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Corrente elétrica

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  1. Prof. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda o----mundomundomundomundo----dadadada----fisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.com 1 ELETRODINÂMICA É o ramo da Eletricidade que estuda o comportamento das cargas elétricas em movimento. A eletricidade é de suma importância para basicamente todos os processos presentes na vida moderna, como exemplo, sem ela, obviamente você não poderia estar visualizando esta apresentação. CORRENTE ELÉTRICA É o movimento ordenado de elétrons no interior de um condutor, e ela pode ocorrer nos condutores sólidos, como os metais, e em gases e líquidos ionizados. Importante lembrar que é o elétron que se movimenta, desprendendo- se da camada de valência da eletrosfera para a próxima camada, assim sucessivamente. INTENSIDADE DA CORRENTE ELÉTRICA Considere uma secção no nosso fio condutor, onde podemos contar a quantidade de elétrons que passam por ela. Cada elétron possui uma carga elétrica conhecida como carga elétrica elementar (e). e = 1,6 . 10 -19 C Para calcular a quantidade de carga elétrica (Q) fornecida basta multiplicarmos o número de elétrons (n) que passa pela secção pelo valor da carga elétrica elementar. A carga elétrica no Sistema Internacional (SI) é medida em Coulomb (C). A intensidade da corrente (i) será maior quanto mais elétron passar pela secção, ou seja, quanto mais cargas passarem no menor intervalo de tempo (∆t). Por isso define-se corrente elétrica (i) como sendo a quantidade de carga (Q) dividida pelo tempo (∆t). A unidade de corrente elétrica no Sistema Internacional (SI) é o ampère (A). TIPOS DE CORRENTE • Contínua: é aquela que não altera a sua intensidade e nem o seu sentido, ou seja, é sempre positiva ou sempre negativa. Seu gráfico for dado por um segmento de reta constante, ou seja, não variável. É comumente encontrado em pilhas e baterias. i = Q . ∆∆∆∆t Q = n . e
  2. Prof. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda o----mundomundomundomundo----dadadada----fisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.com 2 • Alternada: é aquela que sua intensidade e seu sentido variam. Dependendo da forma como é gerada a corrente, esta é invertida periodicamente, ou seja, ora é positiva e ora é negativa, fazendo com que os elétrons executem um movimento de vai-e-vem. Este tipo de corrente é o que encontramos quando medimos a corrente encontrada na rede elétrica residencial, ou seja, a corrente medida nas tomada de nossa casa. PROPRIEDADE DO GRÁFICO – I x T SENTIDO DA CORRENTE ELÉTRICA O sentido real da corrente elétrica será o mesmo sentido do movimento das cargas elétricas negativas (elétrons) e, portanto, contrário ao movimento das cargas positivas (prótons). Essa convenção foi usada por um período devido ao fato de que na época não se tinha equipamentos para visualizar o movimento das cargas. Com o avanço tecnológico, definiu-se por convenção, o sentido convencional da corrente como sendo o sentido contrário ao movimento dos elétrons. EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA A) Efeito fisiológico: O efeito fisiológico corresponde à passagem da corrente elétrica por organismos vivos. A corrente elétrica age diretamente no sistema nervoso, provocando contrações musculares. Quando isso ocorre, dizemos que houve um choque elétrico. O pior caso de choque é aquele que a corrente elétrica entra pela mão de uma pessoa e sai pela outra. Nesse caso, atravessando o tórax de ponta a ponta, ela tem grande chance de afetar o coração e a respiração. O valor mínimo de intensidade de corrente que se pode perceber pela sensação de cócegas ou formigamento leve é 1 m A. Entretanto, com uma corrente de intensidade 10 mA, a pessoa já perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir a mão e livrar-se do contato. O valor mortal está compreendido entre 10 mA e 3 A, aproximadamente. área = b . h área = ∆t . i ⇒ Q = área t t(s) i(A) A
  3. Prof. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda o----mundomundomundomundo----dadadada----fisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.com 3 Nesses valores, a corrente, atravessado o tórax, atinge o coração com intensidade suficiente para modificar seu ritmo. Modificado o ritmo, o coração pára de bombear sangue pelo corpo e a morte pode ocorrer em poucos segundos. Se a intensidade for ainda mais alta, a corrente pode paralisar completamente o coração. Este se contrai o mais possível e mantém-se assim enquanto passar a corrente. Interrompida a corrente, geralmente o coração relaxa e pode começar a bater novamente, como se nada tivesse acontecido. Todavia, paralisado o coração, paralisa- se também a circulação sangüínea, e uma pequena interrupção dessa circulação pode provocar danos cerebrais irreversíveis. B) Efeito térmico: O efeito térmico, também conhecido como efeito Joule, é causado pelo choque dos elétrons livres contra os átomos dos condutores. Ao receberem energia, os átomos vibram mais intensamente. Quanto maior for a vibração dos átomos, maior será a temperatura do condutor. Nessa condições observa-se, externamente, o aquecimento do condutor. Esse efeito é muito aplicado nos aquecedores em geral, como chuveiro, secadores de cabelo, lâmpadas térmicas, etc.. Em um chuveiro, a passagem da corrente elétrica pela "resistência" provoca o efeito térmico ou efeito Joule que aquece a água. Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elétrica. Nos condutores se processa a transformação da energia elétrica em energia térmica. C) Efeito químico: O efeito químico corresponde a certas reações químicas que ocorrem quando a corrente elétrica atravessa as soluções eletrolíticas. É muito aplicado, por exemplo, no recobrimento de metais (niquelação, cromação, prateação, etc). Uma solução eletrolítica sofre decomposição, quando é atravessada por uma corrente elétrica. É a eletrólise. Corresponde aos fenômenos elétricos nas estruturas moleculares, objeto de estudo da eletroquímica. A exploração desse efeito é utilizada nas pilhas. D) Efeito magnético: O efeito magnético é aquele que se manifesta pela criação de um campo magnético na região em torno da corrente. A existência de um campo magnético em determinada região pode ser constatada com o uso de uma bússola: ocorrerá desvio de direção da agulha magnética. Este é o efeito mais importante da corrente elétrica, constituindo a base do funcionamento dos motores, transformações, relés, etc. E) Efeito luminoso: Também é um fenômeno elétrico em nível molecular. A excitação eletrônica pode dar margem à emissão de radiação visível, tal como observamos nas lâmpadas fluorescentes. E, 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 transformação direta de energia elétrica em energia luminosa.
  4. Prof. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda o----mundomundomundomundo----dadadada----fisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.com 4 CONDUTORES E ISOLANTES Condutores são os meios materiais nos quais há facilidade de movimento de cargas elétricas Em alguns tipos de átomos, especialmente os que compõem os metais - ferro, ouro, platina, cobre, prata e outros -, a última órbita eletrônica perde um elétron com grande facilidade. Por isso seus elétrons recebem o nome de elétrons livres. Isolantes são os meios materiais nos quais não há facilidade de movimento de cargas elétricas. Nessas substâncias seus átomos têm grande dificuldade em ceder ou receber os elétrons livres das últimas camadas eletrônicas. São substâncias como o vidro, a cerâmica, o plástico ou a borracha EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01. Com base nas nossas aulas diga qual a unidade de medida no SI de corrente elétrica, carga elétrica e tempo. 02. Em nossas aulas estudamos conceitos básicos de várias coisas e sabemos que conceito é à base de todo conhecimento, sendo assim conceitue: a) condutor elétrico: b) isolante: c) corrente elétrica: 03. Na figura abaixo temos o gráfico da corrente em função do tempo. Calcule a carga total que passa por uma seção reta do fio entre os instantes: a) 0s e 4s. b) 4s a 8s. c) 0s a 8 s. 04. Pela seção reta de um fio de cobre passam uma carga Q = 320 C em um intervalo de tempo ∆t = 20 s. A intensidade da corrente elétrica que passa pelo condutor vale: 05. Pela secção transversal de um fio condutor passa uma carga elétrica de 30 C a cada 5,0 s. A intensidade média da corrente elétrica nesse fio é de: 06. Numa lâmpada incandescente a corrente elétrica nominal é i = 1,0 A. Determine a quantidade (Q) de eletricidade que atravessa seu filamento em 2,0 minutos. 07. Pela seção reta de um condutor de eletricidade passam 12,0 C a cada minuto. Nesse condutor a intensidade de corrente elétrica, em ampères, é igual a: a) 0,08 b) 0,20 c) 5,0 d) 7,2 e) 12 08. Em um fio metálico há uma corrente de elétrons de modo que, num intervalo de tempo de 2,0 s, passam 5,0 . 10 18 elétrons por uma secção reta do fio. Sabendo que a carga elétrica elementar é 1,6 . 10 -19 C, calcule a intensidade da corrente elétrica nesse fio. 09. No acelerador de partículas do Laboratório Fermi (conhecido por Fermilab), nos Estados Unidos, obtém-se um feixe de prótons que corresponde a uma corrente elétrica de intensidade 3,2 . 10 -3 A. Calcule o numero de prótons que passam por uma secção reta do tubo, a cada segundo. i(A) 4 8 t(s) 6
  5. Prof. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda o----mundomundomundomundo----dadadada----fisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.com 5 10. Em um tubo de televisão há um feixe de elétrons que, ao atingirem a tela, produzem a imagem. Em média, a cada 8,0 segundos, o número de elétrons que atingem a tela é igual a 5,0 . 10 16 . Sabendo que a carga elementar é 1,6 . 10 -19 C, calcule a intensidade média da corrente elétrica ao longo do tubo. 11. Um fio metálico é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 64mA. Para um intervalo de tempo de 5,0s, calcule: a) a carga elétrica que passa por uma secção reta do fio. b) o número de elétrons que passam por uma secção reta do fio.
