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A Eletricidade está dividida em: eletrodinâmica; A Eletricidade está dividida em: eletrodinâmica; eletrostática; magnetismo e e
eletrostática; magnetismo e eletromagnetismo.letromagnetismo. Eletrodinâmica:
Eletrodinâmica: estuda a corrente elétrica e os seus estuda a corrente elétrica e os seus efeitos.
efeitos.
Eletrostática:
Eletrostática: Estuda as interações das Estuda as interações das cargas elétricascargas elétricas em repouso.
em repouso.
Magnetismo e Eletromagnetismo
Magnetismo e Eletromagnetismo: estudam os imãs e: estudam os imãs e suas relações com a eletrodinâmica.
suas relações com a eletrodinâmica. Conceitos Básicos
Conceitos Básicos Átomo
Átomo
Atualmente, conhecemos bastante sobre a Atualmente, conhecemos bastante sobre a composição da matéria. Ela é formada de pequenas composição da matéria. Ela é formada de pequenas partículas, os
partículas, os átomosátomos. Cada átomo, por sua vez, é. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores.
constituído de partículas ainda menores.
•
• No núcleo: os prótons e No núcleo: os prótons e os nêutrons;os nêutrons; •
• Na eletrosfera: os elétrons.Na eletrosfera: os elétrons.
Embora tenham sido considerados como os Embora tenham sido considerados como os “tijolos” fundamentais da matéria, hoje tem-se “tijolos” fundamentais da matéria, hoje tem-se conhecimento da existência de partículas menores que conhecimento da existência de partículas menores que formam os prótons e os nêutrons, como os quarks up e formam os prótons e os nêutrons, como os quarks up e down, por exemplo.
down, por exemplo.
Átomo: tamanho
Átomo: tamanho ≈≈ 10 10-10-10mm
Núcleo: tamanho
Núcleo: tamanho≈≈ 5. 10 5. 10-15-15mm
Para a eletricidade nos interessam Para a eletricidade nos interessam principalmente os elétrons e prótons, que são dotadas de principalmente os elétrons e prótons, que são dotadas de carga elétrica.
carga elétrica.
Os prótons e os elétrons, bem como outros corpos que Os prótons e os elétrons, bem como outros corpos que contenham carga elétrica diferente de zero, são contenham carga elétrica diferente de zero, são exemplos de portadores de carga em alguma exemplos de portadores de carga em alguma circunstância. Os nêutrons não possuem carga elétrica. circunstância. Os nêutrons não possuem carga elétrica. Outra maneira de compreender o termo carga elétrica: Outra maneira de compreender o termo carga elétrica:
Stephen Gray sugeriu em 1731, a existência de Stephen Gray sugeriu em 1731, a existência de fluídos elétricos que dariam à matéria as características fluídos elétricos que dariam à matéria as características elétricas.
elétricas.
Alguns anos mais tarde Benjamin Franklin Alguns anos mais tarde Benjamin Franklin reformulou a teoria dos fluídos prevendo a existência de reformulou a teoria dos fluídos prevendo a existência de somente um tipo de fluído que poderia causar dois somente um tipo de fluído que poderia causar dois efeitos.
efeitos.
Para ele a eletrização de um corpo ocorria por Para ele a eletrização de um corpo ocorria por falta ou excesso desse fluído.
falta ou excesso desse fluído. O excesso
O excesso desse fluído daria ao corpo a propriedade da desse fluído daria ao corpo a propriedade da eletricidade vítrea, chamada de
eletricidade vítrea, chamada de eletricidade positivaeletricidade positiva (+),
(+), e,e, a faltaa falta do fluído causaria a eletricidade resinosa, do fluído causaria a eletricidade resinosa, denominada
denominadaeletricidade negativa (-).eletricidade negativa (-). Hoje, sabemos que os
Hoje, sabemos que os elétronselétrons possuem possuem cargacarga negativa
negativa e os e os prótons carga elétrica positivaprótons carga elétrica positiva e que são e que são os elétrons apenas que podem se movimentar.
os elétrons apenas que podem se movimentar.
•
• Portanto um corpo que apresentar falta dePortanto um corpo que apresentar falta de
elétrons terá carga elétrica positiva. elétrons terá carga elétrica positiva.
•
• E um corpo que estiver com excesso de elétronsE um corpo que estiver com excesso de elétrons
terá carga elétrica negativa. terá carga elétrica negativa.
Portanto Benjamin Franklin estava parcialmente Portanto Benjamin Franklin estava parcialmente errado, porém em estudo de corrente elétrica, ainda se errado, porém em estudo de corrente elétrica, ainda se usa algumas denominações utilizadas por ele.
usa algumas denominações utilizadas por ele.
Princípio da Eletrostática
Princípio da Eletrostática
Das experiências de Du Fay ,
Das experiências de Du Fay , originou-se o chamadooriginou-se o chamado princípio da e
princípio da eletrostática letrostática da atração e da atração e repulsão.repulsão. "Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e
"Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinaisde sinais
contrários se atraem."
contrários se atraem."
Corpo neutro
Corpo neutro Nº Nº prótons prótons = = Nº Nº elétronselétrons
Corpo positivo
Corpo positivo O corpo perdeu elétrons O corpo perdeu elétrons
Corpo negativo
Corpo negativo O corpo ganhou elétrons O corpo ganhou elétrons
É a grandeza física que expressa o número de elétrons
É a grandeza física que expressa o número de elétrons
a mais ou a menos em relação ao número de prótons
a mais ou a menos em relação ao número de prótons
que determinado corpo possui.
Prótons e nêutrons estão fortemente ligados ao núcleo Prótons e nêutrons estão fortemente ligados ao núcleo dos átomos. Já os elétrons podem ser facilmente dos átomos. Já os elétrons podem ser facilmente transferidos de um corpo para outro por um processo transferidos de um corpo para outro por um processo chamado
chamado ELETRIZELETRIZAÇÃO. Para AÇÃO. Para isso é necessário isso é necessário fazerfazer com que o número de elétrons se torne diferente do com que o número de elétrons se torne diferente do número de prótons.
número de prótons.
Atividades
Atividades
01)01) A A figura rfigura representa epresenta três três esferas mesferas metálicas idênticasetálicas idênticas A,
A, B e B e C, todas C, todas elas carregelas carregadas com adas com o mesmo mesmo valor o valor dede carga elétrica,
carga elétrica, podendo podendo apenas apenas os os sinais sinais das das cargascargas serem diferentes.
serem diferentes.
Pode-se afirmar que as esferas: Pode-se afirmar que as esferas:
a)
a) A, B e C A, B e C possuem possuem cargas de mesmcargas de mesmo sinal.o sinal. b)
b) B e B e C possuC possuem cargas em cargas de mesmde mesmo sinal e o sinal e A possuA possuii carga de sinal diferente.
carga de sinal diferente. c)
c) A e A e B possuB possuem cargas em cargas de mesmde mesmo sinal e o sinal e C possuiC possui carga de sinal diferente.
carga de sinal diferente. d)
d) A, B e C A, B e C possuem cargapossuem cargas de sinais diferens de sinais diferentes.tes. e)
e) A e A e C possuC possuem cargas em cargas de mesmde mesmo sinal e o sinal e B possuiB possui carga de sinal diferente.
carga de sinal diferente.
2)Um professor mostra uma situação em que duas 2)Um professor mostra uma situação em que duas esferas metálicas idênticas estão suspensas por fios esferas metálicas idênticas estão suspensas por fios isolantes. As esferas se aproximam uma da outra, como isolantes. As esferas se aproximam uma da outra, como indicado na figura:
indicado na figura:
Três estudantes fizeram os seguintes comentários Três estudantes fizeram os seguintes comentários sobre essa situação:
sobre essa situação: Cecília:
Cecília: uma esfera tem carga positiva, e a outra estáuma esfera tem carga positiva, e a outra está neutra;
neutra; Heloísa:
Heloísa: uma esfera tem carga negativa, e uma esfera tem carga negativa, e a outra tema outra tem carga positiva;
carga positiva; Rodrigo:
Rodrigo: uma esfera tem carga negativa, e a outra estáuma esfera tem carga negativa, e a outra está
neutra. neutra.
