Eletrodinâmica Ramo da eletricidade que estuda as cargas em movimento. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Corrente elétrica Observe o movimento dos elétrons em um condutor. Movimento caótico VA VB E Criando uma ddp nos.
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Eletrodinâmica Ramo da eletricidade que estuda as cargas em movimento. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Corrente elétrica Observe o movimento dos elétrons em um condutor. Movimento caótico VA VB E Criando uma ddp nos terminais deste condutor, verificamos que os elétrons passam a se mover ordenadamente. À este movimento ordenado dos elétrons damos o nome de corrente elétrica. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Sentido da corrente elétrica Sentido real: movimento dos elétrons é contrário à linha de campo elétrico [email protected] Sentido convencional: considerase o movimento imaginário dos prótons. www.jackfisica.wordpress.com Cálculo da corrente elétrica Para calcular a corrente elétrica, basta medirmos a quantidade de carga elétrica que passa por uma secção transversal de um condutor por unidade de tempo. Q i Área da secção transversal t [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Unidade de corrente elétrica Q i t C i s i A ampère [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Tipos de correntes i(A) i(A) + i t(s) Corrente contínua [email protected] t(s) Corrente Alternada www.jackfisica.wordpress.com Efeitos da corrente elétrica Efeito Joule: quando a corrente elétrica atravessa um condutor e verificase a transformação de energia elétrica em energia térmica. Chuveiro elétrico [email protected] Chapinha Ferro www.jackfisica.wordpress.com Efeito químico: a corrente elétrica ao atravessar uma solução de ácido sulfúrico em água, por exemplo, observa-se que da solução se desprende hidrogênio e oxigênio. A corrente elétrica produz, então, uma ação química nos elementos que constituem a solução. Esta ação, que se chama eletrólise. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Efeito magnético: Quando a corrente elétrica passa em um condutor, ao redor do condutor se produz um campo magnético. A corrente elétrica se comporta como um ímã, tendo a propriedade de exercer ações sobre ímãs e, sobre o ferro. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Efeito luminoso: a corrente ao atravessar um gás ela transforma a energia elétrica em energia luminosa Observação: Lâmpadas incandescentes [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Efeito fisiológico: A corrente elétrica tem ação, de modo geral, sobre todos os tecidos vivos, porque os tecidos são formados de substâncias coloidais e os colóides sofrem ação da eletricidade. Mas é particularmente importante a ação da corrente elétrica sobre os nervos e os músculos. Na ação sobre os nervos devemos distinguir a ação sobre os nervos sensitivos e sobre os nervos motores. A ação sobre os nervos sensitivos dá sensação de dor. A ação sobre os nervos motores dá uma comoção (choque). A corrente elétrica passando pelo músculo produz nele uma contração. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Elementos de um circuito elétrico Temos aqui um circuito elétrico simples Chave liga/desliga lâmpada ch gerador + [email protected] - www.jackfisica.wordpress.com Elementos de um circuito elétrico Geradores transformam qualquer modalidade de energia em energia elétrica Representação de um gerador [email protected] i www.jackfisica.wordpress.com Receptores Transformam energia elétrica em qualquer outra modalidade de energia. i [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Resistência elétrica Transforma a energia elétrica em energia térmica R [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Dispositivo de controle Instrumentos para medir a intensidade de corrente elétrica e tensão elétrica. A Amperímetro V Voltímetro [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Dispositivo de manobra Chave liga/desliga ch [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Dispositivo de segurança Ao serem atravessados por uma corrente maior que a especificada, impede a passagem da mesma garantindo a integridade dos demais elementos de um circuito. