I = Q / T
Numa corrente elétrica devemos considerar três aspectos: - Voltagem - (Que é igual a diferença de potencial) é a diferença entre a quantidade de elétrons nos dois polos do gerador. A voltagem é medida em volts (em homenagem ao físico italiano Volta). O aparelho que registra a voltagem denomina-se Voltímetro;
- Resistência - é a dificuldade que o condutor oferece á passagem da corrente elétrica. A resistência é medida em ohms (em homenagem ao físico alemão G.S. Ohms). Representamos a resistência pela letra grega (W).
- Intensidade - é a relação entre a voltagem e a resistência da corrente elétrica. A intensidade é medida num aparelho chamado Amperímetro, através de uma unidade física denominada Ampére.
Lei de Ohm pode ser assim enunciada: A intensidade de uma corrente elétrica é diretamente proporcional à voltagem e inversamente proporcional à resistência. Assim podemos estabelecer suas fórmulas:
I = U/R
𝑈
𝑖 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒
Fonte: http://educacao.globo.com/
I = Intensidade (ampère)
U = Voltagem ou força eletromotriz R = Resistência
Segunda lei de Ohm: A resistência de um condutor homogêneo de secção transversal constante é proporcional ao seu comprimento e da natureza do material de sua construção, e é inversamente proporcional à área de sua secção transversal. Em alguns materiais também depende de sua temperatura. 𝑅 = 𝜌 ∙𝑙 𝐴 R=resistência =resistividade L=comprimento da secção A=área da secção
Corrente Contínua ou Alternada
A diferença entre uma e outra está no sentido do "caminhar" dos elétrons. Na corrente continua os elétrons estão sempre no mesmo sentido. Na corrente alternada os elétrons mudam de direção, ora num sentido, ora no outro. Este movimento denomina Ciclagem.
Corrente Alternada - utilizadas nas residências e empresas. Corrente Contínua - proveniente das pilhas e baterias.
Condutores e Isolantes
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.
Estes elétrons livres se desgarram das últimas órbitas eletrônicas e ficam vagando de átomo para átomo, sem direção definida. Mas os átomos que perdem elétrons também os readquirem com facilidade dos átomos vizinhos, para voltar a perdê-los momentos depois. No interior dos metais os elétrons livres vagueiam por entre os átomos, em todos os sentidos.
Devido à facilidade de fornecer elétrons livres, os metais são usados para fabricar os fios de cabos e aparelhos elétricos: eles são bons condutores do fluxo de elétrons livres. Já outras substâncias - como o vidro, a cerâmica, o plástico ou a borracha - não permitem a passagem do fluxo de elétrons ou deixam passar apenas um pequeno número deles. Seus átomos têm grande dificuldade em ceder ou receber os elétrons livres das últimas camadas eletrônicas. São os chamados materiais isolantes, usados para recobrir os fios, cabos e aparelhos elétricos.
Essa distinção das substâncias em condutores e isolantes se aplica não apenas aos sólidos, mas também aos líquidos e aos gases. Dentre os líquidos, por exemplo, são bons condutores as soluções de ácidos, de bases e de sais; são isolantes muitos óleos minerais. Os gases podem se comportar como isolantes ou como condutores, dependendo das condições em que se encontrem.
O que determina se um material será bom ou mau condutor térmico são as ligações em sua estrutura atômica ou molecular. Assim, os metais são excelentes condutores de calor devido ao fato de possuírem os elétrons mais externos "fracamente" ligados, tornando-se livres para transportar energia por meio de colisões através do metal. Por outro lado temos que materiais como lã, madeira, vidro, papel e isopor são maus condutores de calor (isolantes térmicos), pois, os elétrons mais externos de seus átomos estão firmemente ligados.
Os líquidos e gases, em geral, são maus condutores de calor. O ar, por exemplo, é um ótimo isolante térmico. Por este motivo quando você põe sua mão em um forno quente, não se queima. Entretanto, ao tocar numa forma de metal dentro dele você se queimaria, pois, a forma metálica conduz o calor rapidamente. A neve é outro exemplo de um bom isolante térmico. Isto acontece porque os flocos de neve são formados por cristais, que se acumulam formando camadas fofas aprisionando o ar e dessa forma dificultando a transmissão do calor da superfície da Terra para a atmosfera.