Assinale a alternativa
Assinale a alternativa CORRETA:CORRETA: a)
a) Apenas Heloísa Apenas Heloísa fez um fez um comentário pertinente.comentário pertinente. b) Apenas Cecília e Rodrigo fizeram
b) Apenas Cecília e Rodrigo fizeram comentários pertinentes.
comentários pertinentes.
c) Apenas Heloísa e Rodrigo fizeram c) Apenas Heloísa e Rodrigo fizeram comentários pertinentes.
comentários pertinentes. d)
d) Nenhum Nenhum dos estudantes dos estudantes fez umfez um comentário pertinente.
comentário pertinente. Todos os estudantes fizeram Todos os estudantes fizeram comentários pertinentes. comentários pertinentes. 03)
03) Um Um corpo eletricamcorpo eletricamenteente NEUTRO:
NEUTRO: a)
a) não existe, pnão existe, pois todos ois todos os corposos corpos têm cargas.
têm cargas. b)
b) não existe, não existe, pois sompois somente umente um conjunto de co
conjunto de corpos rpos pode ser pode ser neutro.neutro. c)
c) é um corpo é um corpo com o mcom o mesmo número de esmo número de cargascargas positivas e negativas.
positivas e negativas. d)
d) é um corpo é um corpo que não tem cargas que não tem cargas positivas nempositivas nem negativas.
negativas. e)
e) é um corpo é um corpo que não faz mque não faz mal a ninguém.al a ninguém. 04)
04) Sobre os núSobre os núcleos atômicos e cleos atômicos e seus constituintes, seus constituintes, sãosão feitas quatro afirmativas.
feitas quatro afirmativas. I.
I. Os núcleos atômicos Os núcleos atômicos são constituídos posão constituídos por prótons,r prótons, nêutrons e elétrons.
nêutrons e elétrons. II.
II. O próton é umO próton é uma partícula idêntica ao elétron, a partícula idêntica ao elétron, apenasapenas o sinal da carga elétrica é diferente.
o sinal da carga elétrica é diferente. III.
III. Nos núcleos atômicos Nos núcleos atômicos está concentrada quase está concentrada quase toda atoda a massa do átomo.
massa do átomo. IV.
IV. As forças nucleares As forças nucleares são as resposão as responsáveis por mnsáveis por manteranter unidas as partículas que compõem os núcleos atômicos. unidas as partículas que compõem os núcleos atômicos.
Quais afirmativas estão
Quais afirmativas estão CORRETACORRETAS?S? a) apenas II a) apenas II b) apenas I e III b) apenas I e III c) apenas III e IV c) apenas III e IV d) apenas I , II e IV d) apenas I , II e IV e) I , II , III e IV e) I , II , III e IV 05)
05) Eletrizações Eletrizações ocorrem ocorrem naturalmente naturalmente no no nossonosso cotidiano. Um exemplo disso é o fato de algumas vezes cotidiano. Um exemplo disso é o fato de algumas vezes levarmos pequenos choques elétricos ao encostarmos levarmos pequenos choques elétricos ao encostarmos nos automóveis. Tais choques são devidos ao fato dos nos automóveis. Tais choques são devidos ao fato dos automóveis estarem eletricamente carregados. Sobre a automóveis estarem eletricamente carregados. Sobre a natureza dos corpos (eletrizados ou neutros), considere natureza dos corpos (eletrizados ou neutros), considere as
as
afirmativas a s
afirmativas a seguir e aseguir e assinale V ou sinale V ou FF
É importante
É importante
você
você saber saber queque
CORPOS CORPOS NEUTROS são NEUTROS são sempre sempre ATRAÍDOS
ATRAÍDOS porpor
CORPOS CORPOS CARREGADOS, CARREGADOS, pois pois ocorre a ocorre a POLARIZAÇÃO POLARIZAÇÃO (separação de (separação de cargas) nos cargas) nos corpos corpos descarregados: descarregados:
I. Se um corpo está eletrizado, então o número de cargas elétricas negativas e positivas não é o mesmo.
II. Se um corpo tem cargas elétricas, então ele está eletrizado.
Um corpo neutro é aquele que não tem cargas elétricas. 06) É conhecido que "cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas elétricas de sinais contrários se atraem." Dispõe-se de quatro pequenas
esferas metálicas A, B, C e D. Verifica-se que A repele B, que A atrai C, que C repele D e que D está carregada positivamente. Pode-se concluir
que:
a) C está carregada negativamente. b) A e C têm cargas de mesmo sinal. c) A e B estão carregadas positivamente. d) B tem carga negativa.
A e D se repelem.
07) A matéria, em seu estado normal, não manifesta propriedades elétricas. No atual estágio de
conhecimentos da estrutura atômica, isso nos permite concluir que a matéria:
a) é constituída somente de nêutrons.
b) possui maior número de nêutrons que de prótons.
c) possui quantidades iguais de prótons e elétrons. d) é constituída somente de prótons.
é constituída somente de elétrons.
08) Cace as 8 palavras relacionadas com a eletricidade
Medida de Carga Elétrica
O valor da carga do elétron é igual ao valor da carga do próton (apenas o sinal é diferente). Esta carga é a menor
carga encontrada livre na Natureza e é chamada de CARGA ELEMENTAR. No Sistema Internacional de Unidades (SI) seu valor é dado por :
A carga elétrica total de um corpo é sempre um número inteiro de vezes o valor da carga elementar:
n: corresponde ao número de elétrons em falta ou excesso
Para Saber mais!!!
É muito comum usarmos em eletricidade os
múltiplos e submúltiplos das unidades de
medida. Veja:
Atividades I
1)Na eletrosfera de um átomo de magnésio temos 12 elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera? 2)Na eletrosfera de um átomo de nitrogênio temos 10
elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera? 3)Um corpo tem uma carga igual a -32. µC. Quantos
elétrons há em excesso nele?
4)É dado um corpo eletrizado com carga + 6,4.µ.
Determine o número de elétrons em falta no corpo. 5)Quantos elétrons em excesso têm um corpo
eletrizado com carga de -16.10-9C?
6)Qual o erro na afirmação: "Uma caneta é considerada neutra eletricamente, pois não possui nem cargas positivas nem cargas negativas"?
7)Que tipo de carga elétrica se movimenta em um fio metálico?
8)Em que condições têm atração entre duas cargas elétricas? E em que condições elas se repelem? 9)Qual a carga de um átomo que apresenta um excesso de 8 elétrons ?
10)Quantos elétrons devem ser retirados de um corpo para que este fique eletrizado com carga correspondente a 2 Coulomb
11) Um corpo tem carga positiva igual a 32nC. Quantos elétrons foram retirados dele?
12) A unidade SI de carga elétrica é denominada: A - ( ) newton; B - ( ) ampère;
C - ( ) coulomb; D - ( ) volt;
13) Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais contrários se atraem. Com base nessa lei, se fizermos as seguintes proposições:
I- Um próton atrai um elétron II- Um próton atrai um próton III-Um próton atrai um nêutron IV- Um próton repele um próton V- Um próton repele um elétron Podemos dizer:
a)apenas II e V estão corretas b) apenas II e III estão corretas c) apenas I e III estão corretas d) apenas I e IV estão corretas e) apenas IV e V estão corretas
Atividades II
1)Quantos elétrons formam uma carga igual a 1C?
2) As gotículas formadas quando se pressiona uma válvula de spray podem apresentar carga elétrica. Determine a carga de uma gotícula que apresenta:
a)20 elétrons em falta b)8 elétrons em excesso 3)Qual é o valor da menor carga elétrica, em módulo, possível?
4)O átomo de hidrogênio possui um próton e um elétron. Se ele perder o elétron, adquire qual valor de carga elétrica?
5)Some as corretas:
01)A unidade no SI de carga elétrica é o Coulomb. 02)A carga elétrica elementar vale -1,6.10-19C.
04) A partícula nêutron é portadora de carga elétrica de 1,6.10-19C
6)As chamadas partículas α são constituídas do núcleo
do átomo de hélio. Se o átomo de hélio possui 2 prótons e 2 elétrons, a carga elétrica de uma partículaα vale:
7)Quantos elétrons um corpo deve perder para adquirir a carga elétrica de 80C?
8)Atrita-se um bastão de vidro com um pano de lã. A lã retira 2.1012 elétrons do vidro. A carga elétrica adquirida pela lã devido a esse atrito é:
9)Determine, em Coulombs,, a quantidade de carga elétrica total do carro.