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Estudo dos resistores Resistência elétrica i R U3 U 1ª Lei de Ohm George Simon Ohm, verificou que a razão entre as diferentes tensões e as correntes elétricas geradas por cada uma dessas tensões, apresentavam um valor constante k. [email protected] U(V) U2 U1 i1 i2 i3 i(A) Un U1 U 2 U 3 k ... i1 i2 i3 in www.jackfisica.wordpress.com Conclusão Concluiu então que o valor obtido pelo k era na realidade o valor da resistência do condutor. U R i A unidade da resistência elétrica é o ohm [ ], que é a razão entre volt e ampère Ou seja, U R.i [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Potência elétrica e Energia Elétrica Lembrando que: U .Q e P t Então, dividindo a equação do trabalho pela variação de tempo teremos: Q U. t t P U .i P i.U Unidade da Potência no S.I. é o W ( watt ), que é o produto das unidades V.A (volts . ampère) [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Potência Elétrica P U .i P R.i.2i U.i R.i PR [email protected] P U .i U iU U P U. R RR 2 ou www.jackfisica.wordpress.com Energia elétrica Para calcular a energia elétrica, basta conhecermos a potência utilizada e o tempo de utilização dos equipamentos elétricos. P.t W .s J Unidades: kW.h [email protected] www.jackfisica.wordpress.com 2ª Lei de Ohm SA l A l SB B [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Associação de resistores 2. Ligação em paralelo 1. Ligação em série Farol de um automóvel lâmpadas de natal [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Ligação em série [email protected] Ligação em paralelo www.jackfisica.wordpress.com Série U Desvantagem: Se um dos resistores queimar, os outros deixam de funcionar. A potência é menor em cada um dos resistores, pois a tensão total é dividida proporcionalmente ao valor das resistências. Req = R1 + R2 [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Paralelo 𝑅𝑒𝑞 = 𝑅1 . 𝑅2 𝑅1 + 𝑅2 Vantagem: a tensão em cada resistor é a mesma o que temos maior potência em cada resistência, no caso de lâmpadas, o brilho é mais intenso. Se uma das resistências parar de funcionar, ou queimar, as outras continuam funcionando [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Ponte de Wheatstone Dispositivo para determinar o valor de uma resistência desconhecida. B UAB = Rx.i1 UAD = R2.i2 UBC = R1.i1 A C UDC = R3.i2 Como VB=VD Rx.i1 = R2.i2 R1.i1 = R3.i2 D Dividindo-se esses termos: 𝑅𝑥. 𝑖1 𝑅1. 𝑖1 = 𝑅2. 𝑖2 𝑅3. 𝑖2 𝑅𝑥 𝑅1 = 𝑅2 𝑅3 𝑅𝑋 . 𝑅3 = 𝑅1 . 𝑅2 [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Ponte de fio 𝑅𝑥 . 𝑅2 = 𝑅1 . 𝑅3 ℓ2 𝑅𝑥 . 𝜌 𝑆 ℓ1 ℓ2 = ℓ1 𝑅3 . 𝜌 𝑆 𝑅𝑥 . ℓ2 = 𝑹𝟑 . ℓ1 Exercícios página 429 [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Exercícios 01. O circuito da figura é alimentado por um gerador de 12 V. A corrente no galvanômetro é nula. Determine: a)O valor da resistência R. b)O valor da resistência equivalente. c)A potência dissipada no resistor R. 02. Nos circuitos esquematizados a seguir, o galvanômetro não é percorrido por corrente elétrica. Determine o valor de resistência Rx. a) [email protected] www.jackfisica.wordpress.com b) c) d) [email protected] www.jackfisica.wordpress.com 03. O circuito da figura é alimentado por um gerador de 12 V. A corrente no 3Ω galvanômetro é nula. Determine: 2Ω a)O valor da resistência R. b)O valor da resistência equivalente. c)A potencia dissipada no resistor R. 6Ω G 1Ω R 4Ω 1Ω gerador [email protected] www.jackfisica.wordpress.com O gerador Transformar qualquer modalidade de energia em energia elétrica. E = Força eletromotriz r = resistência interna U = tensão nos terminais i – corrente elétrica [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Equação dos geradores Ptotal Pútil Gerador Ptotal = Pdissipada + Pútil 𝐸. 