8/18/2019 Eletrostática e Corrente Elétrica
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Eletrostática e Corrente Elétrica
[Ano]
Universidade Cruzeiro do Sul | www.cruzeirodosul.edu.br
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Unidade: Eletrostática e Corrente Elétrica
Unidade: Eletrostática e Corrente Elétrica
MATERIAL TEÓRICO
Campus Virtual Universidade Cruzeiro do Sul | www.cruzeirodovirtual.com.br
Responsável pelo Conteúdo:Prof. Dr. Victo dos Santos Filho
Revisão Textual:Profa. Ms. Alessandra Fabiana Cavalcante
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Unidade: Eletrostática e Corrente Elétrica
Tópicos de Física Clássica Unidade V: Eletrostática e Corrente Elétrica
ELETROSTÁTICA
Conceitos Iniciais
Eletrostática é a parte da Física que estuda os fenômenos elétricos ou
a eletricidade no caso de cargas elétricas em repouso. Denominamos carga
elétrica à propriedade intrínseca da Matéria que provoca o surgimento de
forças de atração ou repulsão entre corpos, após serem atritados.
A eletricidade estática é o fenômeno físico que se verifica
experimentalmente quando se fricciona dois ou mais corpos, provocando forçasde atração ou repulsão entre eles, cuja natureza depende dos materiais
atritados em questão. Por exemplo, se esfregarmos um pedaço de lã em um
tubo de ensaio de vidro, este fica com cargas elétricas de uma dada natureza
(positiva), enquanto que se o atritarmos com flanela, a natureza de suas cargas
é diferente (negativa).
De acordo com os experimentos, há dois tipos de eletricidade estática,
conforme surjam forças de atração ou repulsão, devido à presença de cargas
elétricas. Vamos, então, analisar o conceito de carga elétrica.
Carga Elétrica
A carga elétrica é uma propriedade da Matéria associada às partículas
que compõem todas as substâncias, responsável pelo surgimento de forças
entre corpos atritados. Todos os materiais são formados de átomos que, por
sua vez, são constituídos de partículas menores denominadas prótons,
nêutrons e elétrons. Experimentalmente, verifica-se que nêutrons não possuem
carga, ao passo que os outros têm cargas elétricas de mesma magnitude,
porém de natureza oposta. Convencionou-se chamar esta propriedade que se
manifesta em algumas das chamadas partículas elementares (por exemplo,
nos prótons e elétrons, mas também em outras, como píons, káons, neutrinos,
etc.) de carga elétrica, sendo adotado também por convenção para o próton
carga elétrica positiva (+) e para o elétron carga elétrica negativa (-).
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Experiências realizadas por Millikan no início do século XX permitiram
verificar que prótons e elétrons apresentam cargas elétricas de mesmo valor
absoluto e que a quantidade de carga apresentada por ambos corresponde à
menor quantidade de carga que uma partícula pode ter. Essa carga mínima é
chamada carga elementar e, cujo valor no SI é dado por e = -1,6 x 10-19 C.
Princípios da Eletrostática
Os Princípios sobre os quais se fundamenta a Eletrostática são:
1. Princípio da Atração e Repulsão:
"Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais opostos se
atraem".
Na figura 1, vemos um esquema que ilustra este Princípio.
2. Princípio de Conservação das Cargas Elétricas:
"Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das cargas
positivas e negativas é constante."
Matematicamente, dados corpos com cargas iniciais q1, q2, ..., qn e finais
Q1, Q2, ..., Qn, temos:
Assim, este enunciado diz que cargas elétricas não podem ser criadas
nem destruídas, conservando-se nos processos físicos.
Fig. 1: Esquemas do Princípio de Atração e Repulsão
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Condutores e Isolantes
Um corpo está eletricamente neutro quando seu número total de prótonsé igual ao de elétrons. Se, por um processo qualquer, desequilibrarmos o
número de prótons em relação ao número de elétrons, dizemos que o corpo
está eletrizado. Por exemplo, se um corpo possui um número de prótons maior
que o de elétrons, o corpo está eletrizado positivamente; caso contrário, para
um excesso de elétrons, o corpo está eletrizado negativamente.
Dizemos que um corpo é isolante ou dielétrico se as cargas em
excesso que nele surgem não se espalham, conservando-se em regiões
limitadas. São exemplos o vidro e a borracha.