10) Qual a carga elétrica total da camisa?
Conservação das cargas elétricas
Em um sistema isolado a quantidade de carga elétrica permanece constante. Mesmo ocorrendo um fenômeno qualquer, por exemplo uma reação química ou nuclear, a soma da quantidade de carga elétrica é a mesma antes e depois do fenômeno:
Σ : sigma e significa S que quer dizer SOMA
Atividades
Elabore as resoluções no caderno, referente a página 29 do Livro Didático—1 ao 6
Elabore as resoluções do item “Elabore em Casa” da página 29 do Livro Didático– 1 ao 5
No seu caderno
Processos de Eletrização
Ao atritarmos dois corpos de materiais diferentes, pode acontecer de um retirar elétron do outro. Se isto acontecer um corpo irá ceder elétron para o outro, que estará recebendo, portanto cada corpo irá ficar com cargas de sinais diferentes devido a um receber elétron e o outro ceder.
Porém o valor (em módulo) das cargas será igual para os dois corpos.
Perderá elétrons o átomo cujos elétrons da última camada estão menos fortemente ligados ao seu núcleo em relação aos átomos que compõe o outro material.
Exemplo
A eletrização por atrito ocorre quando esfregamos uma folha de papel em uma régua de plástico. Inicialmente tanto o papel como o plástico estão neutros, ou seja,
possuem a mesma quantidade de carga positiva e negativa. Com o atrito ocorre transferência de elétrons de um corpo para outro. O papel perde elétrons e fica eletrizado com carga positiva. O plástico ganha elétrons e fica eletrizado com carga negativa:
Na Eletrização por Atrito, os corpos ficam carregados com:
• CARGAS DE MESMO VALOR (MÓDULO) e • CARGAS DE SINAIS CONTRÁRIOS.
Este fato é uma consequência do Princípio da Conservação das Cargas Elétricas.
Eletrização por Contato
A eletrização por CONTATO ou CONDUÇÃO consiste em encostar um objeto já eletrizado 1 em um outro, eletricamente neutro 2.
Durante o contato as cargas irão se redistribuir entre os dois objetos, eletrizando o corpo neutro com cargas de MESMO SINAL do eletrizado.
Se os corpos forem iguais, após a separação eles ficarão eletrizados com a MESMA CARGA (mesmo valor e mesmo sinal).
Contato Simultâneo: há contato entre três ou mais corpos simultaneamente.
Contato Sucessivo: há contato sucessivo entre três ou mais corpos, colocando-se primeiramente o contato entre dois corpos e sucessivamente com os outros corpos.
Eletrização por Indução
No processo de
INDUÇÃO, a eletrização de um condutor neutro ocorre por simples aproximação de um corpo eletrizado, SEM QUE
HAJA CONTATO ENTRE ELES. As cargas do objeto neutro (induzido) são separadas (polarizadas) pela aproximação do corpo eletrizado (indutor), ficando as cargas de mesmo sinal do indutor o mais distante possível dele.
Para manter o objeto induzido eletrizado, mesmo após o afastamento do indutor, devemos ligar o lado mais distante à Terra. Ao se ligar um condutor eletrizado à Terra, ele se descarrega do lado da ligação, é o aterramento:
Ao se desfazer o aterramento o corpo induzido fica eletrizado com CARGA DE SINAL CONTRÁRIO à do indutor:
Atividades I
1) Um canudinho se eletriza por atrito devido à perda ou ganho de:
a) prótons.
b) íons positivos. c) nêutrons. d)elétrons.
2) Quando há separação de cargas num corpo neutro devido à proximidade de um corpo eletrizado, está ocorrendo:
a) magnetização.
b) eletrização por atrito. c) eletrização por contato. d)o fenômeno da indução.
3) Suponha um corpo A eletrizado por atrito contra um corpo B. Pode-se dizer que:
a) somente o corpo A se eletriza. b) somente o corpo B se eletriza.
c) os dois corpos se eletrizam com cargas de mesmo sinal.
d) os dois corpos se eletrizam com cargas de sinais contrários.
4) Na eletrização por indução:
a) ocorre passagem de cargas do indutor para o induzido.
b) ocorre passagem de cargas do induzido para o indutor.
c) a passagem de cargas dependerá do sinal de carga do indutor.
d) ocorre separação de cargas no induzido, devido à
presença do indutor.
5) Os corpos eletrizados por atrito, contato e indução ficam carregados respectivamente com cargas de sinais:
a) iguais, iguais e contrários. b) contrários, contrários e iguais. c) contrários, iguais e iguais. d)contrários, iguais e contrários.
6) Com relação a eletrização por atrito e por contato, some as afirmações corretas:
01)Na eletrização por atrito, as cargas adquiridas pelos corpos são de mesmo sinal
02) Na eletrização por atrito, os corpos adquirem cargas elétricas de sinais contrários
04)Dois corpos neutros ao serem atritados, adquirem cargas elétricas de mesmo módulo
08)Dois corpos neutros, ao serem atritados adquirem cargas elétricas de módulos diferentes
16)Na eletrização por contato, no final os corpos adquirem cargas elétricas de mesmo sinal
32) Na eletrização por contato, no final os corpos adquirem cargas elétricas de mesmo módulo.
7)Uma esfera metálica A eletricamente neutra é posta em contato com uma outra esfera igual e carregada 4Q. Depois, a esfera A é posta em contato com outra esfera igual e carregada com carga 2Q. Qual foi a carga final da esfera A, depois de entrar em contato com a segunda esfera carregada?
5Q b)4Q c) 3Q d)2Q e)Q
8)Dispõe-se de três esferas metálicas idênticas e isoladas, uma da outra. Duas delas. A e B estão descarregadas, enquanto que a esfera C contém uma carga elétrica Q. Faz-se a esfera C tocar primeiro a esfera A e depois a esfera B. No final desse procedimento qual a carga elétrica das esfera A, B e C? a)Q/2; Q/2; NULA
b)Q/4; Q/4; Q/2 c)Q; NULA; NULA d)Q/2; Q/4; Q/4 e)Q/3; Q/3; Q/3
9)Dispõe-se de quatro esferas metálicas idênticas e isoladas uma da outra. Três delas, A, B e C, estão descarregadas, enquanto que a quarta esfera D contém carga negativa –Q. Faz-se a esfera D tocar, sucessivamente, as esferas A,B e C.
A carga elétrica de D, no final, será:
idênticas, elas repartem igualmente. Entre si suas cargas elétricas. Na figura, estão representadas duas esferas metálicas idênticas 1 e 2, com cargas elétricas
Q1 = +6nC e Q2 = -2nC.
Fazendo-se o contato entre elas, qual será a carga elétrica final de cada uma?
Livro Didático Página 34 e 35
Elabore as resoluções 1 ao 6 Elabore em casa 1 ao 6
Atividades II
1) Caminhões–tanque andam com uma corrente arrastando pelo chão para:
a)produzir cargas elétricas por atrito;
b)descarregar a eletricidade que aparece na superfície do caminhão.devido ao atrito do ar
c) Evitar excesso de velocidade . d) Carregar suas baterias.
e) Se eletrizar por contato.
2) Nos processos de eletrização por atrito e por contato, podemos dizer que se transferem de um corpo para o outro:
a)elétrons b)prótons c)prótons e elétrons d)nêutrons e)elétrons e nêutrons
5) Um bastão isolante e atritado com tecido e
ambos ficam eletrizados.é correto afirmar q o
bastão pode ter:?
a)ganho prótons e o tecido ganho elétrons.
b)perdido elétrons e o tecido ganho prótons.
c)perdido prótons e o tecido ganho elétrons.
d)perdido elétrons e o tecido ganho elétrons.
e)perdido prótons e o tecido ganho prótons.
