(CARGAS EM MOVIMENTO (CORRENTE ELÉTRICA)

Eletrodinâmica

MÓDULO 4

Eletrodinâmica: Estudo das cargas em movimento.

Corrente Elétrica

Propriedades Elétricas da

MatériaQuanto à mobilidade dosportadores de cargaselétricas no seu interior:

CONDUTORES

São materiais que apresentamportadores de cargas elétricas(elétrons ou íons) que fluemlivremente nos condutores.

ISOLANTES

São materiais que possuem poucoou quase nada de elétrons livres,que resistem ao fluxo no interiordos isolantes.

Eletrostática: Estudo das cargas em repouso.

Semicondutores: são aqueles que podem se comportam como um

condutor ou isolante mediante as condições físicas.

Corrente Elétrica

Condutores Elétricos

Em alguns tipos de átomos, especialmente os metaiscomo: ferro, ouro, platina, cobre, prata e outros, a últimaórbita eletrônica perde um elétron com grandefacilidade. Esses elétrons recebe o nome de elétrons livre.

Os elétrons livres têm facilidade de sedeslocar no interior do metal. Essedeslocamento ocorre de átomo para átomo,sem uma direção preferencial.

Corrente Elétrica

Corrente Elétrica

Isolantes Elétricos São materiais que possuem pouco ou quase

nada de elétrons livres, que resistem aofluxo no interior dos isolantes, isto é, sãomateriais que não possuem elétrons livre.

Os elétrons deste tipo de material não podem semover livremente em seu interior. Chamamos estetipo de material de Isolantes elétricos ou Dielétricos.Exemplos disto são: vidro, seda, plástico, parafina,borracha, madeira seca e porcelanas.

Corrente Elétrica

Tipos de condutores

Metais (Sólidos)

também chamados de condutores metálicos, caracterizam-se pelo movimento dos elétrons livres e pela fortetendência de doar elétrons;

Soluções Eletrolíticas (Líquidos)

também chamados de condutores eletrolíticos, caracterizam-se pelo movimento de cargas positivas (cátions) e negativas(ânions). Essa movimentação, em sentidos opostos, cria acorrente elétrica;

Gases (Gasoso)

também chamados de condutores de terceira classe,caracterizam-se pelo movimento de cátions e ânions. Mas, aocontrário dos condutores líquidos, a energia é produzidaatravés do choque entre as cargas e não de forma isolada.

Corrente Elétrica

Corrente Elétrica

Como as cargas dos elétrons sãonegativas, muitos alunos pensamque a corrente elétrica se move dopolo negativo para o polo positivo.

Porém, o sentido real da correnteelétrica, que ocorre noscondutores sólidos, é o movimentodos elétrons que ocorre do polonegativo para o polo positivo.

O sentido convencional dacorrente elétrica corresponde aosentido do campo elétrico nocondutor, e essa vai do polopositivo para o polo negativo. Para análise da corrente elétrica sempre

será usado o sentido convencional.

A corrente elétrica possui dois sentidos, o sentido real e o sentido convencional.

Corrente Elétrica

Para análise da corrente elétrica sempre será usado o sentido convencional.

Corrente Elétrica

Tipos de corrente:

Corrente Elétrica: é um movimento ordenado de cargas elementares.

Corrente alternada

É aquela cujo sentidovaria alternadamente.Ex: corrente usadanas residências.

Corrente contínua

É aquela cujo sentido semantém constante. Ex:corrente de uma bateriade carro, pilha, etc.

a) Corrente Contínua: CC (baterias ou dínamos) b) Corrente Alternada: CA (alternadores)

Corrente Elétrica

Corrente Contínua

Este é o princípio básico do funcionamento de um Gerador: corrente contínua.

Corrente Elétrica

Corrente Alternada

Corrente Elétrica

Este é o princípio básico do funcionamento de um Alternador: corrente alternada.

