ELETRICIDADE BÁSICA EM
REGIME DE CORRENTE CONTÍNUA REVISIONAL (27-7-2020) GAIOLA DE FARADAY Gaiola de Faraday foi um experimento de Michael Faraday. Feito
em 1836, através dele o químico Faraday provou o efeito da blindagem eletrostática,
ou seja, mostrou que há “espaço neutro” num campo elétrico. LEI DE FARADAY A Lei
de Faraday ou Lei
de Indução Eletromagnética, enuncia que quando houver
variação do fluxo magnético através de um circuito, surgirá nele uma força
eletromotriz induzida. CONSTANTE
DE FARADAY A Constante de Faraday é o resultado da multiplicação do Número
de Avogadro (NA) pela carga elétrica do elétron (e) e o
seu valor em unidades. F = 96485,33289(59) C mol-1 O Número de Avogadro é o 6,022 x 10 23 mol-1 e a indicação matemática da Lei de Avogadro é a seguinte: V é o volume do gás; n é a quantidade de substâncias do gás; k é uma constante de proporcionalidade. O Número de Avogadro é um número padrão para representar um mol de quaisquer entidades elementares de átomos, moléculas, íons e elétrons.Mol é uma unidade de medida utilizada para expressar a
quantidade de matéria microscópica, como átomos e moléculas.
É um termo que provém do latim mole, que significa
quantidade, e foi proposto pela primeira vez em 1896 pelo químico Wilhem Ostwald. Porém, foi Amedeo Avogadro que sugeriu, em 1811, que a mesma
quantidade de matérias diferentes apresentaria a mesma quantidade de
moléculas, o que foi chamado de Constante de Avogadro. Cálculo
de Cargas Elétricas
Para calcular a quantidade de
cargas elétricas, utiliza-se a seguinte expressão: Q = n.e Onde, Q: carga elétrica Tipos
de Eletrização
Existem três tipos de eletrização: por
atrito, por contato e por indução. Eletrização por Atrito
Os elétrons estão
localizados na eletrosfera, que é a parte externa do núcleo e são mantidos
girando ao seu redor por forças eletrostáticas. Contudo, esta força vai
diminuindo com a distância. Desta forma, os elétrons mais
exteriores da eletrosfera são mais facilmente retirados de sua órbita. Quando
esfregamos dois corpos, alguns desses elétrons migram de um corpo para o
outro. Eletrização por Contato
Este tipo de eletrização ocorre
quando um corpo condutor está carregado e entra em contato com um outro
corpo. Parte da carga irá ser transferida para o outro corpo. Neste processo, os corpos
envolvidos ficam carregados com cargas de mesmo sinal e a carga do corpo que
estava inicialmente eletrizado diminui. ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO
A eletrização por indução pode
ocorrer sem contato entre os corpos. Quando um corpo eletrizado (indutor) é
aproximado de um condutor (induzido), inicialmente neutro, induz neste uma
distribuição de cargas. A Lei de Coulomb, formulada pelo
físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) no final do século
XVIII, abrange os estudos sobre a força elétrica entre
partículas eletricamente carregadas. Ao observar a força eletrostática de atração entre
as cargas de sinais opostos e de repulsão entre cargas que
apresentam o mesmo sinal, Coulomb propôs a seguinte teoria: “A força elétrica de ação mútua entre duas cargas elétricas
puntiformes tem intensidade diretamente proporcional ao produto das cargas e
inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa”. Fórmula
da Lei de Coulomb
A partir da Lei de Coulomb, para calcular
a força elétrica entre duas cargas utiliza-se a seguinte expressão: Onde: ·
F: força, em newton (N) ·
q1 e q2: cargas
elétricas, em coulomb (C) ·
r: distância entre as cargas, em
metros (m) ·
K: constante eletrostática. No vácuo
seu valor é 9.109 N.m2/C2 Energia eletrostática ou energia potencial
elétrica é a energia produzida pelo excesso de cargas elétricas em
atrito. Ela é medida pela seguinte fórmula: Energia Potencial. A energia presente nos corpos dando a eles
a capacidade de realizar trabalho é chamada de Energia
Potencial. Quando está relacionada aos trabalhos da força
peso, a energia armazenada nos corpos é chamada Energia Potencial
Gravitacional e quando está associada a uma força elástica é
Energia Potencial Elástica. A unidade de medida da Energia Potencial é Joule. Onde, k = constante eletrostática CAMPO
ELÉTRICO
Quando uma carga puntiforme eletrizada está fixa em um ponto, ao seu
redor irá surgir um campo elétrico. A intensidade deste campo depende do meio em que a carga está inserida
e poderá ser encontrada através da seguinte fórmula: Sendo: E: intensidade do campo elétrico
(N/C) Vetor
Campo Elétrico
Ao campo elétrico associamos uma
grandeza vetorial chamada vetor campo elétrico. Como
o próprio nome indica, trata-se de uma grandeza vetorial que possui módulo,
direção e sentido. Intensidade do Campo Elétrico
O valor da intensidade
do campo elétrico pode ser encontrado através da
