Movimento e Impulso

Quilograma vezes metro por segundo ou Newton vezes segundo

Kg.m/s ou N.s

Torque Newton vezes metro N.m

Constante Elstica Newton por metro n/m

Volume Metro Cbico 3

Densidade Quilograma por metro cbico Kg/3

Superfcie Metro quadrado 2

Presso Pascal Pa

Energia e Trabalho Joule J

Potncia watt w

Frequncia Hertz Hz

Velocidade Angular Radiano por Segundo rad/s

Temperatura Graus Celsius C

Convergncia dioptria di

Resistncia Eltrica ohm

Resistividade ohm vezes Metro .m

Carga Eltrica Coulomb C

Campo Eltrico

Newton por Coulomb ou Volt por Metro

N/C ou V/m

Tenso Eltrica, Diferena de Potencial Eltrico ou Fora Eletromotriz

Volt

V

Capacitncia Farad f

Fluxo Magntico Tesla t

Campo Magntico Weber wb

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