Aparelhos de medição elétrica (amperímetros, voltímetros)
Amperímetro – instrumento que mede a intensidade de corrente elétrica. Alguns amperímetros indicam também, além da intensidade da corrente, seu sentido que, quando a indicação for positiva ela circula no sentido horário e negativa, no sentido anti-horário.
Símbolo
Se você quer medir a intensidade da corrente na lâmpada L1 da figura, você deve inserir o amperímetro no trecho onde
ela está, pois ele “lê” a corrente que passa através dele.
Assim o amperímetro deve ser associado em série no trecho onde você deseja medir a corrente. Como o amperímetro indica a corrente que passa por ele no trecho do circuito onde ele está inserido, sua resistência interna deve ser nula, caso contrário ele indicaria uma corrente de intensidade menor que aquela que realmente passa pelo trecho. Então ele deve se comportar como um fio ideal, de resistência interna nula, ou seja, deve se comportar como se estivesse em curto circuito.
Um amperímetro ideal deve possuir resistência interna nula.
Voltímetro – instrumento que mede a diferença de potencial ou tensão
Símbolo
Como em qualquer ligação em paralelo à diferença de potencial (tensão) é a mesma, o voltímetro deve ser ligado em paralelo ao aparelho em cujos terminais você quer determinar a ddp, assim o aparelho e o voltímetro indicarão a mesma ddp.
O voltímetro deve ser ligado em paralelo com o aparelho ou trecho cuja diferença de potencial (tensão) se deseja medir. Para que a corrente que passa pelo aparelho cuja ddp se deseja medir não se desvie para o voltímetro, um voltímetro ideal deve possuir resistência interna extremamente alta, tendendo ao infinito.
Um voltímetro ideal deve possuir resistência interna infinita.
Suponha que você deseja medir a corrente que passa pelo ponto B e a diferença de potencial entre os pontos C e D, da figura, dispondo de voltímetro e amperímetro, ambos ideais.
Para isso, você deve abrir o circuito em B e inserir aí o amperímetro, pois ele deve ficar em série com o trecho percorrido por iB, de modo que iB passe por ele. Os terminais
do voltímetro devem ser ligados aos pontos C e D de modo que o voltímetro fique em paralelo com o trecho entre C e D, onde você quer medir a ddp. Observe que a resistência interna do amperímetro ideal dever ser nula de modo que toda iB passe
por ele e que a resistência interna do voltímetro deve ser infinita de modo que iCD não desvie para ele
Medidas Elétricas
É de vital importância, em eletricidade, a utilização de dois aparelhos de medidas elétricas: o amperímetro e o voltímetro.
Voltímetro
Aparelho utilizado para medir a diferença de potencial entre dois pontos; por esse motivo deve ser ligado sempre em paralelo com o trecho do circuito do qual se deseja obter a tensão elétrica. Para não atrapalhar o circuito, sua resistência interna deve ser muito alta, a maior possível. Se sua resistência interna for muito alta, comparada às resistências do circuito, consideramos o aparelho como sendo ideal. Os voltímetros podem medir tensões contínuas ou alternadas dependendo da qualidade do aparelho.
Voltímetro Ideal → Resistência interna infinita. Amperímetro
Aparelho utilizado para medir a intensidade de corrente elétrica que passa por um fio. Pode medir tanto corrente contínua como corrente alternada. A unidade utilizada é o àmpere. O amperímetro deve ser ligado sempre em série, para aferir a corrente que passa por determinada região do circuito. Para isso o amperímetro deve ter sua resistência interna muito pequena, a menor possível. Se sua resistência interna for muito pequena, comparada às resistências do circuito, consideramos o amperímetro como sendo ideal.