Dizemos que um corpo é condutor se as cargas em excesso que nele
surgem se espalham imediatamente por toda a sua extensão. São exemplos os
metais e o corpo humano.
Processos de Eletrização
Denominamos eletrização o fenômeno em que surgem cargas elétricas
em um corpo neutro devido a algum processo físico. Há três tipos de processos
de eletrização de um corpo (vide figura 2):
1. Atrito:
É o processo em que dois corpos inicialmente neutros são friccionados,
ocorrendo transferência de elétrons de um corpo para outro. O corpo que perde
elétrons fica eletrizado positivamente e o que ganha elétrons fica eletrizado
negativamente.
2. Contato:
É o processo em que dois corpos, um neutro e outro carregado, são
tocados, de modo que parte das cargas do corpo eletrizado passa para o corpo
neutro. Ao final, ao contrário do caso de eletrização por atrito, os dois corpos
têm carga de mesmo sinal.
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3. Indução eletrostática :
É o processo em que um corpo é eletrizado apenas pela aproximação deum outro corpo previamente eletrizado. Na eletrização por indução, o corpo
induzido sempre se eletriza com cargas de sinal contrário à do corpo indutor.
Fig.2: Processos de Eletrização (extraído de extraído em março de 2009 de http://servlab.fis.unb.br/matdid )
Lei de Coulomb
Charles A. Coulomb estudou as forças de interação entre as partículas
eletrizadas e estabeleceu uma lei empírica, hoje conhecida como Lei de
Coulomb. Coulomb usou uma balança de torção para estudar as forças entre
cargas elétricas puntiformes (corpos eletrizados com dimensões desprezíveis
em relação à distância que os separa de outros corpos eletrizados). A lei de
Coulomb pode ser enunciada da seguinte forma:
"A intensidade da força eletrostática entre duas cargas elétricas é
diretamente proporcional ao produto das cargas e inversamente
proporcional ao quadrado da distância que as separa."
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Substituindo a expressão do campo elétrico, temos:
logo:
Há duas possíveis configurações de campo elétrico (figura 3):
1. As cargas fontes são positivas: As linhas de campo se afastam da carga.
2. As cargas fontes são negativas: As linhas se aproximam da carga.
Fig. 3: Possíveis configurações de linhas de campo elétrico
Trabalho da Força Elétrica
Considere um campo uniforme de intensidade Ey. Suponha que uma
carga q se mova de (0,yi) a (0,yf ) neste campo. A força que age em q é
constante e dada por F = q E. Se d é o módulo do deslocamento de A até B, da
definição de trabalho de uma força paralela ao deslocamento, temos:
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Pode-se demonstrar que se o deslocamento não fosse paralelo ao
campo, mas sim uma sucessão de vários deslocamentos d1, d2, d3, ..., dn com
as mais variadas posições, entretanto com posição final em B, então o trabalho
desta força elétrica é dado pela mesma expressão dada em (7).
Em um campo elétrico qualquer, quando uma carga elétrica nele se
desloca de um ponto A para um ponto B, o trabalho da força elétrica resultante,
que age em q, não depende da forma da trajetória que liga A com B,
dependendo apenas dos pontos de partida (A) e de chegada (B), ou seja, o
campo é conservativo.
Como o trabalho da força elétrica depende da carga elétrica q e dos
pontos de partida A e chegada B do campo, se deslocarmos outra carga entre
os pontos A e B, altera-se o trabalho da força elétrica, porém o quociente
trabalho por carga permanece constante e só depende dos pontos A e B do
campo. Assim, podemos associar uma grandeza física a essa quantidade
constante, que chamamos de tensão elétrica.
Tensão Elétrica e Potencial Elétrico
Denominamos Tensão Elétrica ou Diferença de Potencial Elétrico
entre os pontos A e B a razão entre o trabalho da força elétrica e a carga
elétrica. Matematicamente:
Assim, pode-se definir um escalar a cada ponto i do espaço,
denominado Potencial Elétrico Vi, de modo que V possa ser expresso pela
diferença entre os valores desta grandeza nos pontos A e B, ou seja:
motivo pelo qual a tensão elétrica é também chamada de diferença de
potencial elétrico (ddp).
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Assim, pode-se escrever:
A unidade de V no SI é J / C, denominado volt (V), ou seja: 1 V = 1 J/C.
