Eletricidade I

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Estrutura atómica da matéria

A matéria quer se encontre no estado sólido, liquido ou gasoso é constituída por

moléculas

, as moléculas por

átomos

e os átomos por

electrões

,

protões

e

neutrões

.

Os protões e os neutrões encontram se no núcleo dos átomos.

Os electrões têm carga eléctrica negativa e giram em órbitas electrónicas à volta do núcleo dos átomos.

Electrão livre Órbita electrónica Os electrões das últimas órbitas electrónicas que conseguem sair ficam livres e designam-se por

electrões livres

.

2

Intensidade da corrente eléctrica

A

intensidade da corrente eléctrica

(I) é o movimento orientado desses electrões livres ao longo dos condutores eléctricos.

Electrões livres Condutor eléctrico Os

condutores eléctricos

(cobre, prata, alumínio) têm muitos electrões livres por isso são usados para conduzir a corrente eléctrica.

Os

isoladores eléctricos

(plástico, borracha, baquelite) não têm electrões livres por isso não conduzem a corrente eléctrica.

Grandeza eléctrica Intensidade da corrente elétrica (

I

) Unidade Ampére (

A

) Aparelho de medida Amperímetro 3

Sentido da corrente elétrica

O

sentido convencional

da corrente elétrica é do potencial positivo (+) para o potencial negativo (-) do gerador.

Electrões livres Condutor eléctrico

+ _

O

sentido real

da corrente elétrica é do potencial negativo (-) para o potencial positivo (+) do gerador.

_ +

4

Tensão ou diferença de potencial

Para que haja um movimento orientado dos electrões livres é necessário aplicar ao condutor eléctrico uma

tensão

(U) através da utilização de um

gerador eléctrico

(pilha, bateria, dínamo ou alternador).

Na figura vemos o gerador (bateria) que é responsável por criar uma tensão (U) ou diferença de potencial que vai ser responsável pelo movimento orientado dos electrões livres que se encontram nos condutores eléctricos e que ao passarem no filamento da lâmpada (receptor) vão provocar a emissão de luz.

Grandeza eléctrica Tensão ou diferença de potencial (

U

) Unidade Volt (

V

) Aparelho de medida Voltímetro 5

Força eletromotriz – f.e.m.

Um gerador é um dispositivo ou aparelho que mantém constante a d.d.p. aos seus terminais. Quando se liga o terminal positivo ao negativo através de um receptor vai haver movimento de cargas eléctricas, corrente eléctrica. O gerador vai manter a diferença de potencial para que continue a haver corrente. O que faz com que a o gerador mantenha a d.d.p., repondo as cargas internamente do pólo positivo para o negativo é a sua

força electromotriz

, que se exprime em volts. 6

Resistência elétrica

A resistência eléctrica (R) consiste na dificuldade que os materiais apresentam à passagem da corrente eléctrica.

Os materiais condutores (cobre, prata, alumínio) têm muitos electrões livres por isso são usados para conduzir a corrente eléctrica, já que apresentam uma resistência praticamente nula (R ≈ 0).

Os materiais isoladores (plástico, borracha, baquelite) não têm electrões livres por isso não conduzem a corrente eléctrica oferecendo uma grande resistência à sua passagem (R ≈ ∞).

Grandeza eléctrica Resistência eléctrica (

R

) Unidade Ohm (  ) Aparelho de medida Ohmímetro 7

Resistividade elétrica

A resistência eléctrica (R) de um condutor aumenta com o seu comprimento (l) e diminui se a sua secção (S) aumentar.

Considerando o comprimento do condutor expresso em metros (m) e a secção do condutor em milímetros quadrados (mm 2 ), a resistência é expressa em ohm (Ω). Na expressão aparece um coeficiente de proporcionalidade (

ρ

) denominado de

resistividade eléctrica

que é uma medida da oposição de um dado material à passagem da corrente eléctrica. Quanto mais baixa for a resistividade mais facilmente o material permite a passagem da corrente elétrica. 8

Múltiplos e Submúltiplos

Sucede por vezes, que a unidade adoptada é muito maior ou muito menor do que a grandeza a medir. Assim, teremos de usar submúltiplos ou múltiplos dessa unidade.

O quadro seguinte indica as designações de alguns dos prefixos mais usados.

Múltiplos Submúltiplos Prefixo Símbolo Factor de multiplicação

quilo mega giga tera mili micro nano pico K M G T m µ n p 1 000 = 10 3 1 000 000 = 10 6 1 000 000 000 = 10 9 1 000 000 000 000 = 10 12 0,001 = 10 -3 0,000 001 = 10 -6 0,000 000 001 = 10 -9 0,000 000 000 001 = 10 -12 9

Lei de Ohm

Quando aos terminais de um circuito de resistência R [Ω] é aplicada uma diferença de potencial U [V], produz-se nele uma corrente de intensidade I [A], cujo valor obedece à expressão: 10

Aplicação da lei de Ohm

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Circuito eléctrico

Qualquer

circuito eléctrico

é constituído por

gerador

,

receptor

,

condutores eléctricos

e geralmente por um

aparelho de comando

.

Geradores de corrente contínua:

Pilha, bateria de acumuladores ou dínamo

.

Gerador de corrente alternada:

Alternador

.

Aparelho de comando

Receptores:

Lâmpada, campainha, motor, electrodomésticos.

Aparelhos de comando:

Interruptor, botão de pressão.

Condutores eléctricos:

Condutor de cobre com um isolamento exterior de plástico.

Receptor

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Simbologia

Um circuito eléctrico é representado por um

esquema eléctrico símbolos

.

através de

Pilha

+ _

Campainha

_

Bateria de acumuladores Dínamo

+

Motor

M

Alternador Lâmpada

G ~

Interruptor Botão de pressão Condutor

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Circuito elétrico aberto e fechado

Um interruptor a comandar uma lâmpada.