𝑖 = 𝑟. 𝑖 2 + 𝑈. 𝑖 𝐸 = 𝑟. 𝑖 + 𝑈 𝐸 − 𝑟. 𝑖 = 𝑈 Pdissipada 𝑈= 𝐸 − 𝑟. 𝑖 [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Curva Característica 𝑈= 𝐸 − 𝑟. 𝑖 E Quando: Gerador em aberto i=0 U=E Gerador em curto circuito U=0 𝑖𝑐𝑐 𝐸 = 𝑟 i Corrente de curto circuito [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Rendimento de um gerador 𝑃𝑢𝑡𝑖𝑙 𝜂= 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Lei de Ohm-Pouillet U 𝑈𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 = 𝑈𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑅. 𝑖 = 𝐸 − 𝑟. 𝑖 𝑅. 𝑖 + 𝑟. 𝑖 = 𝐸 𝑖(𝑅 + 𝑟) = 𝐸 [email protected] 𝐸 𝑖= 𝑅+𝑟 www.jackfisica.wordpress.com Exercícios 01. Uma pilha de força eletromotriz de 12V tem resistência interna de 0,2Ω. Determine a intensidade de corrente que a atravessa quando a tensão entre seus terminais é de 8V. 02.Uma bateria de automóvel tem força eletromotriz de 12V resistência interna de 0,5Ω. Calcule a intensidade da corrente máxima que podemos observar com essa bateria. 03. O gráfico da figura representa a curva característica de um gerador. Qual o rendimento desse gerador quando a intensidade da corrente que o percorre é de 1A? [email protected] www.jackfisica.wordpress.com 04. Um gerador de força eletromotriz de 1,5V tem resistência interna de 0,10Ω é ligado a um condutor externo de R = 0,65 Ω. Calcule a ddp entre os terminais desse gerador. 05. O gráfico representa a curva característica de um gerador. Liga-se aos seus terminais um resistor de resistência igual a 10Ω. Determine a intensidade de corrente elétrica que se estabelece no circuito. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com 05. Observe este circuito, constituído de três resistores de mesma resistência R; um amperímetro A; uma bateria ; e um interruptor S: Considere que a resistência interna da bateria e a do amperímetro são desprezíveis e que os resistores são ôhmicos. Com o interruptor S inicialmente desligado, observa-se que o amperímetro indica uma corrente elétrica I. Com base nessas informações, calcule, quando o interruptor S é ligado,a corrente elétrica registrada pelo amperímetro. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Máxima transferência de potência Ptotal = Pdissipada + Pútil 𝐸. 𝑖 = 𝑟. 𝑖 2 + 𝑃ú𝑡𝑖𝑙 𝐸. 𝑖 − 𝑟. 𝑖 2 = 𝑃ú𝑡𝑖𝑙 𝑃ú𝑡𝑖𝑙 = 𝐸. 𝑖 − 𝑟. 𝑖 2 [email protected] www.jackfisica.wordpress.com 𝑃ú𝑡𝑖𝑙 = 𝐸. 𝑖 − 𝑟. 𝑖 2 Se i = 0 𝑃𝑢𝑚á𝑥 𝑃ú𝑡𝑖𝑙 =0 0 [email protected] 𝑖𝑐𝑐 2 𝑖 = 𝑖𝑐𝑐 ou 𝑖 = 0 𝑖𝑐𝑐 www.jackfisica.wordpress.com Para potência máxima - Verificamos que a corrente que atravessa o gerador é metade da corrente de curto circuito i= 𝑖𝑐𝑐 2 = 𝐸 𝑟 2 = 𝐸 2𝑟 𝐸 𝑖= 2𝑟 - Então, a tensão em potência máxima será: 𝑈 = 𝐸 − 𝑟. 𝑖 𝐸 𝑈 = 𝐸 − 𝑟. 2𝑟 [email protected] 𝐸 𝑈= 2 www.jackfisica.wordpress.com - A resistência elétrica em potência máxima será de: 𝑈 = 𝑅. 𝑖 𝐸 𝐸 = 𝑅. 2 2𝑟 𝑅=𝑟 - Potência elétrica máxima será de: 𝑃𝑢 = 𝑈. 𝑖 𝑃𝑢 = 𝐸 𝐸 . 2 2𝑟 𝐸2 𝑃𝑢 = 4𝑟 - Rendimento em Potência elétrica máxima será de: 𝐸 𝑈 𝑛= =2 𝐸 𝐸 [email protected] 1 𝑛= 2 Ou seja: n = 50% www.jackfisica.wordpress.com Exercícios 01. Um gerador de fem igual a 20V e resistência interna de 0,1 Ω é ligado em um terminal de um reostato. Determine: a) A corrente através do reostato para o qual o gerador fornece a máxima bateria. b) A resistência do reostato nas condições do item anterior. c) O rendimento do gerador d) A potência máxima transferida 02. Um gerador de fem igual a 40V e resistência interna de 0,5Ω é ligado em um terminal de um reostato. Determine: a) A corrente através do reostato para o qual o gerador fornece a máxima bateria. b) A resistência do reostato nas condições do item anterior. c) O rendimento do gerador d) A potência máxima transferida [email protected] www.jackfisica.wordpress.com 03. O gráfico mostra a potência lançada por um gerador num circuito elétrico. a) Qual a corrente de curto-circuito do gerador? b) Qual a resistência interna do gerador? 