Para o cálculo do potencial elétrico em um ponto, é preciso um potencial
de referência, ao qual atribuídos valor nulo.
No caso de uma carga puntiforme, pode-se mostrar com a ajuda do
Cálculo Diferencial e Integral que o campo por ela gerado é dado por:
onde se supõe VB = 0.
Podemos interpretar a tensão elétrica como a capacidade que um corpo
energizado tem de realizar trabalho, ou seja, atrair ou repelir outras cargas
elétricas, assim como uma massa de água a uma certa altura tem energia
potencial gravitacional que pode ser convertida em trabalho.
Como o potencial é uma quantidade escalar, o potencial resultante
gerado por várias cargas é a soma algébrica dos potenciais gerados por cada
uma delas:
No Eletromagnetismo, o potencial elétrico ou potencial eletrostático pode
ser visto como um campo equivalente à energia potencial elétrica associada a
um campo elétrico estático dividida pela carga elétrica de uma partícula-teste.
Como sempre se depende de um potencial de referência a ser adotado
arbitrariamente, apenas diferenças de potencial elétrico (ddp) possuem
significado físico.
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Equilíbrio Eletrostático
Dizemos que um corpo está em equilíbrio eletrostático quando nele nãoocorre movimento ordenado de cargas elétricas em relação a um referencial
fixo no condutor. Um condutor em equilíbrio eletrostático apresenta várias
propriedades:
1. O campo elétrico resultante nos pontos internos do condutor é nulo.
Se o campo não fosse nulo, ele atuaria nos elétrons livres, colocando-os
em movimento ordenado e tirando-o do equilíbrio elétrico.
2. O potencial elétrico em todos os pontos internos e superficiais de um
condutor é constante.
Se em dois pontos internos quaisquer houvesse uma ddp, os elétrons
livres se deslocariam da região de maior potencial para a de menor potencial,
tirando o corpo do equilíbrio elétrico.
3. Nos pontos da superfície de um condutor em equilíbrio eletrostático, ovetor campo elétrico tem direção perpendicular à superfície.
4. As cargas elétricas em excesso de um condutor em equilíbrio
eletrostático distribuem-se na superfície externa do mesmo.
Com isso, pode-se mostrar que, para um condutor esférico de raio R,
eletrizado com carga Q, tem-se, para uma distância d, do centro da esfera ao
ponto externo:
e
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Já para os pontos internos e na superfície do condutor, o potencial é:
Capacitores e Capacidade Eletrostática
Considere um condutor isolado, inicialmente neutro. Ao ser eletrizado
com carga Q, ele adquire um potencial elétrico V. Quanto maior a carga que ele
adquire, maior será seu potencial. Assim, a razão entre a carga e o potencial é
constante e mede a capacidade que um condutor possui de armazenar cargas
elétricas.
Chamamos Capacitores os dispositivos que possuem capacitância ou
que servem para armazenar cargas elétricas. Um capacitor ou condensador é
um componente que armazena energia num campo elétrico, acumulando um
excesso de cargas elétricas. A propriedade que estes dispositivos têm de
armazenar energia elétrica sob a forma de um campo eletrostático é chamada
de capacitância ou capacidade eletrostática C, medida pelo quociente da
quantidade de carga (Q) armazenada pela diferença de potencial (V) que existe
entre as placas. Assim, definimos matematicamente a capacidade eletrostática
de um condutor isolado como:
A unidade de capacitância ou capacidade eletrostática é C / V, chamada
de Farad (F), ou seja: 1 F = 1 C / V.
Os capacitores consistem de dois eletrodos ou placas que armazenam
cargas opostas. Estas duas placas são condutoras e são separadas por um
isolante ou dielétrico. A carga é armazenada na superfície de cada uma das
placas é | Q |, mas a carga total no dispositivo é nula, pois uma placa tem carga
+Q e a outra -Q.