Amperímetro Ideal → Resistência interna nula
Voltímetro não ideal Amperímetro Ideal Circuitos Simples
Vamos verificar tal circuito através da de um “corte” em uma pilha, mostrando seus componentes, entretanto a diferença de potencial entre os polos da pilha abaixo é mantida graças à energia liberada em reações químicas. Consideraremos também dois polos sendo um positivo e um negativo, sendo que sem esses componentes a corrente elétrica jamais se formaria.
A voltagem que sempre é fornecida em uma pilha é de 1,5 V, entretanto há aparelhos que se utilizam mais do que essa quantidade de Volts. Sendo assim é necessário que mais de uma pilha sejam colocadas para o devido funcionamento, onde a corrente elétrica é o valor da pilha x o seu próprio número.
Como exemplo, confira o seguinte raciocínio: Um carrinho de criança que se coloca 3 pilhas, o valor de sua corrente elétrica se dá por: 1,5 V + 1,5 V + 1,5 V = 4,5 V
Já as baterias de automóvel vem com uma carga elétrica de 12 V, onde suas placas são mergulhadas em uma solução de ácido sulfúrico e colocando-as dentro de um invólucro resistente, para que não ocorra seu vazamento. Se por acaso houver uma diferença de potencial entre os seus polos, a voltagem será estabelecida nas extremidades dos fios, gerando assim um circuito elétrico simples.
Resistência Elétrica
Para um condutor AB, estando ele ligado a uma bateria, ocorrerá sempre que se estabelecer contato, uma diferença de potencial nas extremidades, e consequentemente a passagem da corrente i através dele. As cargas realizarão colisões contra os átomos ou moléculas havendo, então oposição a corrente elétrica, podendo ser maior ou menor, dependendo da natureza do fio ligado em A e B.
Portanto, quanto menor for o valor da corrente i, maior será o valor de R. A unidade de representação da medida de resistência é a do sistema internacional, sendo que 1 volt/ampère = 1 V/A, sendo denominada como 1 ohm (ou representada pela letra grega Ω, em homenagem ao físico alemão do século passado, Georg Ohm.
Podemos concluir que: quando uma voltagem VAB é aplicada nas extremidades de um condutor, estabelecendo nele uma corrente elétrica i, a resistência é dada pela fórmula acima descrita. Quanto maior for o valor de R, maior será a oposição que o condutor oferecerá à passagem da corrente. O valor da resistividade pode ser considerada como sendo uma grandeza característica de todo material que constitui um fio, sendo definida como: uma substância será tanto melhor condutora de eletricidade quanto menor for o valor de sua resistividade.
Reostato segundo seus criadores, é um aparelho onde se pode variar a resistência de um circuito e, assim, tornando-se possível aumentar ou diminuir, a intensidade da corrente elétrica. Dado um comprido fio AC, de grande resistência, um cursor B, que se desloca através do fio, entrando em contato com A e C, observe a corrente que sai do polo positivo da bateria percorrendo o trecho AB do reostato. Verifica-se que não há corrente passando no trecho BC, pois estando o circuito interrompido em C, a corrente não poderá prosseguir através desse trecho.
Diferença de Potencial
Graças à força do seu campo eletrostático, uma carga pode realizar trabalho ao deslocar outra carga por atração ou repulsão. Essa capacidade de realizar trabalho é chamada potencial. Quando uma carga for diferente da outra, haverá entre elas uma diferença de potencial (E). A soma das diferenças de potencial de todas as cargas de um campo eletrostático é conhecida como força eletromotriz. A diferença de potencial (ou tensão) tem como unidade fundamental o volt(V).
Associações de Resistores
Os resistores podem se associar em paralelo ou em série. (Na verdade existem outras formas de associação, mas elas são um pouco mais complicadas e serão vistas futuramente).
Associação Série
Na associação série, dois resistores consecutivos têm um ponto em comum. A resistência equivalente é a soma das resistências individuais. Ou seja:
Req = R1 + R2 + R3 + ...
Exemplificando:
Calcule a resistência equivalente no esquema abaixo:
Req = 10000 + 1000000 + 470 Req = 1010470
Associação Paralelo
Dois resistores estão em paralelo se há dois pontos em comum entre eles. Neste caso, a fórmula para a resistência equivalente é:
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ...