6) Uma esfera de alumínio possui carga elétrica Q. Uma segunda esfera de alumínio, idêntica a primeira, estando eletricamente neutra, e encostada a ela. A carga adquirida por essa segunda esfera foi:
a)
8
Q b)4
Q c)2
Q d) Q e) 2Q7)Duas esferas idênticas de alumínio estão eletrizadas com cargas elétricas Q1= -3nC e Q2= +7nC. Feito um contato entre elas, qual foi a carga elétrica resultante em cada uma delas?Observação:1 nC = 10-9 C
8) Um professor mostra uma situação em que duas esferas metálicas idênticas estão suspensas por fios isolantes. As esferas aproximam-se uma da outra, como indicado na figura: Três estudantes fizeram os seguintes comentários sobre essa situação:
a) Uma esfera tem carga positiva e a outra esta neutra b) Uma esfera tem carga negativa e a outra tem carga positiva
c) Uma esfera tem carga negativa e a outra esta neutra Dos comentários feitos pelos estudantes, quais são fisicamente possíveis?
10) Um corpo A com carga de 8 C é colocada em contato com um corpo B inicialmente neutro. Em seguida são afastados um do outro. Sabendo-se que a carga de B após o contato é 5 C. Qual a carga final do corpo A.
11)Dois condutores idênticos A e B são inicialmente eletrizados com quantidades de cargas QA = 2,4 C e QB = 4,8 C. Em seguida ambos são postos em contato. Qual a quantidade de carga de cada um após o contato?
Força Elétrica
Já vimos que entre cargas elétricas se manifestam forças de atração ou repulsão, dependendo de sua natureza. Agora vamos determinar a intensidade dessas forças.
Considere dois corpos eletrizados com cargas elétricas q1 e q2. Se suas dimensões forem desprezíveis em relação às distâncias que os separam, denominamos de cargas puntiformes.
No final do século XVIII, Charles Augustin Coulomb, depois de realizar vários experimentos com cargas elétricas de mesma natureza, concluiu que tanto q1como q2estão sujeitas à ação de uma força repulsiva
cuja intensidade F é inversamente proporcional ao quadrado da distância d que as separa. Pela lei de ação e reação, as forças que atuam sobre ambas as cargas são de mesmo módulo, mesma direção e sentidos opostos.
Posteriormente Coulomb concluiu também que a intensidade da força era diretamente proporcional ao produto do módulo das cargas q1 e q2.
Assim:
k é a constante de proporcionalidade – constante eletrostática, seu valor depende do meio em que as cargas estão inseridas, no vácuo seu valor é k= 9 . 109 N.m2 / C2
Exemplo
Duas cargas elétricas puntiformes q1=4µC e q2= 6µC, estão colocadas no vácuo a uma distância de 60cm uma da outra. Qual é o módulo da força de atração entre elas? Resolução Dados: d= 60 cm = 60.10-2m = 6.10-1m k= 9.109Nm2 /C2 q1=4µC = 4.10-6C q2= -6µC= -6.10-6C Ou F = 0,6 N 2 2 1
.
d
q
q
k
F
=
2 2 1.
d q q k F =(
1)
2 6 6 910
.
6
10
.
6
.
10
.
4
.
10
.
9
− − − = F 2 310
.
36
10
.
216
− − = FN
F
=
6
.
10
−1Atividades I
1)Duas cargas puntiformes q1= 2 µC e q2= - 4µC estão separadas por uma distância de 3 cm, no vácuo. Qual a intensidade da força elétrica que atua nessas cargas?
2)Duas partículas de mesmo sinal, possuem valores de q1 = 3mC e q2 = 4mC, separadas no vácuo por uma distância d= 3m.
a)Qual o módulo da força de interação elétrica entre essas partículas?
b)E se a distância for reduzida para 0,30m?
3) Sabendo que as cargas A e B possuem valores respectivamente iguais a - 10µC, 9µC, determine a força
elétrica e sua natureza (atrativa ou repulsiva) na situação dada abaixo:
4)Três cargas são colocadas em linha. Sabendo que suas cargas são: QA = - 3 µC; QB = - 2 µC e QC = + 4 µC, determine:
(a) a Força entre A e B; (b) a Força entre B e C;
5)Duas cargas elétricas de valor 2 µC e 8µC
encontram-se no vácuo encontram-separadas a uma distância de 4 cm. Qual a força elétrica que age sobre elas ?
6) A que distância deve ser colocada duas cargas positivas e iguais a 10– 4 C, no vácuo para que a força elétrica de repulsão entre elas seja de 10 N.
7)Duas cargas elétricas puntiformes positivas e iguais a Q estão situadas no vácuo a 2 m de distância. Sabendo que a força de repulsão mútua tem intensidade 0,1N. Calcule Q
Atividades II
Resolver o “Elabore as resoluções” da página 40 do livro
didático– 1 ao 6
• Todo corpo possui cargas negativas e positivas
que geralmente se “anulam”, resultando em uma carga efetiva nula
• Em geral, as partículas eletricamente carregadas
que se deslocam na matéria são os elétrons. Em fluídos, pode acontecer o deslocamento de íons positivos.
• Um corpo está eletrizado sempre que tiver sido
alterada a equivalência entre as quantidades de suas cargas negativas e positivas
• Corpos eletrizados com carga de mesmo sinal se
repelem e corpos eletrizados com cargas de sinais contrários se atraem
• Corpos eletrizados, ao se aproximarem de
corpos neutros condutores, modificam a distribuição de carga destes sem, contudo eletrizá-los.
• A força de atração pode aparecer entre dois
corpos eletrizados com cargas de sinais opostos ou entre corpos eletrizados e corpos neutros.
• A força de repulsão só aparece entre corpos
eletrizados com cargas mesmo sinal.
• Os corpos em geral podem ter maior ou menos
facilidade em conduzir cargas elétricas, sendo, portanto melhores ou piores condutores
• Choque é a sensação fisiológica resultante da
passagem de cargas pelo nosso corpo.
A matéria e a Ação à distância
Já vimos que, as primeiras investigações realizadas sobre os corpos eletrizados permitiram à Ciência desvendar o interior da matéria e construir um modelo propondo a existência das cargas elétricas.
A estrutura dos átomos baseia-se fortemente na idéia de cargas elétricas. Nele um núcleo positivo, constituído de prótons e nêutrons, é circundado por cargas negativas, os elétrons. Elétrons e prótons atraem-se por meio de uma força chamada elétrica, que depende do valor de suas cargas e da distância entre eles.
O conceito de força, empregado com para descrever as interações entre objetos na nossa dimensão, torna-se muito complexo para a descrição de átomos com muitos elétrons.
Pense: Para cada par de elétron existem duas forças elétricas, ou seja, em um átomo de ferro, com 56 elétrons, teríamos 3080 forças para descrever, excluindo daí as interações com o núcleo. Caso levássemos essas forças em consideração esse número seria muito maior.
Para complicar ainda mais o elétron orbita em volta do núcleo. Isso implica que a cada instante a força muda de direção, sempre apontando para o núcleo.
Mas voltemos para os átomos mais simples e pensemos em outra questão:como o elétron “percebe” a presença dos prótons que estão no núcleo? Lembre-se
de que não há um contato físico real entre essas partículas e, portanto, a interação é transmitida à distância.
O fenômeno de ação à distância foi investigado por meio de estudo de campo gravitacional. Mas com algumas especificidades, podem ser aplicadas a todos os campos de interação.
Campo elétrico
Um corpo de massa m, quando nas proximidades da Terra, é atraído devido à região de perturbação que a Terra cria ao redor de si, denominado campo gravitacional. (figura 1)
Assim como a Terra, as cargas elétricas também criam ao seu redor uma região de perturbação eletrostática, denominado campo elétrico.
Campo elétrico existe na região de partículas eletricamente carregadas, ou seja, cargas elétricas são fontes de campo elétrico. Assim, quando qualquer carga (ou corpo eletrizado) de prova é inserida na região de um campo elétrico, passa a atuar sobre ambas forças (interação) de natureza elétrica.
Consideremos uma carga de prova q, numa região de espaço onde exista campo elétrico gerado por outra carga. A ação do campo sobre a carga é traduzida pela força F .
Definimos o vetor campo elétrico no ponto onde a carga se encontra pelo quociente entre o vetor e a carga.
A unidade de intensidade do campo elétrico é newton/coulomb (N/C).
É possível determinar o campo elétrico num ponto do espaço, mesmo sem conhecer ou existir a carga de prova, usando a definição de campo elétrico é possível demonstrar que, num ponto P qualquer, o módulo campo elétrico gerado por uma carga elétrica puntiforme Q, imersa no vácuo, é dado por:
Obs: O campo elétrico não depende da carga de prova (q) para que exista.
