Eletricidade e Mecânica

Apresentação em tema: "Eletricidade e Mecânica"— Transcrição da apresentação:

1 Eletricidade e Mecânica
UNIDADE - INTRODUÇÃO História da Eletricidade Engenharia Elétrica Carga Elétrica e Força Elétrica Condutores e Isolantes Processos de Eletrização Campo Elétrico Força Elétrica Potencial Elétrico

2 Eletrostática Descoberta por um filosofo grego chamado Tales de Mileto que, ao esfregar um âmbar a um pedaço de pele de carneiro, observou que pedaços de palhas e fragmentos de madeira começaram a ser atraídas pelo próprio âmbar. Do âmbar (gr. élektron) surgiu o nome eletricidade. No século XVII foram iniciados estudos sistemáticos sobre a eletrificação por atrito, graças a Otto von Guericke. Em 1672, Otto inventa uma maquina geradora de cargas elétricas onde uma esfera de enxofre girava constantemente atritando-se em terra seca. Meio século depois, Stephen Gray faz a primeira distinção entre condutores e isolantes elétricos.

3 Eletrostática Durante o século XVIII as maquinas elétricas evoluem até chegar a um disco rotativo de vidro que é atritado a um isolante adequado. Uma descoberta importante foi o condensador, descoberto independentemente por Ewald Georg von Kleist e por Petrus van Musschenbroek. O condensador consistia em uma maquina armazenadora de cargas elétricas. Eram dois corpos condutores separados por um isolante delgado. Mas uma invenção importante, de uso pratico, foi o pára-raios, feito por Benjamin Franklin. Ele disse que a eletrização de dois corpos atritados era a falta de um dos dois tipos de eletricidade em um dos corpos.

4 Eletrostática No século XVIII foi feita a famosa experiência de Luigi Aloisio Galvani em que potenciais elétricos produziam contrações na perna de uma rã morta. A descoberta dos potenciais elétricos foi atribuída por Alessandro Volta que inventou a pilha voltaica que consistia em uma serie de discos de cobre e zinco alterados, separados por pedaços de papelão embebidos por água salgada. Com essa invenção, obteve-se pela primeira vez uma fonte de corrente elétrica estável. Por isso, as investigações sobre a corrente elétrica aumentaram cada vez mais.

5 Eletrostática Tem início as experiências com a decomposição da água em um átomo de oxigênio e dois de hidrogênio. Em 1802, Humphry Davy separa eletronicamente o sódio e o potássio. Mesmo com a fama das pilhas de Volta, foram criadas pilhas mais eficientes. John Frederic Daniell inventou-as em 1836 na mesma época das pilhas de Georges Leclanché e a bateria recarregável de Raymond Louis Gaston Planté.

6 Eletrodinâmica O físico Hans Christian Örsted observa, em 1820, que um fio de corrente elétrica age sobre a agulha de uma bússola. Com isso, percebe-se que há uma ligação entre magnetismo e eletricidade (tem início o estudo do eletromagnetismo). Em 1831, Michael Faraday descobre que a variação na intensidade da corrente elétrica que percorre um circuito fechado induz uma corrente em uma bobina próxima. Uma corrente induzida também é observada ao se introduzir um ímã nessa bobina. Essa indução magnética teve uma imediata aplicação na geração de correntes elétricas. Uma bobina próxima a um ima que gira é um exemplo de um gerador de corrente elétrica alternada.

7 Os geradores foram se aperfeiçoando até se tornarem as principais fontes de suprimento de eletricidade empregada principalmente na iluminação. Em 1875 é instalado um gerador em Gare du Nord, Paris, para ligar as lâmpadas de arco da estação. Foram feitas maquinas a vapor para movimentar os geradores, e estimulando a invenção de turbinas a vapor e turbinas para utilização de energia hidrelétrica. A primeira hidrelétrica foi instalada em 1886 junto as cataratas do Niágara. Para se distribuir a energia, foram criados inicialmente condutores de ferro, depois os de cobre e finalmente, em 1850, já se fabricavam os fios cobertos por uma camada isolante de guta-percha vulcanizada, ou uma camada de pano. Eletrodinâmica

8 Eletrodinâmica A Publicação do tratado sobre eletricidade e magnetismo, de James Clerk Maxwell, em 1873, representa um enorme avanço no estudo do eletromagnetismo. A luz passa a ser entendida como onda eletromagnética, uma onde que consiste de campos elétricos e magnéticos perpendiculares à direção de sua propagação.