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A capacitância de uma capacitor de placas paralelas constituído de dois
eletrodos planos de área A separados por uma distância constante d pode ser
escrito como:
onde:
C: Capacitância em Farads
r : Permissividade eletrostática relativa do dielétrico utilizado entre as placas
A energia armazenada em um capacitor é igual ao trabalho feito para
carregá-lo. Considerando um capacitor com capacitância C, com carga de
módulo q em cada placa, pode-se mostrar que a energia armazenada é dada
por:
CORRENTE ELÉTRICA
Chama-se Corrente Elétrica o fluxo ordenado de elétrons em uma
determinada secção de um condutor. Há dois tipos de corrente: corrente
contínua (CC) e corrente alternada (CA). A corrente contínua tem um fluxo
constante em uma dada direção, enquanto que na corrente alternada o fluxo de
elétrons muda de direção continuamente, tendo um fluxo médio zero, emboranão tenha valor nulo todo o tempo. Matematicamente, podemos definir a
corrente i como a quantidade de carga elétrica que atravessa uma secção de
condutor por unidade de tempo:
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O sentido da corrente elétrica é adotado por convenção como o mesmo
dos portadores de carga positiva; assim, em um condutor metálico, se o fluxo
de elétrons é para a esquerda, a corrente aponta para a direita e vice-versa.
A unidade de corrente elétrica no SI é o C / s, denominada Ampère (A),
ou seja: 1 A = 1 C / s.
Efeitos da Corrente Elétrica
Dependendo da natureza do condutor e da intensidade da corrente, esta
provoca diferentes efeitos, sendo os quatro efeitos principais:
1. Efeitos Fisiológicos:
São os efeitos que provocam danos nos organismos vivos, quando neles
há passagem de corrente. A corrente elétrica que passa num corpo pode agir
diretamente no sistema nervoso, provocando contrações musculares, o que
chamamos de choque elétrico. Se a corrente atravessa o tórax de ponta a
ponta pode afetar o coração e a respiração. Um valor de 1 mA já é suficiente
para que se possa perceber sensações de formigamento e um valor de 10 mA
já se perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir a mão e livrar-se do
contato. Um valor aproximadamente entre 10 mA e 3A pode ser mortal.
2. Efeito Térmico ou Efeito Joule:
O efeito Joule é causado pelo choque dos elétrons livres contra os
átomos dos condutores, que vibram mais intensamente, aumentando a
temperatura do condutor.
3. Efeito Químico:
O efeito químico é aquele em que se passa corrente elétrica em
soluções eletrolíticas, provocando reações químicas. É muito aplicado no
recobrimento de metais, nos processos conhecidos como niquelação,
cromação, prateação, etc.
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4. Efeito Magnético:
O efeito magnético é aquele em que surge um campo magnético naregião em torno do condutor pelo qual passa uma corrente elétrica. Este é o
efeito mais importante e com muitas aplicações importantes, que será estudado
em destaque na última unidade.
Circuitos Elétricos
Um circuito elétrico é a ligação de dispositivos elétricos (tais como
resistores, indutores, capacitores, etc.) de modo que formem pelo menos umcaminho fechado para a corrente elétrica. Os circuitos elétricos são formados
basicamente por quatro elementos ou dispositivos básicos:
1. Gerador elétrico
O gerador elétrico ou dispositivo de força eletromotriz (fem) é o elemento
que mantém uma diferença de potencial entre seus terminais, de modo a gerar
uma corrente elétrica no circuito.
Os geradores têm por função transformar algum tipo de energia em
energia elétrica. Por exemplo, as pilhas e as baterias transformam energia
química em energia elétrica e geram corrente contínua. Um outro exemplo é o
caso de alternadores, que transformam energia mecânica em energia elétrica,
gerando corrente alternada.
2. Condutores
Os condutores são os meios pelo quais as cargas elétricas se
propagam, como os fios de cobre.
3. Interruptores
Os interruptores são chaves situadas no condutor entre o gerador e o
receptor, permitindo ou impedindo a passagem da corrente, conforme esteja
fechado ou aberto, respectivamente.
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4.Receptores
Os receptores são os elementos que transformam a energia elétrica emoutras formas de energia. Por exemplo, no caso de um motor, a energia
elétrica é convertida em energia mecânica.
Lei de Ohm
A Lei de Ohm descreve a relação entre a intensidade de corrente e a
tensão em um elemento: a diferença de potencial elétrico é diretamente
proporcional à intensidade de corrente e à resistência elétrica. A Lei de Ohm éexpressa matematicamente assim:
onde:
V: Diferença de Potencial Elétrico
I: Corrente Elétrica
R: Resistência
A Resistência Elétrica é a grandeza física que mede o grau de
resistência à passagem de corrente elétrica que um dado condutor possui.