Depende apenas de Q, da distância (d) e do meio K
Campo elétrico de uma carga puntiforme
Intensidade
Orientação do campo elétrico
Sabemos que se a carga geradora do campo Q for + o campo elétrico é de afastamento, e se for – é de aproximação.
Mas sabemos também que se a carga de prova q for + o campo elétrico e a força elétrica terão o mesmo sentido. E se a carga de prova q for – o campo elétrico e a força elétrica terão sentidos opostos.
1)Sobre uma carga elétrica de2,0 µC, colocada em certo
ponto do espaço, age uma força de intensidade 0,80N. Despreze as ações gravitacionais. A intensidade do campo elétrico nesse ponto é:
2) Uma carga pontual Q, positiva, gera no espaço um campo elétrico. Num ponto P, a 0,5m dela, o campo tem intensidade E=7,2.106N/C. Sendo o meio vácuo onde
K0=9.109 unidades S. I., determine Q.
a)2,0. 10-4C b) 4,0. 10-4C c) 2,0. 10-6C d) 4,0 . 10-6C e) 2,0 . 10-2C
q
F
E
→ →=
Atividades3)No interior de um campo elétrico, uma carga de 2µC
sofre a ação de uma força de 0,03N. Calcule a intensidade do campo elétrico.
4)Qual é a intensidade da força elétrica aplicada sobre uma partícula com carga 5µC no interior de um campo
elétrico de 36.105N / C.
5)Suponha que uma impressora a jato de tinta precisa imprimir uma força de 5,0.10-7N sobre uma gotícula de tinta para que ela atinja o papel no ponto desejado. Para isso, aplica-se um campo elétrico de intensidade 2,5 N/C. Calcule a carga elétrica da gotícula.
6)Um carga elétrica puntual positiva, Q=4,5µC,
encontra-se no ar. Considere um ponto P situado a uma distância de 30cm de Q.
a)Qual é a intensidade do campo elétrico criado por Q em P?
b)Se o valor de Q fosse duplicado, quantas vezes maior se tornaria a intensidade do campo em P ?
c)Então, qual seria o novo valor do campo em P ?
7)Qual o valor do campo elétrico produzido por uma carga elétrica de 6µC situada a 30cm de distância?
8)Devido ao campo elétrico gerado por uma carga Q a carga q = + 2.10-5C fica submetida a uma força elétrica F = 4.10-2N. Determine o valor do campo elétrico.
9)O corpo eletrizado Q produz num ponto P o campo elétrico, de intensidade 2.105 N/C. Calcule a intensidade da força produzida numa carga positiva
q =4.10-6C colocada em P.
• Copiar e resolver os exercícios 1 e 2 do “Elabore
as resoluções” da página 47 e 48 do livro didático
• Copiar e resolver os exercícios 1, 2 ,3, 4 do
elabore em casa da página 48 do livro didático 1)Uma carga q = 6µC é colocada em determinado ponto
de uma região do espaço, sendo submetido à ação de uma força F = 0,3 N, na direção horizontal para a direita. Determine o vetor campo elétrico nesse ponto.
2)Uma partícula eletrizada com 2.10-6C de carga, ao ser colocada em certo local, sofre uma força elétrica de 5N. Qual a intensidade do campo elétrico nesse local? Se outra partícula, de carga –5.10-6 C for colocada no mesmo lugar, qual será a intensidade da força elétrica que atuará sobre ela?
3)Entre duas lacas paralelas eletrizadas com cargas de sinais opostas atua um campo elétrico uniforme de módulo 4.105N/C. Qual o módulo da força elétrica que atua sobre uma partícula de carga 2.10-10C colocada em algum ponto entre as placas?
Linhas de força do campo elétrico de
duas cargas puntiformes
O conceito de linhas de força foi desenvolvido por Faraday para dar um sentido mais concreto ao conceito de CAMPO ELÉTRICO. A direção e o sentido do campo elétrico em cada ponto é tangente à linha de força correspondente. A figura abaixo mostra algumas das linhas, que emergem das cargas positivas e submergem nas cargas negativas. Entretanto, todo o espaço é preenchido por essas linhas de força, formando um contínuo, parecido com o azul ou rosa em torno das cargas.
Corrente Elétrica
É verdade que a corrente elétrica faz as pessoas grudarem-se ao fio?
Todos os músculos dos seres vivos são acionados
por correntes elétricas transmitidas pelos nervos.
Quando há choque elétrico, os músculos
percorridos pela corrente elétrica contraem-se
involuntariamente. Se alguém simplesmente
encosta a ponta de um dedo em um condutor
energizado e ocorre o choque, os músculos do braço
e da mão contraem-se afastando o dedo do fio e
acabando com o choque. Se uma pessoa, sem saber
da energização, segura um fio com a palma da mão,
seus dedos contraem-se, agarrando o fio mais
firmemente. O cérebro envia mensagem mandando
os músculos soltarem o fio, porém a corrente
elétrica externa é mais intensa que a que os nervos
transmitem e a pessoa não tem controle sobre sua
mão. Assim, o indivíduo fica preso ao fio pela
própria força muscular.
Em duplas, discutam quais as providências que
devem ser tomadas no caso de alguém ficar
preso ao fio elétrico. Anote as conclusões e
depois discutam-na com os colegas.
Atividades 2
Atividades
1) Copiar e resolver os exercícios 1 ao 4 do elabore as resoluções da página 57 do livro didático.
Corrente Elétrica (i)
A corrente elétrica é um movimento ordenado de
cargas elementares.
A corrente elétrica
pode ser um simples jato de
partículas no vácuo, como
acontece num cinescópio de
TV, em que um feixe de
elétrons é lançado contra a
tela. No entanto, na maioria
dos casos, a corrente elétrica não ocorre no vácuo,
mas sim no interior de um condutor. Por exemplo,
aplicando uma diferença de potencial num fio
metálico, surge nele uma corrente elétrica formada
pelo movimento ordenado de elétrons.
Não se pode dizer
que todo movimento
de cargas elétricas
seja uma corrente
elétrica.
No
fio
metálico,
por
exemplo,
mesmo
antes de aplicarmos a diferença de potencial, já
existe movimento de cargas elétricas. Todos os
elétrons livres estão em movimento, devido à
agitação térmica. No entanto, o movimento é
caótico e não há corrente elétrica.
Quando aplicamos a diferença de potencial,
esse movimento caótico continua a existir, mas a
ele se sobrepõe um movimento ordenado, de tal
forma que, em média, os elétrons livres do fio
passam a se deslocar ao longo deste. É assim que se
forma a corrente elétrica.
O símbolo convencional
para
representar
a
intensidade de corrente
elétrica (ou seja, a
quantidade de carga Q
que flui por unidade de
tempo t) é o I, original do alemão Intensität, que
significa intensidade
lembre-se que Q = n.e
A unidade padrão no SI para medida de corrente é o ampère (A). 1A = 1C/1s
A corrente elétrica é também chamada informalmente de amperagem. Embora seja um termo válido, alguns engenheiros repudiam o seu uso.
A carga elétrica pode ser calculada por Q = n.e,
como também pode ser determinada a partir de um
gráfico da intensidade da corrente elétrica (i) em
função do tempo (t).
Calculando a área
A = i.
∆t, sai que,
Por serem grandezas físicas, podem ser medidas. Logo a unidade de medida de carga elétrica é o Àmpere (A) e a unidade de medida de tensão é o Volt (V).
Sentido da corrente elétrica
Para o sentido da corrente temos que diferenciar o sentido real do sentido convencional.
(nessa imagem, os pólos estão representados de acordo com o sentido real da corrente elétrica)
Por uma questão de convenção, a corrente elétrica é indicada em sentido oposto ao movimento real dos elétrons.
A explicação é a seguinte: o sentido convencional da corrente elétrica foi estabelecido como se as cargas fossem positivas.
Ainda por convenção, o seu sentido será indicado por uma flecha com a letra i.
Efeitos da corrente elétrica
A corrente elétrica apresenta diversos efeitos dependendo do meio em que se propaga. Os mais Corrente elétrica é a o fluxo de elétrons através de
um condutor elétrico, geralmente metálico.
t Q I ∆ =
A
Q
N=
comumente utilizados são:
Aquecimento - dissipa calor ao atravessar um condutor. Esse efeito é conhecido como Efeito Joule, é utilizado em lâmpadas incandescentes, torradeiras, chuveiros elétricos aquecedores, e ferros de passar.