Definimos a intensidade média de corrente elétrica (im) dada pela razão

(divisão) entre a quantidade de carga total absoluta (ΔQ) gasto para atravessa

a superfície (S) do condutor, no intervalo de tempo (Δt).

Intensidade de Corrente Elétrica (im)

𝑖 =∆𝑄

∆𝑇

i = corrente elétrica (unidade: Coulomb (A)

ΔQ – quantidade de carga elétrica (unidade: Coulomb (C)

Δt – intervalo de tempo (unidade: tempo (s)

É muito frequente a utilização de submúltiplos do ampère (A):

1 mA (miliampère) = 10−3 𝐴1 µA (microampère) = 10−6 𝐴

Corrente Elétrica

Corrente Elétrica

Efeitos da Corrente elétrica

Efeito térmico ou efeito Joule

Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elétrica. Esse

efeito é a base de funcionamento dos aquecedores

elétricos, chuveiros elétricos, secadores de cabelo, lâmpadas

térmicas etc.

Efeito magnético

Um condutor percorrido por uma corrente elétrica cria, na região

próxima a ele, um campo magnético. Este é um dos efeitos mais importantes, constituindo a

base do funcionamento dos motores, transformadores, relés

etc.

Efeito luminoso

Em determinadas condições, a passagem da corrente elétrica

através de um gás rarefeito faz com que ele emita luz. As

lâmpadas fluorescentes e os anúncios luminosos. são aplicações

desse efeito. Neles há a transformação direta de energia

elétrica em energia luminosa.

Efeito químico

Uma solução eletrolítica sofre decomposição, quando é

atravessada por uma corrente elétrica. É a eletrólise. Esse efeito

é utilizado, por exemplo, no revestimento de metais: cromados,

níquel, etc.

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4304. (UFPA 2011) O acelerador de partículas LHC, o Grande Colisor de Hadrons (Large Hadron Collider),

recebeu da imprensa vários adjetivos superlativos: “a maior máquina do mundo”, “o maior experimento já feito”,

“o big-bang recriado em laboratório”, para citar alguns. Quando o LHC estiver funcionando a plena capacidade,

um feixe de prótons, percorrendo o perímetro do anel circular do acelerador, irá conter 1014 prótons, efetuando

104 voltas por segundo, no anel. Considerando que os prótons preenchem o anel uniformemente, identifique a

alternativa que indica corretamente a corrente elétrica que circula pelo anel.

Dado: carga elétrica do próton e = 1,6 x 10-19 C.

A) 0,16 A

B) 1,6 x 10-15 A

C) 1,6 x 10-29 A

D) 1,6 x 10-9 A

E) 1,6 x 10-23 A

Resolução:

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4304. (UFPA 2011) O acelerador de partículas LHC, o Grande Colisor de Hadrons (Large Hadron Collider),

recebeu da imprensa vários adjetivos superlativos: “a maior máquina do mundo”, “o maior experimento já feito”,

“o big-bang recriado em laboratório”, para citar alguns. Quando o LHC estiver funcionando a plena capacidade,

um feixe de prótons, percorrendo o perímetro do anel circular do acelerador, irá conter 1014 prótons, efetuando

104 voltas por segundo, no anel. Considerando que os prótons preenchem o anel uniformemente, identifique a

alternativa que indica corretamente a corrente elétrica que circula pelo anel.

Dado: carga elétrica do próton e = 1,6 x 10-19 C.

A) 0,16 A

B) 1,6 x 10-15 A

C) 1,6 x 10-29 A

D) 1,6 x 10-9 A

E) 1,6 x 10-23 A

Resolução:

n = 1014 prótons

f = 104 vol/seg

Q = n . e

Q = 1014 . 1,6 . 10 -19 C

Q = 1,6 . 10-5 C

f = 1/t

t = 1 / f

t = 1 / 104

t = 10 - 4 s

i = ∆Q / ∆ t

i = 1,6 . 10 – 5 / 10 – 4

i = 1,6 . 10 – 1

i = 0,16 A

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4407. O gráfico mostra a variação da corrente elétrica i, em ampères, num fio em função do tempo, t

em segundos. Qual a carga elétrica , em coulomb, que passar por uma seção transversal do

condutor nos primeiros 4, segundos?