9 Eletrodinâmica Heinrich Hertz, em suas experiências realizadas a partir de 1885, estuda as propriedades das onde eletromagnéticas geradas por uma bobina de indução; nessas experiências observa que se refletidas, refratadas e polarizada, do mesmo modo que a luz. Com o trabalho de Hertz fica demonstrado que as ondas de radio e as de luz são ambas ondas eletromagnéticas, desse modo confirmando as teorias de Maxwell; as ondas de radio e as ondas luminosas diferem apenas na sua frequência. Hertz não explorou as possibilidades práticas abertas por suas experiências. Mais de dez anos se passaram até que Guglielmo Marconi utilizou as ondas de radio no seu telegrafo sem fio. A primeira mensagem de radio é transmitida através do Atlântico em Todas essas experiências vieram abrir novos caminhos para a progressiva utilização dos fenômenos elétrico sem praticamente todas as atividades do homem. Fonte:

10 Eletrodinâmica Espectro Eletromagnético

11 Engenharia Elétrica O Engenheiro eletrecista é o profissional que se preocupa com sistemas que produzem, transmitem e medem sinais elétricos. A engenharia elétrica combina modelos de fenômenos naturais desenvolvidos pelos físicos com as ferramentas dos matemáticos paras produzir sistemas que atemdem necessidades práticas. Sistemas de comunicação: Geram, Transmitem e distribuem as informações; Sistemas de computação: Processam as informações Sistemas de controle: Regulam os processos; Sistemas de potência: Geram e distribuem energia elétrica; Sistemas de processamento de sinais: Agem sobre os sinais elétricos que representam as informações.

12 Carga Elétrica e Força Elétrica
Carga elétrica é uma propriedade da matéria. Está no interior do átomo sendo positiva para prótons e negativa para os elétrons. Unidade da carga: [Q]=C - coulomb A carga elementar, que corresponde a carga do próton ou do elétron é: Q=-1, C A carga na matéria é quantizada, ou seja, qualquer quantidade de carga, positiva ou negativa é multiplo da carga elementar. + - neutro Positivo Negativo + - Mesma Natureza Naturezas Diferentes Unidade da Força [F]= N - newtons

13 Condutores e Isolantes
Condutores são materiais que conduzem facilmente eletricidade pois os elétrons da última camada estão fracamente ligados podendo ficarem livres devido à energia térmica do meio. Exemplo: Cobre, alumínio, ouro. Isolantes que não conduzem eletricidade pois os elétrons da ultima camada são fortemente ligados ao núcleo, impossibilitando este fenômeno. Processos de Eletrização Em média, na natureza, os corpos são neutros, mas podem adquirir cargas positivas ou negativas por processo de eletrização que são basicamente três: Atrito: Indução Contato

14 Campo Elétrico Alteração da propriedade do espaço devido a presença da carga elétrica. O campo elétrico é radial e foi descrito for Faraday Como é uma grandeza vetorial, diverge da carga positiva e converge para a carga negativa. Observe as figuras. Campo Elétrico Uniforme

15 Força Elétrica [Q] = C – coulomb [F] = N – newtons
A carga Q inserida na região submetida a um campo E uniforme fica sujeita a uma força F dada por: [Q] = C – coulomb [F] = N – newtons [E] = N/C – newtons/coulomb + - Lei de Coulomb + K=9 109Nm2/C2 [d] = metros Constante dielétrica

16 Campo Elétrico de uma carga pontual
Lembrando que: E que pela lei de Coulomb: Considerando-se que a carga QA esteja submetida ao campo elétrico da carga QB: É o módulo do campo elétrico produzido por uma carga puntiforme. Se for representar vetorialmente: E>0, se Q>0 o vetor aponta para fora da carga radialmente; E<0, se Q<0 o vetor aponta para dentro da carga radialmente .

17 Potencial Elétrico V13=V1-V3
+ Associado ao campo elétrico, há uma grandeza escalar que é o potencial elétrico, definido como: Trabalho da força elétrica, por unidade de carga, realizado para transportar uma carga teste do infinito até uma posição qualquer no interior do campo elétrico. Da mesma forma, a diferença de potencial nada mais é do que o potencial da posição final da carga menos o potencial da posição inicial. Matematicamente: a diferença de potencial (ddp) acima para transportar a carga que de V3 até V1 é, V13=V1-V3 No caso da placa infinita, o campo elétrico é uniforme e é dado por V= Ed onde d é a distância entre a carga teste e a placa e é o campo elétrico produzido pela placa. A unidade do potencial elétrico é no SI [V] = V – volt Cada plano paralelo à placa, o potencial não varia. Portanto estes plano são chamados de superfícies equipotenciais.

18 Potencial Elétrico Desta forma se a carga teste for deslocada na mesma superfície equipotencial, a força elétrica não realizará trabalho sobre a mesma. O mesmo acontecerá se a carga for transportada para qualquer região do espaço onde haja o campo elétrico produzido pela placa e retornar a esta superfície. Portando o campo elétrico é um campo conservativo a exemplo do campo gravitacional. Finalizando o cálculo da ddp na placa do slide anterior V1=Ed1 V3=Ed3 V13=E(d1-d3) Para o caso das carga puntuais temos: + Módulo do potencial diminui com a distância + - d +V -V Sinal do potencial depende da carga. Expressão para o potencial

19 Submúltiplos das Grandezas
Nome prefixo Potên-cia de dez deci d 10-1 centi c 10-2 mili m 10-3 micro 10-6 nano n 10-9 pico p 10-12 fento f 10-15 ato a 10-18

20 A C A B O U