Apostila Física - Eletromagnetismo2

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leituras de

física

GREF

v

e

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s

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p

r

e

l

i

m

i

n

a

r

ELETROMAGNETISMO

para ler, fazer e pensar

7 a 13

10. O controle da corrente elétrica

11. Ligações elétricas na residência

12. Circuitos elétricos e sua representação

13. Exercícios

7. Chuveiros elétricos

8. Lâmpadas e fusíveis

9. A potência nos aparelhos resistivos

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Leituras de Física é uma publicação do Leituras de Física é uma publicação do

GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física

Instituto de Física da USP Instituto de Física da USP

EQUIPE DE ELABORAÇÃO DAS LEITURAS DE FÍSICA EQUIPE DE ELABORAÇÃO DAS LEITURAS DE FÍSICA

Anna Cecília Copelli Anna Cecília Copelli Carlos Toscano Carlos Toscano

Dorival Rodrigues Teixeira Dorival Rodrigues Teixeira Isilda Sampaio Silva Isilda Sampaio Silva Jairo Alves Pereira Jairo Alves Pereira João Martins João Martins

Luís Carlos de Menezes (coordenador) Luís Carlos de Menezes (coordenador) Luís Paulo de Carvalho Piassi

Luís Paulo de Carvalho Piassi Suely Baldin Pelaes

Suely Baldin Pelaes Wilton da Silva Dias Wilton da Silva Dias

Yassuko Hosoume (coordenadora) Yassuko Hosoume (coordenadora) ILUSTRAÇÕES:

ILUSTRAÇÕES:

Fernando Chuí de Menezes Fernando Chuí de Menezes Mário Kano

Mário Kano

GREF - Instituto de Física da USP GREF - Instituto de Física da USP rua do Matão, travessa R, 187 rua do Matão, travessa R, 187 Edifício Principal, Ala 2, sala 305 Edifício Principal, Ala 2, sala 305 05508-900 São Paulo - SP

05508-900 São Paulo - SP fo

fonene: (0: (01111) 81) 818-8-70701111 fafax:x:(0(01111) 81) 818-8-70705757 financiamento e apoio:

financiamento e apoio:

Convênio USP/MEC-FNDE Convênio USP/MEC-FNDE

Sub-programa de educação para as Ciências (CAPES-MEC) Sub-programa de educação para as Ciências (CAPES-MEC) FAPESP / MEC - Programa Pró-Ciência

FAPESP / MEC - Programa Pró-Ciência

Secretaria da Educação do Estado de São Paulo - CENP Secretaria da Educação do Estado de São Paulo - CENP

A reprodução deste material é permitida, desde que observadas as seguintes condições: A reprodução deste material é permitida, desde que observadas as seguintes condições: 1. Esta página deve estar presente em todas as cópias impressas ou eletrônicas.

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Chuveiros

elétricos

Agora você vai

ficar por dentro

de como são

construidos esses

aparelhos

7

_{Quando está quente, o chuveiro faz a}

água"ferver", quando está frio, a água não

esquenta. O que é que tem esse chuveiro?

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7

Vamos descobrir qual

Vamos descobrir qual é a relação é a relação entre entre estas grandezas e estas grandezas e os os aparelhos elétricos presentes em aparelhos elétricos presentes em nossonosso dia-a-dia.

dia-a-dia.

As informações contidas nas chapinhas geralmente se referem a grandezas físicas que indicam as As informações contidas nas chapinhas geralmente se referem a grandezas físicas que indicam as condições de funcionamento desses aparelhos.

condições de funcionamento desses aparelhos.

Observação do chuveiro

Ro Roteiroteiro

Dados do

Dados do fabricantefabricante:: Tensão

Tensão Potência Potência

Qual

Qual a transformação de energia transformação de energia realizada peloa realizada pelo chuveiro? Onde ela é realizada?

chuveiro? Onde ela é realizada? Quando a água esquenta menos? Quando a água esquenta menos?