Resolução:

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4407. O gráfico mostra a variação da corrente elétrica i, em ampères, num fio em função do tempo, t

em segundos. Qual a carga elétrica , em coulomb, que passar por uma seção transversal do

condutor nos primeiros 4, segundos?

Resolução:

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4408. (Upe) Uma corrente de 0,3 A que atravessa o peito pode produzir fibrilação (contrações

excessivamente rápidas das fibrilas musculares) no coração de um ser humano, perturbando o ritmo

dos batimentos cardíacos com efeitos possivelmente fatais. Considerando que a corrente dure 2,0

min, o número de elétrons que atravessam o peito do ser humano vale:

Dado: carga do elétron = 1,6.10-19 C.

a) 5,35.102

b) 1,62.10-19

c) 4,12.1018

d) 2,45.1018

e) 2,25.1020

Resolução:

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4408. (Upe) Uma corrente de 0,3 A que atravessa o peito pode produzir fibrilação (contrações

excessivamente rápidas das fibrilas musculares) no coração de um ser humano, perturbando o ritmo

dos batimentos cardíacos com efeitos possivelmente fatais. Considerando que a corrente dure 2,0

min, o número de elétrons que atravessam o peito do ser humano vale:

Dado: carga do elétron = 1,6.10-19 C.

a) 5,35.102

b) 1,62.10-19

c) 4,12.1018

d) 2,45.1018

e) 2,25.1020

Resolução:

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4409. (Ufop 2010) Em uma tarde de tempestade, numa região desprovida de para-raios, a antena de

uma casa recebe uma carga que faz fluir uma corrente de 1,2 . 104 A, em um intervalo de tempo de

25 . 10-6 s. Qual a carga total transferida para a antena?

a) 0,15 C

b) 0,2 C

c) 0,48 C

d) 0,3 C

Resolução pelo Aluno:

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4409. (Ufop 2010) Em uma tarde de tempestade, numa região desprovida de para-raios, a antena de

uma casa recebe uma carga que faz fluir uma corrente de 1,2 . 104 A, em um intervalo de tempo de

25 . 10-6 s. Qual a carga total transferida para a antena?

a) 0,15 C

b) 0,2 C

c) 0,48 C

d) 0,3 C

Resolução pelo Aluno:

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4410. ((Uece) Uma corrente elétrica de 3,0 A percorre um fio de cobre. Sabendo-se que a carga de um

elétron é igual a 1,6 × 10-19 C, o número de elétrons que atravessa, por minuto, a seção reta deste

fio é, aproximadamente:

a) 1,1 × 1021

b) 3,0 × 106

c) 2,0 × 1010

d) 1,8 × 1011

Resolução pelo Aluno:

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4410. ((Uece) Uma corrente elétrica de 3,0 A percorre um fio de cobre. Sabendo-se que a carga de um

elétron é igual a 1,6 × 10-19 C, o número de elétrons que atravessa, por minuto, a seção reta deste

fio é, aproximadamente:

a) 1,1 × 1021

b) 3,0 × 106

c) 2,0 × 1010

d) 1,8 × 1011

Resolução pelo Aluno:

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4513. (UEL-PR) Pela secção reta de um condutor de eletricidade, passam 12,0 C a cada minuto, nesse

condutor a intensidade da corrente elétrica em amperes é igual a?

a) 0,08

b) 0,20

c) 5,0

d) 7,2

e) 12

Resolução pelo Aluno:

Exemplos de ExercíciosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4513. (UEL-PR) Pela secção reta de um condutor de eletricidade, passam 12,0 C a cada minuto, nesse

condutor a intensidade da corrente elétrica em amperes é igual a?

a) 0,08

b) 0,20

c) 5,0

d) 7,2

e) 12

Resolução pelo Aluno:

Dados:

i = intensidade de corrente= ?