  6. Prof. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda o----mundomundomundomundo----dadadada----fisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.com 6 GABARITO 01. A unidade de carga elétrica é Coulomb (C), de tempo é segundo (s) e de corrente é ampère (A). 02. a) Condutores são os meios materiais nos quais há facilidade de movimento de cargas elétricas b) Isolantes são os meios materiais nos quais não há facilidade de movimento de cargas elétricas. c) Corrente elétrica é o movimento ordenado de elétrons no interior de um condutor, e ela pode ocorrer nos condutores sólidos, como os metais, e em gases e líquidos ionizados. 03. a) QA = A = b . h = 4 . 6 = 24 C b) QB = A = b . h = 4 . 6 = 24 = 12 C 2 2 2 c) QC = QA + QB = 24 + 12 = 36 C ou QC = (b + B) . h = (4 + 8) . 6 = 12 . 6 =72 = 36 C 2 2 2 2 04. Dados: Q = 320 C ∆t = 20 s i = Q = 320 = 16 A ∆t 20 05. Dados: Q = 30 C ∆t = 5 s i = Q = 30 = 6 A ∆t 5 06. Dados: i = 1 A ∆t = 2 min x 60 = 120 s i = Q → 1 = Q → Q = 120 C ∆t 120 07. OPÇÃO B. Dados: Q = 12 C ∆t = 1 min x 60 = 60 s i = Q = 12 = 0,2 A ∆t 60 08. Dados: ∆t = 2 s n = 5 . 10 18 e - e = 1,6 . 10 -19 C Q = n . e = 5 . 10 18 . 1,6 . 10 -19 = 8 . 10 -1 = 0,8 C i = Q = 0,8 = 0,4 A ∆t 2 09. Dados: i = 3,2 . 10 -3 A ∆t = 1 s e = 1,6 . 10 -19 C i = Q → 3,2 . 10 -3 = Q → Q = 3,2 . 10 -3 C ∆t 1 Q = n . e → 3,2 . 10 -3 = n . 1,6 . 10 -19 n = 3,2 . 10 -3 = 2 . 10 16 elétrons 1,6 . 10 -19 10. i(A) 4 8 t(s) 6 h = 6 b = 4 B = 8
  7. Prof. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda oProf. Thiago Miranda o----mundomundomundomundo----dadadada----fisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.comfisica.blogspot.com 7 Dados: ∆t = 8 s n = 5 . 10 16 e - e = 1,6 . 10 -19 C Q = n . e = 5 . 10 16 . 1,6 . 10 -19 = 8 . 10 -3 C i = Q = 8 . 10 -3 = 1 . 10 -3 A = 1 mA ∆t 8 11. Dados: i = 64 mA = 64 . 10 -3 A ∆t = 5 s e = 1,6 . 10 -19 C a) i = Q → 64 . 10 -3 = Q → Q = 320 . 10 -3 = 3,2 . 10 -1 A ∆t 5 b) Q = n . e → 0,32 = n . 1,6 . 10 -19 n = 3,2 . 10 -1 = 2 . 10 18 elétrons 1,6 . 10 -19

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