Essa grandeza física é medida no SI em V / A, que é denominada ohm (!);
logo: 1 ! = 1 V / A.
Ao invés de trabalharmos com a resistência, podemos usar a
resistividade, uma vez que a resistência elétrica do resistor depende do
material que o constitui, de suas dimensões e de sua temperatura. Assim, se
consideramos um fio de comprimento l e área de secção transversal A,
podemos definir a resistividade como:
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Uma grandeza importante na eletrodinâmica é a potência elétrica, pois
ela permite saber a capacidade ou a energia consumida por segundo dos
vários aparelhos domésticos que possuímos. Definimos a potência como:
logo a potência elétrica é (usando a Lei de Ohm e substituindo E = q V acima):
Assim, vemos que a potência elétrica consumida pelos aparelhos
receptores que convertem a energia elétrica em outra forma de energia está
diretamente relacionada ao quadrado da corrente que passa pelo aparelho.
Outra forma de escrever essa expressão é em função do potencial
elétrico, ou seja, usando que I=V/R, temos:
Lei de Joule
A Lei de Joule expressa a quantidade de energia térmica gerada em um
condutor devido à passagem da corrente elétrica. Ela está associada ao
chamado Efeito Joule, que nos diz haver a geração de energia térmica devido
à passagem de corrente elétrica em um condutor. Tal efeito é usado emaparelhos como o chuveiro elétrico e a lâmpada incandescente, a fim de tornar
nossas vidas mais confortáveis. Basicamente, podemos enunciar a Lei de
Joule como:
"A quantidade de calor gerada num dado condutor, por unidade de tempo,
é proporcional ao quadrado da intensidade de corrente. "
Matematicamente, a Lei de Joule pode ser expressa como:
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Associações de resistores
Chamamos associações os diferentes modos que podemos utilizar para
interligar os elementos elétricos, formando um circuito elétrico.
Os dispositivos eletrônicos como resistores ou capacitores podem ser
associados para formar novos circuitos. Essas associações de resistores
podem ser: (1) associação em série; (2) associação em paralelo ou (3) mista.
Nos circuitos em série, todos os elementos ficam ligados de modo que a
corrente percorra um circuito contínuo em relação ao gerador.
Nos circuitos em paralelo, todos os elementos ficam entre os mesmos
nós extremos, mantendo-se a mesma ddp para todos. Neste caso, há dois ou
mais percursos para a corrente seguir.
Denominamos Resistência Equivalente a resistência única quesubstitui todas as demais, gerando os mesmos efeitos.
Numa associação em série, temos que a corrente elétrica é a mesma
que passa em cada elemento do circuito, logo:
logo, para uma associação em série, o resistor equivalente é dado por:
Numa associação em paralelo, temos que a ddp é a mesma em cada
elemento do circuito. Além disso, a corrente que entra é a soma das correntes
que passam em cada circuito (vide figura 4):
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Logo:
Cancelando o potencial V comum, temos como resistência equivalente:
Fig. 4: Associações de resistores
Geradores e Receptores
O Gerador é um dispositivo elétrico que possui a função de transformar
energia de um tipo qualquer em energia elétrica. Podemos citar como exemplo
a pilha, que transforma energia química em energia elétrica. A ddp criada no
gerador é chamada de Força Eletromotriz . Fisicamente, a tensão induzida
no gerador é determinada pela sua força eletromotriz menos a tensão gerada
por sua resistência interna. Assim, temos a chamada equação do gerador:
O Receptor é um dispositivo elétrico que tem a função de transformar
energia elétrica em outro tipo de energia não-térmica. Como exemplos, pode-
se citar o liqüidificador, que transforma energia elétrica em energia mecânica, e
a televisão, que transforma energia elétrica em sonora e luminosa.
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Uma grandeza importante na eletrodinâmica é a potência elétrica, pois
ela permite saber a capacidade ou a energia consumida por segundo dos
vários aparelhos domésticos que possuímos. Definimos a potência como:
logo a potência elétrica é (usando a Lei de Ohm e substituindo E = q V acima):
Assim, vemos que a potência elétrica consumida pelos aparelhos
receptores que convertem a energia elétrica em outra forma de energia está
diretamente relacionada ao quadrado da corrente que passa pelo aparelho.