ΔQ= carga elétrica = 12 C

Δt= tempo = 1 minuto ( 60 segundos)

Aplicando na fórmula: i = ΔQ/Δt

i = 12/60

i = 0,2 A ~~> intensidade de corrente

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4201. (Unicamp) Atualmente há um número cada vez maior de equipamentos elétricos portáteis e isto tem

levado a grandes esforços no desenvolvimento de baterias com maior capacidade de carga, menor volume,

menor peso, maior quantidade de ciclos e menor tempo de recarga, entre outras qualidades. Outro exemplo de

desenvolvimento, com vistas a recargas rápidas, é o protótipo de uma bateria de íon-lítio, com estrutura

tridimensional. Considere que uma bateria, inicialmente descarregada, é carregada com uma corrente média

𝑖𝑚= 3,2 A até atingir sua carga máxima de Q= 0,8 Ah. O tempo gasto para carregar a bateria é de:

a) 240 minutos

b) 90 minutos

c) 15 minutos

d) 4 minutos

Resolução pelo Aluno:

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4201. (Unicamp) Atualmente há um número cada vez maior de equipamentos elétricos portáteis e isto tem

levado a grandes esforços no desenvolvimento de baterias com maior capacidade de carga, menor volume,

menor peso, maior quantidade de ciclos e menor tempo de recarga, entre outras qualidades. Outro exemplo de

desenvolvimento, com vistas a recargas rápidas, é o protótipo de uma bateria de íon-lítio, com estrutura

tridimensional. Considere que uma bateria, inicialmente descarregada, é carregada com uma corrente média

𝑖𝑚= 3,2 A até atingir sua carga máxima de Q= 0,8 Ah. O tempo gasto para carregar a bateria é de:

a) 240 minutos

b) 90 minutos

c) 15 minutos

d) 4 minutos

Resolução pelo Aluno:

Dados: i = 3,2 A

Q = 0,8 A horas

t = ?

Aplicando na fórmula: i = Q/ti = Q/t

3,2 = 0,8 . t

3,2/0,8 = t

t = 0,25h

t =0,25 . 60

t = 15min.

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4406. (UEL-PR) Medidas elétricas indicam que a superfície terrestre tem carga elétrica total negativa

de, aproximadamente, 600.000 coulombs. Em tempestades, raios de cargas positivas, embora

raros, podem atingir a superfície terrestre. A corrente elétrica desses raios pode atingir valores de

até 300.000 A. Que fração da carga elétrica da Terra poderia ser compensada por um raio de

300.000 A e com duração de 0,5s?

a) 1/2

b) 1/3

c) 1/4

d) 1/10

e) 1/20

Resolução pelo Aluno:

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 4406. (UEL-PR) Medidas elétricas indicam que a superfície terrestre tem carga elétrica total negativa

de, aproximadamente, 600.000 coulombs. Em tempestades, raios de cargas positivas, embora

raros, podem atingir a superfície terrestre. A corrente elétrica desses raios pode atingir valores de

até 300.000 A. Que fração da carga elétrica da Terra poderia ser compensada por um raio de

300.000 A e com duração de 0,5s?

a) 1/2

b) 1/3

c) 1/4

d) 1/10

e) 1/20

Resolução pelo Aluno:

Dados: i = 300.000 A

Q = ?

t = 0,5s

Aplicando na fórmula: i = ΔQ/Δt

300.000 = ΔQ/0,5

ΔQ = 300.000 . 0,5

ΔQ = 150.000 CoulombsA fração da carga elétrica total da Terra que

poderia ser compensada pelo raio:

F =∆𝑄

𝑄𝑇𝑒𝑟𝑟𝑎=> F =

150.000

600.000

F = 1/4

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 44

Resolução pelo Aluno:

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 44

Resolução pelo Aluno:

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 45

Resolução pelo Aluno:

