Física eletricidade

ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA

COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 1


Cargas Elétricas
A matéria é formada de pequenas partículas, os
átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de
partículas ainda menores, os prótons, os elétrons e os
nêutrons. Os prótons e os nêutrons localizam-se na
parte central do átomo, e formam o núcleo. Os
elétrons giram em torno do núcleo na região
denominada eletrosfera. Os prótons e os elétrons
apresentam uma importante propriedade física, a
carga elétrica. A carga elétrica do próton e a do
elétron têm a mesma intensidade, mas sinais
contrários. A carga do próton é positiva e a do
elétron, negativa.


Num átomo não existe predominância de cargas elétricas; o
número de prótons é igual ao número de elétrons. O átomo é um
sistema eletricamente neutro. Entretanto quando ele perde ou
ganha elétrons, fica eletrizado. Eletrizado positivamente quando
perde elétrons e negativamente quando recebe elétrons.
Sendo a carga do elétron a menor quantidade de carga
elétrica existente na natureza, ela foi tomada como carga padrão
nas medidas de carga elétricas.
No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida
de carga elétrica é o Coulomb (C).
A carga do elétron, quando tomada em módulo, é chamada
de carga elementar e é representada por e.
carga elementar: 1,6.10 - 19 C
carga do elétron: - 1,6.10 - 19 C
carga do próton: + 1,6.10 - 19 C



Princípio da atração e repulsão
Princípios da Eletrostática
• Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem;

• Cargas elétricas de sinais opostos se atraem.

Princípio da conservação das cargas
• Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das
quantidades de cargas positivas e negativas é constante.



Condutores elétricos

Meios materiais nos quais as cargas elétricas
movimentam-se com facilidade.

Isolantes elétricos ou dielétricos

Meios materiais nos quais as cargas elétricas
não têm facilidade de movimentação.



Eletrização de um corpo
O processo de eletrização de um corpo é semelhante ao de um
átomo. Se num corpo o número de prótons for igual ao número de
elétrons, dizemos que ele está neutro. Quando um corpo apresenta
uma falta ou um excesso de elétrons, ele adquire uma carga elétrica Q,
que é sempre um número inteiro n de elétrons, de modo que:

Q = .e
n , sendo n um numero inteiro.

Portanto, um corpo pode ser:
a) eletrizado positivamente: falta de elétrons Q = + n . e
b) eletrizado negativamente: excesso de elétrons Q = – n . e


Eletrização de um corpo
• Quando há um desequilíbrio entre o número
de elétrons e o número de prótons, o corpo
está eletrizado.



- Para que um corpo esteja carregado
positivamente, é necessário que seus prótons
estejam em maior número que os seus elétrons.



- Para que um corpo esteja carregado
negativamente é necessário que os seus elétrons
estejam em maior número que seus prótons.



- Para que um corpo seja considerado neutro, seu
número elétrons deve ser igual ao seu número de
prótons.

 + +
 + 
+ 
+  +
 +



Corrente Elétrica
Corrente elétrica é o movimento
ordenado de cargas elétricas.

•Nos sólidos: elétrons livres. Ex.: Metais
•Nos líquidos: cátions e ânions. Ex.: H2O+NaCl
•Nos gases: cátions e elétrons. Ex.: Gás
ionizado


Intensidade da Corrente Elétrica
Q
i =
∆t
i→ intensidade da corrente elétrica (A)
Q→ quantidade de carga(C)
t→ tempo (s)

A = C/s


Potência elétrica
Definimos a potência elétrica (P) para
qualquer máquina pela relação entre a
quantidade de energia transformada
(∆E) e o correspondente intervalo
de tempo (∆ t).