Outra forma de escrever essa expressão é em função do potencial
elétrico, ou seja, usando que I=V/R, temos:
Lei de Joule
A Lei de Joule expressa a quantidade de energia térmica gerada em um
condutor devido à passagem da corrente elétrica. Ela está associada ao
chamado Efeito Joule, que nos diz haver a geração de energia térmica devido
à passagem de corrente elétrica em um condutor. Tal efeito é usado emaparelhos como o chuveiro elétrico e a lâmpada incandescente, a fim de tornar
nossas vidas mais confortáveis. Basicamente, podemos enunciar a Lei de
Joule como:
"A quantidade de calor gerada num dado condutor, por unidade de tempo,
é proporcional ao quadrado da intensidade de corrente. "
Matematicamente, a Lei de Joule pode ser expressa como:
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Da potência elétrica fornecida ao receptor, uma parte é convertida em
outra forma, não exclusivamente térmica, denominada potência elétrica útil.
Desta forma, temos que a energia fornecida ao receptor é igual à energia útil
mais a dissipada por segundo. Logo, a equação do receptor é dada por :
Aplicações
1. Consumo de energia residencial:
A diferença de potencial (V) em residências é geralmente 110 V ou 220
V, dependendo da região. Assim, observando a expressão da potência, vemos
que se ligarmos um aparelho em uma tomada de 220 V, teremos um consumo
muito maior de energia por segundo, se comparado com o caso de tensão
110V. Portanto, se quisermos economizar, é preciso trabalhar com aparelhos
ou com instalações elétricas que trabalhem em 110 V.
2. Uso do efeito Joule:
Como todo material apresenta resistência elétrica, todos os aparelhos
elétricos transformam parte da energia elétrica em energia térmica. Muitos
aparelhos domésticos se valem deste efeito em seus funcionamentos,
tornando-se úteis para nós. Como exemplo, podemos citar a lâmpada
incandescente, que transforma a energia elétrica consumida em energia
térmica e uma pequena parte em energia luminosa.
3. Geradores de Corrente Elétrica
Os geradores (dínamos) de corrente elétrica são responsáveis pela
corrente elétrica que utilizamos em nossas casas. Podemos encontrar
geradores de corrente elétrica nos carros. Esses geradores produzem a
corrente elétrica utilizada tocar o aparelho de som no carro, para acender os
faróis e principalmente recarregar a bateria.
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Tópicos de Física Clássica Unidade V: Eletrostática e Corrente Elétrica
Os geradores de corrente contínua que existem em nossas casas são as
pilhas e baterias. As baterias que são utilizadas nos carros servem para
acionar o motor de arranque que faz funcionar o motor a combustão.
Como exemplos de geradores comuns temos as pilhas, usadas nos
controles de carrinho de brinquedos, celulares, rádios e quaisquer aparelhos
que não podem ser conectados por meio de fios à tomadas da rede elétrica.
4. Motores Elétricos
OsMotores Elétricos
são aparelhos elétricos que servem para fornecer
uma corrente elétrica às espiras localizadas em dois de seus elementos, o
estator e o rotor, que estão enroladas num núcleo de ferro-carbono, de modo a
gerar movimento. Como veremos na próxima unidade, a passagem de corrente
induz o surgimento de campos magnéticos que fornecem um torque necessário
para fazer girar o rotor. Assim, temos a conversão da energia elétrica gerada
em energia mecânica necessária para fazer um corpo se mover.
Podemos citar vários exemplos de motores que utilizamos no dia-a-dia,como o motor da geladeira, da batedeira, do circulador de ar e dos carros
(motor de arranque).
5. Transformadores
Para transportar a corrente elétrica entre as usinas hidrelétricas e
nossas casas, devemos minimizar as perdas provocadas pelo efeito Joule.
Como as perdas são proporcionais ao quadrado da corrente, temos que reduzira intensidade da corrente elétrica que passa nos cabos, o que pode ser feito
utilizando dispositivos chamados transformadores. O Transformador é o
dispositivo elétrico que recebe a corrente elétrica sob uma dada tensão e a
transmite em alta tensão, o que provoca a passagem de uma corrente baixa,
de acordo com a expressão da potência elétrica. Assim, com essa alteração, as
perdas pela passagem da corrente elétrica nos cabos são bem menores,
obtendo-se uma maior eficiência no aproveitamento da energia elétrica gerada
pelas usinas.