Chuveiros

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Observe que o resistor tem três pontos de contato, sendo Observe que o resistor tem três pontos de contato, sendo que um deles permanece sempre ligado ao

que um deles permanece sempre ligado ao circuito.circuito. As ligações

As ligações inverno-verãoinverno-verão são obtidas usando-sesão obtidas usando-se comprimentos diferentes do resistor.

comprimentos diferentes do resistor. Na ligação

Na ligação verão verão usa-se um pedaço maior deste mesmousa-se um pedaço maior deste mesmo fio, enquanto a ligação inverno é feita usando-se um fio, enquanto a ligação inverno é feita usando-se um pequeno trecho do fio, na posição verão é utilizado um pequeno trecho do fio, na posição verão é utilizado um trecho maior.

trecho maior.

Na ligação inverno, a corrente no r

Na ligação inverno, a corrente no r esistor deverá ser maioresistor deverá ser maior do que na posição verão, permitindo assim que a potência do que na posição verão, permitindo assim que a potência e, portanto, o aquecimento, sejam maiores.

e, portanto, o aquecimento, sejam maiores. Quando a tensão, o

Quando a tensão, o material e a espessura são material e a espessura são mantidasmantidas constantes, podemos fazer a seguinte relação, conforme constantes, podemos fazer a seguinte relação, conforme a a tabela a seguir.

tabela a seguir. O circuito elétrico do chuveiro é fechado somente quando

O circuito elétrico do chuveiro é fechado somente quando o registro de água é aberto. A pressão da água liga os o registro de água é aberto. A pressão da água liga os contatos elétricos através

contatos elétricos através de um de um diafragma. Assim, diafragma. Assim, a a corrente elétrica pr

corrente elétrica pr oduz o aquecimento no resistoduz o aquecimento no resist or. or. Ele éEle é feito de uma liga de níquel e cromo (em geral com 60% feito de uma liga de níquel e cromo (em geral com 60% de níquel e 40% de cromo).

de níquel e 40% de cromo). Na posição

Na posição verão verão, o aquecimento da água é menor, e, o aquecimento da água é menor, e corresponde à

corresponde à menor potência menor potência do chuveiro. Na posiçãodo chuveiro. Na posição inverno

inverno, o aquecimento é maior, e corresponde à , o aquecimento é maior, e corresponde à maior maior potência

potência .. As ligações

As ligações inverno-verãoinverno-verão correspondem para uma correspondem para uma mesma tensão, à diferentes potências. A espessura do fio mesma tensão, à diferentes potências. A espessura do fio enrolado - o resistor - comumente chamado de "resistência" enrolado - o resistor - comumente chamado de "resistência" é a mesma.

é a mesma.

A maioria dos chuveiros funciona sob tensão elétrica de A maioria dos chuveiros funciona sob tensão elétrica de 220V e com duas possibilidades de aquecimento: inverno 220V e com duas possibilidades de aquecimento: inverno e verão. Cada uma delas está associada a uma potência. e verão. Cada uma delas está associada a uma potência. Quando fizemos a classificação dos aparelhos e Quando fizemos a classificação dos aparelhos e componentes eletrônicos, o grupo dos resistivos, cuja componentes eletrônicos, o grupo dos resistivos, cuja função é produzir aquecimento, foi colocado em primeiro função é produzir aquecimento, foi colocado em primeiro lugar. A razão desta escolha é que, normalmente, os lugar. A razão desta escolha é que, normalmente, os resistivos são os aparelhos mais simples. Desse grupo resistivos são os aparelhos mais simples. Desse grupo vamos destacar chuveiros, lâmpadas incadescentes e vamos destacar chuveiros, lâmpadas incadescentes e

fusíveis para serem observados e comparados. fusíveis para serem observados e comparados.

inverno inverno verão

verão _{Alguns fabricantes usam}_{Alguns fabricantes usam} para o verão todo o para o verão todo o comprimento do resistor comprimento do resistor e um dos pedaços para o e um dos pedaços para o inverno.