Campo magnético - Em 1819 Oersted descobriu que a corrente elétrica atravessando um fio é capaz de defletir a agulha de uma bússola próxima a esse fio.
Luz – em lâmpadas incandescentes, o filamento é aquecido a 2500ºC e passa a emitir luz. Nas fluorescentes, a corrente elétrica provoca uma descarga no gás (argônio e vapor de mercúrio). Essa descarga produz radiação ultravioleta. Quando essa radiação atinge o pó branco (fósforo) depositado na superfície interna do tubo ele fluoresce, emitindo luz visível
Reações químicas - bateria e acumuladores de energia elétrica
Ondas eletromagnéticas - só é possível transmitir sinais de rádio, TV e celular, por que as correntes elétricas que oscilam nas antenas transmissoras produzem ondas eletromagnéticas.
Tensão elétrica (U)
A bateria é uma fonte de alimentação com dois pólos (gerador elétrico). Um tem carga positiva, outro tem carga negativa. Os elétrons têm carga negativa. Quando um fio é conectado a cada um dos pólos os elétrons são repelidos pelo pólo negativo, e atraídos pelo positivo. Isto faz com que eles se movam através do fio e formem uma corrente elétrica.
A força que vem da bateria e faz com que os elétrons se movimentem é chamada de força eletromotriz, ou tensão, e é medida em volts(V)
O gerador elétrico é o aparelho que fornece a energia aos elétrons para que estes se movimentem. É ele quem “empurra” os elétrons. Portanto o gerador é o principal elemento de um circuito elétrico.
Atividades
• Resolver o “ Elabore as resoluções” do seu livro
didático das páginas 95/96
• Resolver o “Elabore em casa” do seu livro
didático da página 96.
Atividades 2
1
) Uma carga de 5C gasta 10s para percorrer um
fio. Qual é o valor da corrente elétrica que atravessa
esse fio?
2) Um fio é percorrido por uma corrente de 2A.
Quantos elétrons atravessam uma secção reta desse
fio durante 3s?
3) (UFSC) Um fio condutor é percorrido por uma
corrente elétrica constante de 0,25A . Calcule,, em
Coulomb, a carga que atravessa uma seção reta
do condutor, num intervalo de 160s.
4) Medindo a intensidade de uma corrente elétrica
com um amperímetro obteve-se o valor de i = 2A.
Determine:
a)a carga transportada por essa corrente em 10s
b)o número de elétrons que atravessam uma secção
reta do condutor nesse intervalo de tempo (q = n.e)
5) Cite efeitos da corrente elétrica
6) Correntes e carga são diretamente ou
inversamente proporcionais?
7) a seção normal de um condutor é atravessada
pela quantidade de carga Q = 1,2.10
-3C no intervalo
de tempo
�t=1,5.10
-2s.
a) Qual a intensidade da corrente elétrica que
atravessa essa seção normal?
b) Se os portadores de carga são elétrons, quantos
elétrons atravessam essa seção normal nesse
intervalo de tempo?
8) (UNITAU) Numa secção reta de um condutor de
eletricidade, passam 12C a cada minuto. Nesse
condutor, a intensidade da corrente elétrica, em
àmperes, é igual a:
a) 0,08
b) 0,20
c) 5,0
d) 7,2
e) 12
9) Pela secção reta de um fio, passam 5,0.10
18elétrons a cada 2,0s. Sabendo-se que a carga elétrica
elementar vale 1,6 .10
-19C, pode-se afirmar que a
corrente elétrica que percorre o fio tem intensidade:
a)500 mA
b)800 mA c)160 mA d)400 mA
e) 320 mA
10) Uma bateria de automóvel, completamente
carregada, libera 1,3. 10
5C de carga. Determine,
aproximadamente, o tempo em horas que uma
lâmpada, ligada nessa bateria, ficará acesa, sabendo
que necessita de uma corrente constante de 2,0 A
para
ficar
em
regime
normal
de
funcionamento.(1h= 3600s)
11) (Univ. Uberaba-MG) Uma corrente contínua de
5,0 miliampères flui em um circuito durante 30
minutos. A quantidade de carga elétrica que
atravessa uma secção desse circuito nesse intervalo
de tempo, em coulombs, é de:
a) 0,15 b) 1,5. 10
2c) 6,0 d) 9,0
e) 360
12)
O gráfico apresenta a corrente elétrica que percorre um condutor em função do tempo.Qual a carga elétrica que atravessa uma secção transversal do condutor em 2s?
13) ) No gráfico, qual a carga que atravessa uma secção transversal do condutor após 8 minutos?
14)O gráfico representa a intensidade de corrente elétrica i em função do tempo t.
Gráfico para as questões abaixo.
15)Determine o valor da carga elétrica que passa em um condutor durante 8 s, de acordo com o gráfico.
16)Determine o número de elétrons que passam pelo condutor em 8s.
17) Determine o valor da carga elétrica que passa de 2 a 4s
18) Determine o número de elétrons que passa no intervalo de 2 a 4 s.
Resistores e Lei de Ohm
Resistores e resistência
Resistor: É todo dispositivo elétrico que transforma
exclusivamente energia elétrica em energia térmica.
Simbolicamente é representado por:
Alguns dispositivos elétricos classificados como
resistores são: ferro de passar roupa, ferro de soldar,
chuveiro
elétrico,
lâmpada
incandescente, etc.
Resistência elétrica (R) : é uma medida da oposição
ao movimento dos portadores de carga, ou seja, a
resistência elétrica representa a dificuldade que os
portadores de carga
encontram para se
movimentarem através
do condutor. Quanto
maior a mobilidade
dos portadores de carga, menor a resistência elétrica
do condutor.
Primeira Lei de Ohm
Seja U a diferença de potencial aplicada e i a
intensidade de corrente elétrica por meio do
condutor.
Definimos:
Resistência elétrica ( R) é a relação entre a ddp
aplicada (U ) e a correspondente intensidade de
corrente elétrica (i).
Assim
ou U = R.i
Unidade de resistência elétrica no Sistema
Internacional: ohm (
Ω)
Atividades
1)Um estudante de Física mede com um
amperímetro a intensidade de corrente elétrica que
passa por um resistor e, usando um voltímetro,
mede a tensão elétrica entre as extremidades do
resistor, obtendo o gráfico abaixo. Pode-se dizer
que a resistência do resistor vale:
a) 1Ω b(10Ω c)100Ω
Observação
A resistência elétrica é uma característica do condutor, portanto, depende do material de que é feito o mesmo, de sua forma e dimensões e também da temperatura a que está submetido o condutor. Posteriormente, esses itens serão analisados mais detalhadamente.
d) 0,1Ω e)0,01Ω
2) Aplica-se uma ddp. Nos terminais de um resistor e mede-se a intensidade de corrente que o atravessa. Determine:
a)a resistência elétrica do resistor
b) a ddp nos terminais do resistor quando percorrido por uma corrente de intensidade 1,6A.
3) Uma tensão de 12 volts aplicada a uma resistência de 3,0Ω produzirá uma corrente de:
a)36A b)24A c)4,0A d)0,25A
4) Qual é a resistência elétrica de um fio que, conectado aos terminais de uma bateria de carro de 12 V, conduz uma corrente de 100mA?
5) Uma secção reta de um fio de resistência 20Ω é
atravessada por 5C durante 20s. Qual é a queda de potencial desse fio?
6) Quando submetido à diferença de potencial de
5,0 V, um condutor é percorrido por uma corrente
elétrica de 25mA. Se submetido á diferença de
potencial de 25 V, é percorrido por uma corrente
elétrica de 100mA.
Qual o valor da resistência elétrica desse condutor
em cada caso?
7)A tabela mostra o valor da diferença de potencial
a que um resistor é submetido e a correspondente
intensidade da corrente que o atravessa?
8)Um resistor tem resistência constante de 150W.
a)Qual a diferença de potencial a que esse resistor
deve estar submetido para ser percorrido por uma
corrente de intensidade i = 800mA
b)Qual a corrente que o percorre quando submetido
à diferença de potencial de 6,0V?