Potência elétrica

P→ Potência elétrica (W)
E → Energia (J)
t → tempo (s)


Lâmpada de 60 W 60 J / s
Chuveiro elétrico 2600 W – 6800 W
TV 105 W Geladeira 101 W Home-Theater 30 a 130 W

Usina Jorge Lacerda 700 MW
Angra I 500 MW Angra II 1000 MW
Itaipu 12000 MW

kWh medida de energia 1000 W em uma hora
Preço do kWh (abril 2011) ~ R$ 0,4



APARELHO POTÊNCIA DIAS DE USO MÉDIA DE CONSUMO CUSTO EM
ELÉTRICO EM WATTS POR MÊS UTILIZAÇÃO MENSAL REAIS(R$)
POR DIA (KWh)
SOM 3 x1 80W 20 3h 4,8kwh

AR- 1000 30 8,0 240kwh
CONDICIONADO
7.500 BTU

SECADOR DE 30 10min 7,0kwh
CABELO 1400
GRANDE

LAVADORA DE
LOUÇAS
1500 30 40 min 30,0kwh



Resistores: transformar
energia elétrica em
energia térmica (dissipar
energia elétrica) ou
limitar a intensidade da
corrente elétrica em
circuitos eletrônicos.



1ª LEI DE OHM: MANTIDA A TEMPERATURA CONSTANTE, O QUOCIENTE
DA DDP APLICADA PELA RESPECTIVA INTENSIDADE DE CORRENTE
ELÉTRICA RESULTAVA EM UMA CONSTANTE CARACTERÍSTICA DO
RESISTOR.

1ª Lei de Ohm


1ª Lei de Ohm



Resistores Não Ôhmicos


ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES
EM UM CIRCUITO É POSSÍVEL ORGANIZAR CONJUNTOS DE RESISTORES INTERLIGADOS,
CHAMADA ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES. O COMPORTAMENTO DESTA ASSOCIAÇÃO VARIA
CONFORME A LIGAÇÃO ENTRE OS RESISTORES, SENDO SEUS POSSÍVEIS TIPOS: EM SÉRIE, EM
PARALELO E MISTA.
ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE

ASSOCIAR RESISTORES EM SÉRIE SIGNIFICA LIGÁ-LOS EM UM ÚNICO TRAJETO, OU SEJA:

COMO EXISTE APENAS UM CAMINHO PARA A PASSAGEM DA CORRENTE ELÉTRICA ESTA É
MANTIDA POR TODA A EXTENSÃO DO CIRCUITO. JÁ A DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE CADA
RESISTOR IRÁ VARIAR CONFORME A RESISTÊNCIA DESTE, PARA QUE SEJA OBEDECIDA A 1ª LEI
DE OHM, ASSIM:


ASSOCIAÇÃO EM PARALELO:

Ligar um resistor em paralelo significa basicamente dividir a mesma fonte de
corrente, de modo que a ddp em cada ponto seja conservada. Ou seja:

Usualmente as ligações em paralelo são representadas por:

Como mostra a figura, a intensidade total de corrente do circuito é igual à soma das
intensidades medidas sobre cada resistor, ou seja:

Pela 1ª lei de ohm:

E por esta expressão, já que a intensidade da corrente e a tensão são mantidas,
podemos concluir que a resistência total em um circuito em paralelo é dada por:



2ª Lei de Ohm: a resistência elétrica e diretamente proporcional à área
(A) da secção transversal e inversamente proporcional ao comprimento
(L) fio.

Resistividade (ρ): uma grandeza que depende do material que constitui
o resistor e da temperatura.

2ª Lei de Ohm


Aplicações do Efeito Joule
 Fornos: laboratórios e na indústria se usam fornos elétricos para
obtenção de temperaturas elevadas. O forno contém uma resistência
elétrica que liberta calor com a passagem da corrente. Ele é revestido
externamente com uma substância que transmite mal o calor, como
por exemplo amianto. Desse modo, o calor libertado pela resistência
fica todo no interior do forno.



 Lâmpadas Incandescentes: As lâmpadas elétricas têm uma estrutura
Incandescentes
muito simples. Na base, existem dois contatos de metal, que são ligados
a dois fios rígidos, que são conectados ao filamento de metal fino. O
filamento fica no meio da lâmpada, protegido por uma cápsula de vidro.
Os fios e o filamento estão dentro da lâmpada de vidro, que é cheia
de gás inerte, como o argônio.



• Fusíveis: Em uma instalação elétrica sempre são usados fios capazes de
suportar uma certa intensidade de corrente. A corrente não deve atingir
valores muito mais elevados do que o valor previsto porque senão o
calor libertado por efeito Joule pode fundir os fios e estragar a
instalação.