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exercitando .... exercitando ....

1.

1. Leia o texto e observe a figura.Leia o texto e observe a figura.

Os chuveiros elétricos têm uma chave para você Os chuveiros elétricos têm uma chave para você regular a temperatura de aquecimento da água, d

regular a temperatura de aquecimento da água, d e acordoe acordo com suas necessidades: na posição verão, o a

com suas necessidades: na posição verão, o a quecimentoquecimento é mais brando, e na posição inverno, o chuveiro funciona é mais brando, e na posição inverno, o chuveiro funciona com toda sua potência. Mas, se for necessário, você poderá com toda sua potência. Mas, se for necessário, você poderá regular a temperatura da água, abrindo mais ou fechand regular a temperatura da água, abrindo mais ou fechand oo o registro da água: quanto menos água, mais aumenta o o registro da água: quanto menos água, mais aumenta o aquecimento.

aquecimento.

Responda as seguintes questões: Responda as seguintes questões:

e) Em qual posição o comprimento do resisto

e) Em qual posição o comprimento do resisto r é maior?r é maior? f) O que acontece se ligarmos esse chuveiro na tensão f) O que acontece se ligarmos esse chuveiro na tensão 110V? Explique.

110V? Explique.

g) Indique no esquema as ligações inverno e verão. g) Indique no esquema as ligações inverno e verão.

h) De acordo com suas observações, você diria que o h) De acordo com suas observações, você diria que o aumento no comprimento do filamento dificulta ou favorece aumento no comprimento do filamento dificulta ou favorece a passagem de corrente elétrica? Explique.

a passagem de corrente elétrica? Explique.

2.

2. Complete a tabela abaixo usando adequadamente asComplete a tabela abaixo usando adequadamente as palavras menor e maior:

palavras menor e maior:

220V 220V

4400/2800W 4400/2800W

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8

Lâmpadas

e fusíveis

Aqui você vai ficar por

dentro

dentro de

de como

como se

se

obtém diferentes brilhos

sem mudar a tensão e

Lâmpada de 100, de 60, de 25,...

Afinal o que é que as lâmpadas têm

para se diferenciarem

umas das outras?

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8

8 _{Lâmpadas e fusíveis}

_{Lâmpadas e fusíveis}

Observação de lâmpadas

Vamos comparar um conjunto de lâmpadas e analisar como os fabricantes conseguem obter dif

Vamos comparar um conjunto de lâmpadas e analisar como os fabricantes conseguem obter dif erente potências, semerente potências, sem variar a tensão.

variar a tensão.

Os filamentos mais usados são os de for

Os filamentos mais usados são os de for mato em dupla espiral, que permitem a redução de suas mato em dupla espiral, que permitem a redução de suas dimensões e, aodimensões e, ao mesmo tempo, aumenta sua eficiência luminosa. Eles são feitos de tungstênio.

mesmo tempo, aumenta sua eficiência luminosa. Eles são feitos de tungstênio.

roteiro roteiro

1. Qual delas brilha mais? 1. Qual delas brilha mais?

2. Qual a relação entre a potência e o brilho? 2. Qual a relação entre a potência e o brilho? 3. Em qual delas o filamento é mais f

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fusível de cartucho fusível de cartucho fusível de rosca

fusível de rosca

Observação dos fusíveis

Os fusíveis são elementos essenciais dos circuitos elétricos pois sua função é proteger a instalação. Existem vários Os fusíveis são elementos essenciais dos circuitos elétricos pois sua função é proteger a instalação. Existem vários tipos de fusíveis e o mais comum é o

tipos de fusíveis e o mais comum é o de rosca, conforme ilustra a figura de rosca, conforme ilustra a figura a seguir. Nestea seguir. Nestes, o material utilizado é uma s, o material utilizado é uma liga contendo estanho. Outros tipo

liga contendo estanho. Outros tipo s de fusíveis são os de cartucho, geralmente utilizads de fusíveis são os de cartucho, geralmente utilizad os em aparelhos de som,os em aparelhos de som, dentre outros.

dentre outros.

roteiro roteiro

Nesta atividade vamos comparar um conjunto de diferentes fusíveis de rosca. Nesta atividade vamos comparar um conjunto de diferentes fusíveis de rosca.