9) Ao consertar uma tomada, uma pessoa toca um
dos fios da rede elétrica com uma mão e outro fio
com a outra mão. A ddp da rede é U=220V e a
corrente através do corpo é
i= 4.10
-3A . Determine a resistência elétrica da
pessoa.
10) Suponha um chuveiro elétrico com resistência
de 10
Ωligado a uma tensão (diferença de potencial)
de 110V. Calcule a corrente elétrica que passa pelo
chuveiro, ao ser ligado, é:
Segunda Lei de Ohm
Para condutores em forma de fios, verificamos,
experimentalmente, que a resistência elétrica do
condutor depende do comprimento do fio
, da
área de sua secção transversal (
A) e do tipo de
material que constitui o condutor
.
Analisando, separadamente, cada uma dessas
dependências, temos:
1)a resistência elétrica
Ré diretamente proporcional
ao comprimento l do fio;
2) a resistência elétrica é inversamente proporcional
à área da secção transversal do fio.
Com base nas análises acima, podemos escrever
que:
Onde
ρé o fator de proporcionalidade (uma
grandeza característica do material com que é feito
o condutor, denominada resistividade, que só
depende da temperatura, não dependendo da forma
ou dimensão do condutor).
unidades:
Para determinar a área da secção transversal:
fio cilíndrico:A=
πr
2Atividades
1
)A resistência elétrica de um fio de cobre depende:
a)só do seu comprimento
b)só da sua área de secção transversal;
c)só da intensidade de corrente elétrica que o
percorre;
d)só da ddp na qual está submetido;
e)do seu comprimento e da área de secção
transversal.
2)Dentre diversos resistores de mesmo material,
apresenta resistência maior aquele que for:
a)curto e fino
b)longo e grosso
c)curto e grosso d)longo e fino
e)revestido de bom isolamento.
3)Um fio condutor apresenta comprimento de 2m,
área de secção transversal 10
-2m
2e resistência
elétrica de 4
ΩSua resistividade elétrica, em
Ω.m :
a)2.10
-2b)8.10
-4c)6.10
-3d)10
e)1
4)Um fio de ferro homogêneo, de 2m de
comprimento, tem área de secção transversal de
0,02m. Sabendo que sua resistividade é de
1,7.10
-8Ω.m , o valor da resistência do fio, em ohms
é de:
5)Um fio, constituído de material de resistividade
4.10
-8Ω.m, tem comprimento de 20 cm e área de
secção reta de 2.10
-8m
2.Quando ligado a uma pilha
comum (1,5V), qual é a intensidade de corrente que
atravessa o fio?
6)Um reostato de fio utiliza um fio de tungstênio com 2 m de comprimento, enrolado sobre uma forma de cerâmica. A área da secção do fio é de 0,2mm2. Qual é a máxima resistência desse reostato?ρ =5,6.10-8Ω.m
(Oreostato é um dispositivo utilizado para variar a resistência de um
circuito)
7)Calcule a resistência de um fio de cobre com 100m de comprimento e 1,0mm2 de área de secção transversal. (ρCu=1,7.10-8Ω.m).
8)Um fio de níquel-cromo tem 1m de comprimento
e 10
Ωde resistência. A área de secção transversal
do fio é de 0,1mm
2. Qual a resistividade do
níquel-cromo?
9)Um condutor de alumínio tem 300m de
comprimento e 2mm de diâmetro. Calcule a sua
resistência elétrica.
(dados:
ρAl= 2,7 . 10
-8Ω.m, e considere
π= 3,14)
10) Um fio de cobre tem 2mm de diâmetro.
Aplicando-se uma tensão de 10V resulta uma
corrente de 1A.Qual o comprimento do fio ?
(
ρCu=1,7.10
-8Ω.m e considere
π= 3,14)
Atividades 2
PARTE I
1)Qual a intensidade da corrente em um condutor
que tem resistência de 1000
Ωse a tensão aplicada
for de
a) 2V b) 100V
c) 50mV
2)Qual deve ser a tensão em um condutor de 10K
Ωde resistência para a corrente tenha intensidade de :
a) 2mA
b) 0,05A c) 20mA
3) Uma lâmpada incandescente é submetida a uma
ddp de 110V, sendo percorrida por uma corrente
elétrica de 5,5A. Qual é, nessas condições, o valor
da resistência elétrica do filamento da lâmpada.
4) No circuito a seguir, qual é a leitura do amperímetro? a) I = 0,2 A b) I = 10 A c) I = 5 Ad) I = 2 A e) I = 500 A
5) Sabendo que a intensidade da corrente elétrica que passa por um resistor de resistência 4Ω é de 8 A., calcule
a tensão entre os terminais desse resistor.
6) Uma serpentina de aquecimento, ligada a uma linha de 110 v, consome 5 A . Determinar a resistência dessa serpentina.
7) Se um forno de 240V possui um elemento de resistência de 24?, Qual o menor valor de corrente do fusível que deve ser usado na linha para proteger o elemento aquecedor? 8) Qual a resistência de um ferro de solda que solicita uma corrente de 0,8333 A a 120 V ?
9) Uma torradeira com resistência de 8,27 W opera com uma corrente de 13,9 A. Encontre a tensão aplicada.
10)Qual a resistência interna de uma secadora de roupas 127 V, que solicita uma corrente de 23,3 A?
11) Num resistor de 2,0 W, a intensidade da corrente elétrica é 2,0 A. Qual é a tensão aplicada?
PARTE II
Utilizando a Primeira Lei de Ohm, determine:
1 - Qual a corrente em mA?
2 - Qual a tensão em mV?
3 - Qual a resistência em mΩ?
4 - Qual a tensão em V?
5 - Qual a corrente em mA?
6 - Qual a corrente em mA?
7 - Qual a corrente em mA?
8 - Qual a corrente em mA?
9 - Qual a resistência em kΩ
?
10) Qual a resistência emΩ?
Associação de Resistores
Para se obter resistências de certos valores,
que não se encontram no mercado, faz-se necessária
a associação de dois ou mais resistores para a
obtenção de um outro resistor equivalente com a
resistência desejada.
Associação em Série
Na
Associação em série,os resistores são
ligados de forma que a corrente passe somente por
um caminho, possuindo a mesma intensidade em
todos os resistores. Quando duas lâmpadas são
ligadas em série, se uma queima, a outra também se
apaga. A resistência equivalente à associação é a
soma das resistências individuais, a intensidade da
corrente elétrica da associação é a mesma de todos
os resistores e a d.d.p. no resistor equivalente é a
soma das d.d.p. em cada resistor.
Observação: Na associação em série a corrente (i) é constante e a tensão varia para cada resistor.
Associação em Paralelo
Na
Associação em paralelo, os resistores
são ligados de forma a permitir caminhos
independentes para a corrente elétrica. Quando duas
lâmpadas são ligas em paralelo uma funciona
independente da outra, se uma queimar, a outra
continua acesa. As ligações das residências são
feitas em paralelo para permitir o funcionamento
independente de vários aparelhos. A resistência
equivalente em paralelo é o inverso da soma dos
inversos das resistências individuais, a intensidade
R
EV
Ei
3 2 1R
R
R
R
E=
+
+
V
E=
V
1+
V
2+
V
3da corrente elétrica da associação é a soma da
intensidade da corrente elétrica de cada resistor e a
d.d.p no resistor equivalente é igual à d.d.p. entre
em cada resistor.
Observação: Na associação em paralelo a tensão (U) é constante e a corrente varia para cada resistor.
Atividades
1)Determine a resistência equivalente dos circuitos
abaixo, sabendo que cada resistor tem R= 1
Ω.
A)
B)
2)Qual o valor da resistência R do circuito, para que a resistência equivalente tenha um valor de 10Ω.
3) (Fei-SP) Qual a resistência equivalente da associação a seguir?
4) Você tem os seguintes resistores em mãos:
3Ω , 5Ω , 7Ω , 9Ω , 12Ω , 15Ω , 28Ω , 60Ω , 100Ω .
Pede-se:
a) Monte um circuito em série com resistência total de 19Ω
b) Monte um circuito em série com resistência total de 40Ω
c) Monte um circuito em série com resistência total de 55Ω.
5) Você tem os seguintes resistores em mãos: 1Ω, 3Ω ,
5Ω , 6Ω. Desenhe um circuito em paralelo que tenha resistência equivalente igual a 2Ω.