Exemplo: Calcule a resistência equivalente no circuito abaixo:
Note que a resistência equivalente é menor do que as resistências individuais. Isto acontece pois a corrente elétrica têm mais um ramo por onde prosseguir, e quanto maior a corrente, menor a resistência.
Resolução R=1+1+1=3 1 𝑅𝑒𝑞= 1 3+ 1 6 1 𝑅𝑒𝑞= 2 + 1 6 = 3 6= 1 2 Req=2 As Leis de Kirchoff
Lei de Kirchoff para Tensão: A tensão aplicada a um circuito fechado é igual ao somatório das quedas de tensão naquele circuito.
Ou seja: a soma algébrica das subidas e quedas de tensão é igual à zero (SV). Então, se temos o seguinte circuito: podemos dizer que VA = VR1 + VR2 + VR3
Lei de Kirchoff para Correntes: A soma das correntes que entram num nó (junção) é igual à soma das correntes que saem desse nó.
I1+I2= I3+I4+I5 As leis de Kirchoff serão úteis na resolução de diversos problemas.
Capacitor
O capacitor é constituído por duas placas condutoras paralelas, separadas por um dielétrico. Quando se aplica uma ddp nos seus dois terminais, começa a haver um movimento de cargas para as placas paralelas. A capacitância de um capacitor é a razão entre a carga acumulada e a tensão aplicada.
C = Q/V
Deve-se também ter em mente que a capacitância é maior quanto maior for a área das placas paralelas, e quanto menor for a distância entre elas. Desta forma: A (8,85 x 10-12 ) C= --- --- k d
Onde: C = capacitância A = área da placa d = distância entre as placas k = constante dielétrica do material isolante
Questões
01. (PETROBRAS – Técnico de Química Júnior – CESGRANRIO/2015) As especificações técnicas de uma torradeira estabelecem que, ao ser conectada a uma tomada de 120 V, a torradeira tem uma corrente de 10 A por ela percorrida.
Qual é, em ohm, o valor estimado para a resistência dessa torradeira? (A) 1200 (B) 12 (C) 1,2 (D) 0,1 (E) 0
02. (COBRA TECNOLOGIA – Técnico de Operações – Equipamentos – ESPP/) Dado o circuito abaixo, sendo R1 = 4 ohms e R2 = 6 ohms, calcule It, I1 e I2:
(A) It=5A, I1=3 A, I2=2A.
(B) It=3A, I1=2 A, I2=1A.
(C) It=6A, I1=2 A, I2=3A.
(D) It=2A, I1=1 A, I2=2A.
03. (PC/DF – Papiloscopista Policial – FUNIVERSA/2015) Para mostrar a função e a forma como resistores podem ser arranjados dentro de um circuito
elétrico, um instrutor do laboratório de perícia papiloscópica montou o circuito ilustrado abaixo. Após uma análise desse circuito, o instrutor solicitou aos estudantes que determinassem a resistência equivalente da combinação mostrada.
Com base nesse caso hipotético e no circuito ilustrado, assinale a alternativa que apresenta o valor da resistência equivalente. (A) 41 (B) 40 (C) 36 (D) 24 (E) 18
04. (IF/PR - Técnico em laboratório – CETRO/2014) Dispõe-se de três resistores iguais de resistência elétrica 6,0Ω. Vamos associá-los, primeiro, em série e, depois, em paralelo. Chamemos de is a corrente que percorre a
associação em série sob tensão de 180V e designemos por ip a corrente que percorre a associação dos três
resistores em paralelo sob a mesma tensão de 180V. Por motivo de segurança, imaginemos um fusível antes da associação em série e antes da associação em paralelo. Assinale a alternativa que apresenta o melhor fusível a ser comprado para poder usar em qualquer uma das associações. (A) 10A (B) 90A (C) 80A (D) 50A (E) 60A
05. (SEDUC/PI – Professor – NUCEPE/2015) As unidades de intensidade de corrente elétrica, tensão elétrica e resistência elétrica, bem como seus respectivos aparelhos de medição, são
(A) respectivamente ampère (A), volt(V) e Ohm(), medidos por amperímetro, voltímetro e ohmímetro.