14. (Univás-MG) Pela secção transversal de um condutor passam 1011 elétrons, de cargaelementar igual a 1,6 . 10-19C, durante 1,0 . 10-6s. A corrente elétrica, neste condutor, temintensidade:

a) 1,6 . 10-6 Ab) 1,6 . 10-2 Ac) 0,625 . 10-2 Ad) 1,6 . 10-8 Ae) 0,625 . 10-8 A

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 45

Resolução pelo Aluno:

14. (Univás-MG) Pela secção transversal de um condutor passam 1011 elétrons, de cargaelementar igual a 1,6 . 10-19C, durante 1,0 . 10-6s. A corrente elétrica, neste condutor, temintensidade:

a) 1,6 . 10-6 Ab) 1,6 . 10-2 Ac) 0,625 . 10-2 Ad) 1,6 . 10-8 Ae) 0,625 . 10-8 A

15. (Ufpe) Suponha que o feixe de elétrons em um tubo de imagens de televisão tenha um fluxo de

8,1 × 1015 elétrons por segundo. Qual a corrente do feixe em unidades de 10-4 A?

a) 13

b) 15

c) 17

d) 19

e) 23

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 45

Resolução pelo Aluno:

15. (Ufpe) Suponha que o feixe de elétrons em um tubo de imagens de televisão tenha um fluxo de

8,1 × 1015 elétrons por segundo. Qual a corrente do feixe em unidades de 10-4 A?

a) 13

b) 15

c) 17

d) 19

e) 23

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 45

Resolução pelo Aluno:

16. (Vunesp) Suponha que num experimento de eletrólise, representado pela figura a seguir, 3

coulombs de carga positiva e 3 coulombs de carga negativa atravessem o plano PP durante 1

segundo.

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 45

Resolução pelo Aluno:A corrente em ampéres indicada pelo amperímetro A será:

a) 0

b) 1

c) 2

d) 3

e) 6

16. (Vunesp) Suponha que num experimento de eletrólise, representado pela figura a seguir, 3

coulombs de carga positiva e 3 coulombs de carga negativa atravessem o plano PP durante 1

segundo.

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 45

Resolução pelo Aluno:A corrente em ampéres indicada pelo amperímetro A será:

a) 0

b) 1

c) 2

d) 3

e) 6

Utilizando a fórmula de corrente

elétrica para corrente eletrolítica:

( i = ( |ΔQ+| + |ΔQ-| ) / Δt )

temos:

i = 3 + 3 / 1

i = 6A

17. Sabe-se que a carga do elétron tem módulo 1,6.10-19 . A ordem de grandeza do número de

elétrons que passam por segundo pela secção transversal constante de um condutor que transporta

corrente de 0,15 A é:

a) 1020

b) 1019

c) 1018

d) 1017

e) 1016

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 45/46

Resolução pelo Aluno:

17. Sabe-se que a carga do elétron tem módulo 1,6.10-19 . A ordem de grandeza do número de

elétrons que passam por segundo pela secção transversal constante de um condutor que transporta

corrente de 0,15 A é:

a) 1020

b) 1019

c) 1018

d) 1017

e) 1016

Exercícios – Resolução pelos AlunosApostila 1 – Módulo 4 / Página 45/46

Resolução pelo Aluno:

i = Q/t

Q = i . t

Q = 0,15 . 1

Q = 0,15 Coulomb

Q = n . e

0,15 = n . 1,6 x 10⁻¹⁹n = 0,15 / 1,6 x 10⁻¹⁹n = 0,09375 x 10¹⁹ elétrons

n = 9,375 x 10¹⁷ elétrons

A ordem de grandeza é 1018

RESOLUÇÃO DE EXERCICIOS

Site: www.israelaveiro.com

Apostila 1 – Módulo 4 / Página 41 à 42 >>>> Ex.: 01; 02; 03; 04 e 05

Apostila 1 – Módulo 4 / Página 42 à 47 >>>> Ex.: 18; 19; 20; 21; 25; 26; 29; 30;

31 e 32.