04. Um gerador de fem igual a 40V e resistência interna de 0,5Ω é ligado em um terminal de um reostato. Determine: a) A corrente através do reostato para o qual o gerador fornece a máxima bateria. b) A resistência do reostato nas condições do item anterior. c) O rendimento do gerador d) A potência máxima transferida [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Associação de geradores Paralelo Série Objetivo: aumentar a potência fornecida através do aumento da fem [email protected] www.jackfisica.wordpress.com - Geradores em Série 𝑈1 𝑈2 𝑈3 𝑈𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑈1 +𝑈2 +𝑈3 𝐸𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 − 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣 . 𝑖 = 𝐸1 - 𝑟1 .i + 𝐸2 − 𝑟2 .i + 𝐸3 - 𝑟3 .i 𝐸𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 − 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣 . 𝑖 = (𝐸1 + 𝐸2 + 𝐸3 ) - ( 𝑟1 + 𝑟2 + 𝑟3 ).i 𝐸𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐸1 + 𝐸2 + 𝐸3 [email protected] 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣 = 𝑟1 + 𝑟2 + 𝑟3 www.jackfisica.wordpress.com - Geradores em Paralelo 𝐸𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣 = 𝐸 [email protected] 1 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣 = 1 𝑟1 + 1 𝑟2 + 1 𝑟3 www.jackfisica.wordpress.com Exercícios 1. Têm-se dois geradores associados em série: o primeiro possui fem E1= 1,5V e resistência interna 0,5Ω e E2= 4,5V e resistência interna de 1,0 Ω. Determine a fem, resistência interna e a corrente de curto circuito do gerador equivalente. 2. Têm-se uma associação em paralelo de três pilhas iguais, cada uma com fem 9V e resistência interna de 4,8 Ω. Determine a fem, resistência interna equivalente. 3. Uma associação mista de pilhas é constituída por dois ramos cada um contendo três pilhas em série. Se cada pilha possui fem 1,2V e resistência interna 0,8 Ω, determine a fem e resistência interna equivalentes. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Receptores Transformam energia elétrica em qualquer outra modalidade de energia. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com U E´ = Força contra - eletromotriz r´ = resistência interna do receptor U = tensão nos terminais i – corrente elétrica [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Receptores Todo aparelho que transforma energia elétrica em qualquer outra modalidade de energia. Equação dos Receptores Ptotal Pútil Receptor Ptotal = Pdissipada + Pútil 𝑈. 𝑖 = 𝑟´. 𝑖 2 + 𝐸´. 𝑖 U= 𝑟´. 𝑖 + 𝐸´ 𝑈 − 𝑟´. 𝑖 = 𝐸´ 𝑈= 𝐸´ + 𝑟´. 𝑖 [email protected] Pdissipada www.jackfisica.wordpress.com Rendimento de um receptor 𝑝𝑈 𝐸´ η´ = = 𝑃𝑡 𝑈 [email protected] www.jackfisica.wordpress.com Curva Característica 𝑈= 𝐸´ + 𝑟´. 𝑖 U Quando: Circuito aberto i=0 E´ U = E´ 0 [email protected] i www.jackfisica.wordpress.com Exercícios 01. Tem-se um motor elétrico de fcem 20V e resistência interna de 2 Ω, atravessado por corrente elétrica de 10 A. Nessas condicões, calcule: a) A ddp em seus terminais b) O rendimento do motor 02. A figura mostra a curva característica de um receptor. Determine: a) Sua fcem b) Resistência interna c) Rendimento quando percorrido por corrente de 8A [email protected] www.jackfisica.wordpress.com 03. Uma bateria, quando recebe do circuito externo a potência de 120W, é atravessado pela corrente de 8A. Invertendo-se seus terminais, a bateria passa a entregar ao circuito externo a potência de 40W e a corrente passa a ser 4A. Determine a fem e a resistência interna da bateria. [email protected] www.jackfisica.wordpress.com