(B) respectivamente volt (V), ampère(A) e Ohm(), medidos por amperímetro, ohmímetro e voltímetro.
(C) respectivamente Ohm(), volt(V), ampère(A) medidos por ohmímetro, amperímetro e voltímetro.
(D) respectivamente ampère (A), Ohm() e volt(V) medidos por ohmímetro, amperímetro e voltímetro.
(E) respectivamente ampère (A), volt(V) e Ohm() medidos por ohmímetro, voltímetro e amperímetro.
Respostas
O termo “Dinâmica” significa “forte”. Em física, a dinâmica é um ramo da mecânica que estuda o movimento de um corpo e as causas desse movimento. Em experiências diárias podemos observar o movimento de um corpo a partir da interação deste com um (ou mais) corpo(s). Como por exemplo, quando um jogador de tênis dá uma raquetada numa bola, a raquete interage com ela e modifica o seu movimento. Quando soltamos algum objeto a uma certa altura do solo e ele cai, é resultado da interação da terra com este objeto. Esta interação é convenientemente descrita por um conceito chamado força. Os Princípios de dinâmica foram formulados por Galileu e Newton, porém foi Newton que os enunciou da forma que conhecemos hoje.
Forças Concorrentes
Forças concorrentes são aquelas as componentes formam um angulo no ponto de aplicação.
O vetor soma em forças concorrentes é representado em intensidade, direção e sentido pela diagonal do paralelogramo traçado sobre as componentes. A intensidade é graficamente representada pelo tamanho da diagonal em uma escala. Vemos na escala dada que: 1N = 1cm
Como:
F1= 2,0N, sua representação é um seguimento de 2,0cm F2 = 2,0N, sua representação é um seguimento de 2,0cm Portanto a resultante ou o vetor soma tem intensidade de 2,8N, pois seu tamanho é de 2,8cm
Quando as forças concorrentes formam um angulo de 90°, a intensidade do vetor soma pode ser encontrada aplicando-se o Teorema de Pitágoras, ou seja, pela formula:
R2 = F12 + F22 R = √F12 + F22 R2 = 32 + 42 R = √9 + 16 R = √25 R = 5N
Sistemas de Forças Concorrentes num Ponto
Se as linhas de ação das todas as forças concorrem no mesmo ponto O, o sistema é equivalente a uma única força resultante R que passa por O e coincide com o eixo central.
Se o vetor , o sistemas está em equilíbrio. Para calcular o momento do sistema em qualquer ponto Q diferente de O aplica-se o teorema de Varignon.
Equivalência a zero: . Leis de Newton
Em primeiro lugar, para que se possa entender as famosas leis de Newton, é necessário ter o conhecimento do conceito de força. Assim existem alguns exemplos que podem definir tal conceito, como a força exercida por uma locomotiva para arrastar os vagões, a força exercida pelos jatos d’água para que se acione as turbinas ou a força de atração da terra sobre os corpos situados próximo à sua superfície. Porém é necessário também definir o seu módulo, sua direção e o seu sentido, para que a força possa ser bem entendida, sendo que o conceito que melhor a defini é uma grandeza vetorial e poderá, portanto ser representada por um vetor. Então podemos concluir que: peso de um corpo é a força com que a terra atrai este corpo.
Podemos definir as forças de atração, como aquela em que se tem a necessidade de contato entre os corpos (ação à distância). Para que se possa medir a quantidade de força usada em nossos dias, os pesquisadores estabeleceram a medida de 1 quilograma força = 1 kgf, sendo este o peso de um quilograma-padrão, ao nível do mar e a 45º de latitude. Um dinamômetro, aparelho com o qual se consegue saber a força usada em determinados casos, se monta colocando pesos de 1 kgf, 2 kgf, na extremidade de uma mola, onde as balanças usadas em muitas farmácias contém tal método, onde podemos afirmar que uma pessoa com aproximadamente 100 Kg, pesa na realidade 100 kgf.
Outra unidade para se saber a força usada, também muito utilizada, é o newton, onde 1 newton = 1 N e equivale a 1kgf =