+ _ O

circuito eléctrico

está corrente eléctrica logo a

aberto

porque o interruptor não permite a passagem da

lâmpada

estará

apagada

.

+ _ O

circuito eléctrico

está

fechado

porque o interruptor permite a passagem da corrente eléctrica logo a

lâmpada

estará

acesa

.

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Efeitos da corrente elétrica

A corrente eléctrica quando percorre um circuito eléctrico pode produzir os seguintes efeitos: Efeito

calorífico

, efeito

luminoso

, efeito

magnético

, efeito

mecânico

, efeito

químico

.

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Ligação em série de resistências

As resistências são ligadas umas a seguir às outras.

R T = R1 + R2 + R3

Síntese das características da associação série

a) A intensidade I é a mesma em todas as resistências b) A tensão total aplicada é igual à soma das tensões parciais nas diferentes resistências UT = U1 + U2 + U3 +...Un c) A resistência total equivalente é igual à soma das resistências parciais RT = R1+ R2 + R3+…Rn 16

Receptores ligados em série

3 Volt 3 Volt 3 Volt Os receptores são ligados uns a seguir aos outros.

+ _ 9 Volt

Inconvenientes da ligação em série de receptores:

•Se um dos receptores avariar (por exemplo uma lâmpada fundir) a corrente eléctrica já não passa para os outros receptores ou seja, o circuito fica interrompido para os restantes receptores.

•A tensão aplicada pelo gerador ao circuito divide-se pelo número de receptores.

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Ligação em paralelo de resistências

As resistências estão ligadas em paralelo ou em derivação, quando as extremidades das resistências estão ligadas entre si.

Síntese das características da associação em paralelo

: a) A tensão é a mesma em todas as resistências. b) A Intensidade total (IT) é igual à soma das intensidades parciais nas diferentes resistências IT = I1 + I2 + I3 +.....In c) A resistência total equivalente é igual à soma dos inversos das resistências parciais d) A resistência total equivalente é sempre menor que a menor das resistências parciais.

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Receptores ligados em paralelo

9 Volt Os receptores são ligados uns aos terminais dos outros.

9 Volt Nó ou derivação 9 Volt +

Vantagens da ligação em paralelo dos receptores:

•Se um dos receptores avariar (por exemplo uma das lâmpadas fundir) os outros continuam a funcionar porque a corrente continua a poder passar por eles.

•A tensão aplicada pelo gerador ao circuito é a tensão que fica aplicada em cada receptor independentemente do seu número.

Por estes motivos é que todos os receptores das nossas casas estão ligados em paralelo.

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Potência elétrica

A potência eléctrica de um equipamento pode ser calculada através da tensão aplicada e da corrente consumida. A energia eléctrica (W) consumida por um equipamento é definida como sendo o produto da potência eléctrica pelo tempo. A unidade de potência eléctrica (P) é o watt (W), do tempo (t) é a hora (h) logo, a unidade de energia elétrica é o Watt-hora (Wh) 20

Efeito de Joule

Já foi referido que um dos efeitos da corrente elétrica é o efeito calorífico, ou seja, esta provoca o aquecimento de todos os condutores e aparelhos que percorre. Este efeito toma o nome de Efeito de Joule.

A energia elétrica transformada em energia calorífica no circuito elétrico de um recetor é diretamente proporcional à resistência deste, ao quadrado da intensidade da corrente que o percorre e ao tempo de passagem desta.

A corrente é expressa em amperes (A), a resistência em ohm (Ω), o tempo em segundos (s) e o calor é expresso em joules (J). 21

Ligação do amperímetro e voltímetro

O

Amperímetro

é ligado em

série

no circuito.

+

A

_ + _ +

V

_ O

Voltímetro

é ligado em

paralelo

ou em derivação aos terminais do recetor ou do gerador + _ 22

Multímetro

O multímetro é um

aparelho de medida

que permite medir a

Intensidade da corrente eléctrica

, a

Tensão

ou diferença de potencial, a

Resistência eléctrica

, verificar a

continuidade

eléctrica, etc.

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Transformações energéticas

Dínamo - Transforma energia mecânica em energia elétrica

η = P

u

: P

a

η – rendimento Pu – Potência útil (Potência elétrica) Pa – Potência absorvida (Potência mecânica) 24

Transformações energéticas

Motor – Transforma energia elétrica em energia mecânica

η = P

u

: P

a

η – rendimento Pu – Potência útil (Potência mecânica) Pa – Potência absorvida (Potência elétrica) 25

Proteção das pessoas

Em caso de electrocussão

é importante seguir alguns passos para garantir os primeiros socorros: Antes de avançar para a vítima deve desligar o disjuntor do circuito (ou o interruptor geral do quadro) que provocou o choque eléctrico. Se não for possível, deve afastar a vítima dos condutores, garantindo primeiro o seu isolamento (colocar-se sobre uma base isolada – madeira, tapete borracha, etc.) ou utilizar equipamentos isolantes para afastar os condutores. Se for necessário, aplicar os primeiros socorros à vítima (reanimação cárdio respiratório) e chamar urgentemente o 112. - Arejar bem o local, desapertar roupa e sapatos. Manter a vítima numa posição que mantenha a desobstrução das vias respiratórias. 26

Sensores e transdutores

Transdutor

Dispositivo que converte uma forma de energia noutra.

É o caso das células fotovoltaicas que convertem directamente luz em energia eléctrica.

Sensor

Dispositivo que converte uma forma de energia numa variação de uma grandeza eléctrica qualquer, como corrente ou resistência.

Esse é o caso das LDR em que o valor da sua resistência varia com a luz que incide nela..

Lucínio Preza de Araújo 27