6) Dispõe-se de três resistores cujos valores são R1=20Ω, R2=30Ω e R3= 60Ω. Qual o valor do resistor equivalente quando esses resistores:
A)são associados em série? B)são associados em paralelo?
7)Calcule a resistência do circuito formado por 10 resistores de 10 k, colocados todos em paralelo entre
si, e em série com 2 resistores de 2 k, colocados em
paralelo.
8)Três resistores idênticos de R = 30 estão ligados em
paralelo com uma bateria de 12 V. Calcule a resistência equivalente e a corrente total do circuito
.
9) Três resistores de resistências elétricas iguais a R1 = 20Ω ; R2 = 30Ω e R3 = 10 Ω estão associados em série e 120 V é aplicado à associação. Determinar: a) a resistência do resistor equivalente; b) a corrente elétrica em cada resistor; c) a voltagem em cada resistor:
10) Calcule a resistência equivalente em (Ω) do circuito
abaixo:
Potência Elétrica Potência ElétricaPotência Elétrica Potência Elétrica
Na mecânica, define-se potência como a rapidez em
realizar um trabalho.
Da primeira Lei de Ohm, é possível obter
duas novas expressões para se calcular a potência
elétrica:
1ª maneira
U = R.i e P = i.U (substitui U por R.i na 2ª expressão) P = i. R.i logo
i
R
i
i
i
V
V
3 2 11
1
1
1
R
R
R
R
E = + + 3 2 1i
i
i
i
E=
+
+
P = R.i22ª maneira
U = R.i e P = i.U (substitui i por U/R)
Relembrando a associação de resistores para lâmpadas incandescentes:
Em série, como a corrente é constante, brilha mais a lâmpada de resistência maior, pois
P = R.i2
Em paralelo, como a tensão é constante, brilha mais a lâmpada de resistência menor, pois
R U p 2 = Energia Elétrica Energia ElétricaEnergia Elétrica Energia Elétrica
Por meio da equação da energia elétrica é possível
calcular a energia consumida por aparelhos numa
residência em dado intervalo de tempo. Para obter
em joule, usa-se watt como unidade de potência e
segundo como unidade de tempo. No caso de uma
residência, por exemplo, usa-se a potência em kW e
tempo em horas para obter o resultado em energia
em quilowatt-hora(kWh). O consumo pode ser
diário, semanal ou mensal.
t
P
En
=
.
∆
É possível ter duas situações quanto às unidades de
medida. A potência é medida em watts, porém a
energia pode ser medida em joule ou em
quilowatt-hora.
Há uma relação para essa unidade.
1kWh = 1000W. 3600s = 3,6 .10
6J
Atividades
1) No vidro de uma lâmpada está gravado:
60W-120V. Estando a lâmpada ligada de acordo com as
especificações, determine:
a)a intensidade de corrente elétrica que a percorre
b)o consumo em kWh dessa lâmpada em 20h de
uso.
2)A resistência do filamento de uma lâmpada é
supostamente constante e igual a 242 ohms,
quando ligada à fonte de 220volts. Calcule, em
quilowatt-hora, a energia consumida em 10 horas.
3) Um resistor é percorrido por uma corrente de 2A
e tem resistência de 20
Ω. Determine:
A)a tensão que está aplicada no resistor.
B)A potência transformada em calor.
4) Um chuveiro elétrico dissipa potência de 2500W
quando ligado à fonte de tensão 250V. Nessas
condições, podemos dizer que a corrente que o
alimenta é:
5) Um condutor de eletricidade, de resistência 2
ohms, ao ser submetido a certa ddp, desenvolve
potência de 32W. O valor dessa ddp é, em V:
6) Uma lâmpada de 110W permanece ligada em
média 5horas por dia. O consumo mensal (30 dias)
de energia elétrica dessa lâmpada, em kWh, é de:
Livro Didático
Resolver o “Elabore as resoluções” da página 123
Resolver os exercícios 1,2,3,4 do “ Elabore em
casa” da página 124
Atividades 2
1)Um equipamento elétrico opera com ddp de 220V
e intensidade de corrente de 10A. A companhia
distribuidora de energia elétrica cobra 40 centavos
por quilowatt-hora de energia elétrica consumida.
Sabendo-se que o equipamento trabalha 10 horas por
dias, de segunda a sexta, qual é a sua despesa
semanal com a energia elétrica? (valores em reais).
2)Calcule o consumo de energia elétrica dos
equipamentos abaixo:
3
) Se o kWh custa R$ 0,45 qual será o valor a ser
pago de energia elétrica ao utilizar esses
equipamentos nessas mesmas quantidades de dias e
horas tabelados?
4) Qual será a economia em reais (R$) se trocarmos
as lâmpadas de 100W pelas lâmpadas de 40W
5)Um chuveiro elétrico ligado em 120V é
percorrido por uma corrente elétrica de 10A durante
10 min. Quantas horas levaria uma lâmpada de
40W, ligada nessa rede, para consumir a mesma
energia elétrica que foi consumida pelo chuveiro?
6)Numa ligação de lâmpadas incandescentes em
série que lâmpada brilha mais: a de 50
Ωou a de
80
Ω? E em uma ligação em paralelo, que lâmpada
tem resistência menor: a de 100W ou a de 40W?
7)Dado o circuito abaixo, determine o que se pede:
a) a resistência equivalente do circuito;
b) a intensidade de corrente elétrica no resistor de
4
Ω.
c)a tensão no resistor de 2
Ω.
d) a potência dissipada pelo conjunto
e) a potência transformada em calor no resistor de
4
Ω.
8)Um condutor linear com 10ohms de resistência é
percorrido por uma corrente elétrica de 2 A durante
2 segundos. Calcular, em joules, a quantidade de
calor gerada.
9) Você toma um banho quente no chuveiro de
2400W- 120V. O banho dura 10 min. Determine o
custo mensal (30 dias) da energia elétrica
consumida, sabendo que, para o consumidor, o
quilowatt-hora de energia elétrica custa R$ 0,50.
Chamamos de magnetismo o ramo da Física que estuda a origem e as manifestações de certos tipos de materiais chamados de magnéticos que possuem a propriedade de atrair ou repelir outros.
A tentativa de esclarecer fenômenos magnéticos como esse, antecede a Era Cristã. Supõe-se que num local da antiga Grécia, chamado Magnésia, tenham sido encontrados os primeiros imãs naturais. Daí a expressão “magnetismo”. Sabe-se hoje que esses imãs naturais são na realidade, constituídos por um minério chamado magnetita. Entretanto esse fenômeno nunca foi bem compreendido até o século XIX, quando o físico dinamarquês Hans Christian Oersted (1777-1851) iniciou seus trabalhos.
Os fenômenos elétricos e magnéticos têm a mesma origem, isto é, estão ligados ao movimento dos elétrons. A unificação de ambas as descrições deu origem ao Eletromagnetismo, iniciado com Oersted.
Características dos Imãs
O imã possui dois polos: o polo Norte (N) e o polo Sul(S), que correspondem as regiões do imã onde as ações magnéticas são mais intensas.
2) Inseparabilidade dos polos magnéticos
3)Atração ou repulsão dos polos
Substâncias Magnéticas
Substâncias Diamagnéticas: são aquelas que não podem ser imantadas (cobre, chumbo, água, bismuto e antimônio)
Substâncias Paramagnéticas: são aquelas que podem ser imantadas, porém o poder magnético é muito fraco ( a maioria das substâncias, como alumínio, platina, estanho, manganês cromo e o ar)
Substâncias ferromagnéticas: são aquelas que podem ser imantadas e o poder magnético é forte (ferro, níquel, aço e cobalto).
Campo Magnético (B)
Analogamente ao campo elétrico, podemos dizer que há no espaço ao redor de um imã um campo magnético, que pode ser comprovado pela alteração da posição de agulhas magnéticas colocadas em diversos pontos desse espaço. As agulhas se orientam em direções específicas e indicam que sobre elas age algum tipo de força. De fato a força magnética é mediada pelo campo magnético. Entretanto, apesar das das analogias, existem diferenças fundamentais, tais como a inexistência do monopolo magnético, isto é, os polos magnéticos sempre aparecem aos pares, polo norte e polo sul.
O agente físico fonte do campo magnético também é a carga elétrica; porém, nesse caso, é preciso