• A ECONOMIA GERADA PELA RECICLAGEM

• Cada tonelada de papel reciclado representa 3 m³ de espaço disponível nos
aterros sanitários.
• A energia economizada com a reciclagem de uma única garrafa de vidro é
suficiente para manter acesa uma lâmpada de 100 W durante quatro horas.
• Com a reciclagem de uma lata de alumínio economiza-se o suficiente para
manter ligado um aparelho de televisão durante 3 horas.
• Uma tonelada de papel reciclado significa economia de três eucaliptos e 32
pinus, árvores usadas na produção de celulose.
• Na fabricação de uma tonelada de papel reciclado são necessários apenas 2
mil litros de água, ao passo que no processo tradicional esse volume pode
chegar a 100 mil litros por tonelada.



• O Brasil só recicla cerca de 30% de seu consumo de papel.
• O vidro é 100% reciclável e o Brasil só recicla cerca de 14,2%
do vidro que produz e consome.
• Cada tonelada de aço reciclado representa uma economia
de 1.140 Kg de minério de ferro, 454 Kgde carvão e 18 Kg de
cal, sem perda da qualidade.
• O processo de reciclagem diminui a poluição do ar em 75%,
a poluição da água em 35% e reduz o consumo de energia
em 64%.



• ENEM 2010
• Q-14.A EFICIÊNCIA DE UM PROCESSO DE CONVERSÃO DE
ENERGIA É DEFINIDA COMO A RAZÃO ENTRE A PRODUÇÃO DE
ENERGIA OU TRABALHO ÚTIL E O TOTAL DE ENTRADA DE
ENERGIA NO PROCESSO. A FIGURA MOSTRA UM PROCESSO
COM DIVERSAS ETAPAS. NESSE CASO, A EFICIÊNCIA GERAL
SERÁ IGUAL AO PRODUTO DAS EFICIÊNCIAS DAS ETAPAS
INDIVIDUAIS. A ENTRADA DE ENERGIA QUE NÃO SE
TRANSFORMA EM TRABALHO ÚTIL É PERDIDA SOB FORMAS
NÃO UTILIZÁVEIS (COMO RESÍDUOS DE CALOR).
AUMENTAR A EFICIÊNCIA DOS PROCESSOS DE CONVERSÃO DE
ENERGIA IMPLICA ECONOMIZAR RECURSOS E COMBUSTÍVEIS.
DAS PROPOSTAS SEGUINTES, QUAL RESULTARÁ EM MAIOR
AUMENTO DA EFICIÊNCIA GERAL DO PROCESSO?


• A) Aumentar a quantidade de combustível para
queima na usina de força.
• B) Utilizar lâmpadas incandescentes, que geram
pouco calor e muita luminosidade.
• C) Manter o menor número possível de aparelhos
elétricos em funcionamento nas moradias.
• D) Utilizar cabos com menor diâmetro nas linhas de
transmissão a fim de economizar o material
condutor.
• E) Utilizar materiais com melhores propriedades
condutoras nas linhas de transmissão e lâmpadas
fluorescentes nas moradias.


(Enem 2005) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa
considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que
apenas os aparelhos que constam da tabela a seguir fossem utilizados
diariamente da mesma forma.
Tabela: A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada
aparelho doméstico

Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1kWh é R$ 0,40, o
consumo de energia elétrica mensal dessa casa, é de
aproximadamente


a) R$ 135.
b) R$ 165.
c) R$ 190.
d) R$ 210.
e) R$ 230



Sabendo que o consumo de energia elétrica total diária é a soma do
consumo de cada um dos aparelhos no dia
(no tempo especificado), utilizando a equação (I) podemos
determinar:
ETotal= 1,5⋅(8) + 3,3⋅(1/3) + 0,2⋅(10) + 0,35⋅(10) + 0,10 ⋅(6)
ETotal= 19,2 kWh
Assim, o consumo em um mês será de
EMensal= 30⋅(19,2) ⇒ EMensal= 576 kWh
Convertendo para a unidade monetária fornecida (Real) utilizando a
taxa de
R$ 0,40/kWh (enunciado), temos que:
C = 576⋅(R$ 0,40) ⇒ C = R$ 230,40


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