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exercitando...

llââmmppaadda a bbririllhho o ppootêtênncicia a esespepessssurura a cocorrrrenentete 25 25WW 60 60WW 100W 100W

1. Preencha o quadro a seguir, utilizando setas na vertical, 1. Preencha o quadro a seguir, utilizando setas na vertical, cujo sentido indica o valor crescente da grandeza indicada. cujo sentido indica o valor crescente da grandeza indicada.

5. Numa instalação elétrica residencial ocorre 5. Numa instalação elétrica residencial ocorre frequentemente a queima do fusível de 15A.

frequentemente a queima do fusível de 15A. Para resolverPara resolver o problema, um vizinho sugere que se troque por um o problema, um vizinho sugere que se troque por um outro de 30A. Esse procedimento é correto? Justifique, outro de 30A. Esse procedimento é correto? Justifique, levando em conta a sua função no circuito.

levando em conta a sua função no circuito.

Rapidinhas Rapidinhas

a) Qual a função do fusível na instalação residencial? a) Qual a função do fusível na instalação residencial? b) O que

b) O que significa a inforsignifica a infor mação 10A no fusível da figura?mação 10A no fusível da figura? c) Há diferença no fio de fusível de 20A em relação ao da c) Há diferença no fio de fusível de 20A em relação ao da figura? Qual? Por que?

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9

A potência nos

aparelhos resistivos

Aqui você vai aprender

em que condições os

aparelhos apresentam a

_4400W

Tomar banho é uma das boas e desejáveis coisas a

fazer após um dia de trabalho, ou de um jogo na

quadra da escola. Mas se o chuveiro é daqueles que

quando o t

quando o tempo está

empo está frio ele

frio ele esquenta pouco

esquenta pouco e nos

e nos

dias quentes ele ferve, o banho pode tornar-se um

martírio. Como é que se obtém o aquecimento

desejado nesses aparelhos?

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9

9 A potência nos aparelhos resistivos

A potência nos aparelhos resistivos

Para entrar em funcionamento, um aparelho elétrico Para entrar em funcionamento, um aparelho elétrico tem que estar conectado a um

tem que estar conectado a um circuito elétrico fechadocircuito elétrico fechado que inclui além dele uma fonte de energ

que inclui além dele uma fonte de energia elétrica. Noia elétrica. No

O aquecimento que é obtido com tais aparelhos é um O aquecimento que é obtido com tais aparelhos é um efeito da corrente elétrica que existe no seu circuito. efeito da corrente elétrica que existe no seu circuito. Esse efeito térmico da corrente

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A relação entre a potência, a corrente e a tensão p A relação entre a potência, a corrente e a tensão p ode serode ser expressa pela fórmula:

expressa pela fórmula:

Assim, utiliza-s

Assim, utiliza-s e o conceito de resistência elétrica de ume o conceito de resistência elétrica de um resistor para medir a dificuldade que

resistor para medir a dificuldade que ele opõe à paele opõe à passagemssagem de corrente.

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exercitando... exercitando...

parte 2 parte 2

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10

O controle da

Verão - inverno no chuveiro; 40W, 60W, 100W nas

lâmpadas. Através da potência, obtém-se diferentes

aquecimentos. Como o fabricante consegue fazer isso?

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10

10 O controle da corrente elétrica

O controle da corrente elétrica

Resistência elétrica

É através do controle da correntÉ através do controle da corrente que se pode graduar oe que se pode graduar o aquecimento produzido pelos aparelhos resistivos. aquecimento produzido pelos aparelhos resistivos. Escolhendo um material para ser

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