seguinte fórmula: Onde: E: campo elétrico No Sistema Internacional de Unidade, a intensidade do campo elétrico é medido em Newton por Coulomb (N/C), a força em Newton (N) e a carga elétrica em Coulomb (C) Sentido do Vetor Campo
Elétrico
A força elétrica e o vetor campo
elétrico possuem mesma direção. Entretanto, convencionamos que terão mesmo
sentido quando a carga de prova for positiva, e sentido contrário quando a
carga de prova for negativa. Na ilustração abaixo, vemos o que
acontece com o sentido do vetor do campo elétrico provocado por uma carga Q
fixa e positiva quando colocamos uma carga de provas positiva e uma negativa: Vemos na animação que o sentido do
campo elétrico não depende do sinal da carga de prova, apenas do sinal da carga
fixa. Assim, o campo gerado por uma carga positiva é de afastamento. Por sua vez, quando o campo
elétrico é gerado por uma carga negativa, temos as seguintes situações
indicadas na imagem abaixo: Observamos que quando a carga fixa
que gera o campo é negativa, o sentido do vetor campo elétrico também não
depende do sinal da carga de prova. Sendo assim, uma carga fixa
negativa gera um campo, ao seu redor, de aproximação. POTENCIAL ELÉTRICO
Onde: V = Potencial elétrico DIFERENÇA DE POTENCIAL
U = vb -
va Onde, U = diferença de potencial CORRENTE ELÉTRICA A corrente
elétrica designa o movimento ordenado de cargas
elétricas (partículas eletrizadas chamadas de íons ou elétrons) dentro de um
sistema condutor. Esse sistema apresenta uma diferença de potencial elétrico (ddp) ou
tensão elétrica. A corrente elétrica que transita nos resistores pode transformar
energia elétrica em energia térmica (calor), num fenômeno conhecido
como Efeito Joule. A resistência de um fio condutor facilita ou dificulta a passagem da
corrente elétrica, sendo calculada através da fórmula da Primeira Lei de Ohm (R=U/I). TENSÃO
ELÉTRICA
A tensão elétrica, também chamada de diferença de potencial
(ddp), caracteriza a diferencial do potencial elétrico de dois pontos num
condutor. É, portanto, a força decorrente da movimentação dos elétrons em
determinado circuito. No sistema Internacional (SI), a tensão elétrica é medida em Volts (V). Para
calcular a tensão elétrica de um circuito elétrico, utiliza-se a
expressão: Os aparelhos eletrônicos, pilhas e baterias, apresentam o polo
negativo e o polo positivo. Isso explica a diferença de potencial (ddp)
presente no circuito de cada um deles. Observe que o sentido
da corrente elétrica é caracterizado de duas maneiras.
Uma delas é a “corrente
elétrica real”, ou seja, aquela que possui o sentido do
movimento dos elétrons. A outra maneira é a “corrente
elétrica convencional”, cujo sentido é contrário ao movimento
dos elétrons e é marcada pelo movimento das cargas elétricas positivas. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a intensidade da corrente
elétrica é medida em Ampère (A),
a resistência em Ohm (Ω)
e a tensão elétrica (ddp) é medida em Volts (V). Potência elétrica é definida como a rapidez com que um
trabalho é realizado. Ou seja, é a medida do
trabalho realizado por uma unidade de tempo. A unidade de potência no sistema internacional de
medidas é o watt (W),
em homenagem ao matemático e engenheiro James Watts que aprimorou a máquina à
vapor. P = U . i Sendo, P: potência (W) ASSOCIAÇÃO
DE RESISTORES Associação de Resistores é um
circuito que apresenta dois ou mais resistores. Há três tipos de associação:
em paralelo, em série e mista. Ao analisar um circuito, podemos encontrar o valor do resistor equivalente, ou
seja, o valor da resistência que sozinha poderia substituir todas as outras
sem alterar os valores das demais grandezas associadas ao circuito. Para calcular a tensão que os
terminais de cada resistor estão submetidos aplicamos a Primeira Lei de Ohm: U = R . i Onde, U: diferença de potencial elétrico
(ddp), medida em Volts (V) ASSOCIAÇÃO
DE RESISTORES EM SÉRIE
Na associação de resistores em
série, os resistores são ligados em sequência. Isso faz com que a corrente
elétrica seja mantida ao longo do circuito, enquanto a tensão elétrica varia. Assim, a resistência equivalente (Req) de um
circuito corresponde à soma das resistências de cada resistor presente no
circuito: Req = R1 + R2 + R3 +...+ Rn ASSOCIAÇÃO
DE RESISTORES EM PARALELO
Na associação de resistores em
paralelo, todos os resistores estão submetidos a uma mesma diferença de
potencial. Sendo a corrente elétrica dividida pelos ramos do circuito. Assim, o inverso da resistência
equivalente de um circuito é igual a soma dos
inversos das resistências de cada resistor presente no circuito: Quando, em um circuito em paralelo,
o valor das resistências for iguais, podemos
encontrar o valor da resistência equivalente dividindo o valor de uma
resistência pelo número de resistências do circuito, ou seja: |