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6. Receptores:
Durante o funcionamento de um motor elétrico, ocorrerá uma segundafase de funcionamento da bateria, oposta à primeira: o elemento de circuito
recebe energia e a transforma em um tipo de energia diferente da elétrica. Tais
aparelhos ou dispositivos são os chamados Receptores.
Exemplos Resolvidos:
1. Determine o módulo da força entre duas cargas iguais a 1 C, situadas
no vácuo a 1m de distância entre si.
Sabemos, da Lei de Coulomb, que: F=(kqQ) /d2, logo F = kq2 /d2= 9x109x1x1/12,
de modo que se obtém: F = 9x109 N.
2. Num ponto de um campo elétrico, o vetor campo elétrico tem direção
horizontal, sentido da direita para a esquerda e intensidade 0,1 MN/C.
Coloca-se, neste ponto, uma carga puntiforme de -2 C. Determine a
intensidade, a direção e o sentido da força que atua na carga.
A força que atua na carga é dada por: F = | q | E, logo F = 2 x 10-6 x 0,1 x 10 6,
de modo que F = 0,2 N. A força tem a mesma direção do campo e sentido
contrário, da esquerda para a direita.
3. Uma carga elétrica puntiforme q = 1 C é transportada do ponto A até o
ponto B de um campo elétrico. A força elétrica que age em q realiza um
trabalho T = 0,1 mJ. Determine a ddp entre A e B e o potencial elétrico de
A, adotando-se B como referência.
Neste caso, sabemos que T = q.(V A - VB), logo: 0,1 x 10-3=10-6 x (V A- VB), logo
obtém-se V A- VB=100V. Adotando VB=0, conclui-se que V A = 100V.
4. Calcule a corrente de um circuito com dois resistores em série de
valores R1= 5 ! e R2= 15 !, submetidos à ddp de 100 V.
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Tópicos de Física Clássica Unidade V: Eletrostática e Corrente Elétrica
Neste caso, temos a resistência equivalente: R = R1+ R2, logo concluímos que:
R = 5 + 15 = 20 !. Assim, usando a Lei de Ohm, temos: i = V / R = 100 / 20, de
modo que i = 5 A.
5. Calcule a resistência equivalente de um circuito com dois resistores em
paralelo de valores R1= 5 ! e R2= 15 !.
Neste caso, temos: R = R1R2 / (R1+ R2), logo: R = 5.15 / 20 = 3,75 !.
PARA SABER MAIS
Para saber mais sobre Eletrostática e Corrente Elétrica, consulte abibliografia de nosso curso. Há também algumas páginas da internet quepodem servir de apoio e para estudos complementares, dentre as quais:
O sítio da internet HowStuffWorks (“Como as coisas funcionam”) é muito bom
e útil para obtermos informações sobre os vários dispositivos e máquinas
elétricas. Você pode se informar em:
http://ciencia.hsw.uol.com.br/usinas-hidreletricas2.htm
O material do grupo de reformulação de ensino de Física é muito bom, emespecial nos tópicos que estudamos nesta Unidade. Você pode consultá-lo em:
http://www.if.usp.br/gref/eletromagnetismo.html
Animações e simulações também estimulam muito o aprendizado dos alunos.Como inspiração, veja as animações nas páginas abaixo. Na primeira, clique
na opção Ensino à Distância e veja, por exemplo, a simulação envolvendocargas elétricas; na segunda, clique nas opções da Eletrodinâmica (em inglês):
http://www.unb.br/iq/kleber/
http://www.fisica.ufpb.br/prolicen/fendt/physengl/phe10.htm
Como material de apoio, revistas de divulgação científica são também
excelentes meios de estimular o interesse dos alunos. Veja o artigo da revista
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Unidade: Eletrostática e Corrente Elétrica
Scientific American Brasil de março de 2009 sobre novos motores, para tal
propósito (biblioteca UNICSUL, bibliotecas municipais, etc.):
“A aurora dos Foguetes Elétricos”, por Edgar Y. Choueiri.
Veja também a revista Ciência Hoje, que tem artigos interessantes nesses tópicos daFísica. Por exemplo, leia o artigo “Uma Descoberta Eletrizante” na Ciência Hoje(155), de novembro de 1999.
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