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Eletricidade I. 2 Estrutura atómica da matéria Os protões e os neutrões encontram-se no núcleo dos átomos. Os electrões.

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1 Eletricidade I

2 2 Estrutura atómica da matéria Os protões e os neutrões encontram-se no núcleo dos átomos. Os electrões têm carga eléctrica negativa e giram em órbitas electrónicas à volta do núcleo dos átomos. Os electrões das últimas órbitas electrónicas que conseguem sair ficam livres e designam-se por electrões livres. A matéria quer se encontre no estado sólido, liquido ou gasoso é constituída por moléculas, as moléculas por átomos e os átomos por electrões, protões e neutrões. Órbita electrónica Electrão livre

3 3 Intensidade da corrente eléctrica A intensidade da corrente eléctrica (I) é o movimento orientado desses electrões livres ao longo dos condutores eléctricos. Condutor eléctrico Electrões livres Os condutores eléctricos (cobre, prata, alumínio) têm muitos electrões livres por isso são usados para conduzir a corrente eléctrica. Os isoladores eléctricos (plástico, borracha, baquelite) não têm electrões livres por isso não conduzem a corrente eléctrica. Grandeza eléctricaUnidadeAparelho de medida Intensidade da corrente elétrica (I)Ampére (A)Amperímetro

4 4 Sentido da corrente elétrica O sentido convencional da corrente elétrica é do potencial positivo (+) para o potencial negativo (-) do gerador. O sentido real da corrente elétrica é do potencial negativo (-) para o potencial positivo (+) do gerador. Condutor eléctrico Electrões livres + _ + _

5 5 Tensão ou diferença de potencial Grandeza eléctricaUnidadeAparelho de medida Tensão ou diferença de potencial (U)Volt (V)Voltímetro Para que haja um movimento orientado dos electrões livres é necessário aplicar ao condutor eléctrico uma tensão (U) através da utilização de um gerador eléctrico (pilha, bateria, dínamo ou alternador). Na figura vemos o gerador (bateria) que é responsável por criar uma tensão (U) ou diferença de potencial que vai ser responsável pelo movimento orientado dos electrões livres que se encontram nos condutores eléctricos e que ao passarem no filamento da lâmpada (receptor) vão provocar a emissão de luz.

6 6 Força eletromotriz – f.e.m. Um gerador é um dispositivo ou aparelho que mantém constante a d.d.p. aos seus terminais. Quando se liga o terminal positivo ao negativo através de um receptor vai haver movimento de cargas eléctricas, corrente eléctrica. O gerador vai manter a diferença de potencial para que continue a haver corrente. O que faz com que a o gerador mantenha a d.d.p., repondo as cargas internamente do pólo positivo para o negativo é a sua força electromotriz, que se exprime em volts.

7 7 Resistência elétrica A resistência eléctrica (R) consiste na dificuldade que os materiais apresentam à passagem da corrente eléctrica. Os materiais condutores (cobre, prata, alumínio) têm muitos electrões livres por isso são usados para conduzir a corrente eléctrica, já que apresentam uma resistência praticamente nula (R 0). Os materiais isoladores (plástico, borracha, baquelite) não têm electrões livres por isso não conduzem a corrente eléctrica oferecendo uma grande resistência à sua passagem (R ). Grandeza eléctricaUnidadeAparelho de medida Resistência eléctrica (R) Ohm ( ) Ohmímetro

8 8 Resistividade elétrica A resistência eléctrica (R) de um condutor aumenta com o seu comprimento (l) e diminui se a sua secção (S) aumentar. Considerando o comprimento do condutor expresso em metros (m) e a secção do condutor em milímetros quadrados (mm 2 ), a resistência é expressa em ohm (). Na expressão aparece um coeficiente de proporcionalidade (ρ) denominado de resistividade eléctrica que é uma medida da oposição de um dado material à passagem da corrente eléctrica. Quanto mais baixa for a resistividade mais facilmente o material permite a passagem da corrente elétrica.

9 9 Múltiplos e Submúltiplos Sucede por vezes, que a unidade adoptada é muito maior ou muito menor do que a grandeza a medir. Assim, teremos de usar submúltiplos ou múltiplos dessa unidade. O quadro seguinte indica as designações de alguns dos prefixos mais usados. PrefixoSímboloFactor de multiplicação Múltiplos quilo mega giga tera KMGTKMGT = = = = Submúltiplos mili micro nano pico mµnpmµnp 0,001 = , = , = , =

10 10 Lei de Ohm Quando aos terminais de um circuito de resistência R [Ω] é aplicada uma diferença de potencial U [V], produz-se nele uma corrente de intensidade I [A], cujo valor obedece à expressão:

11 11 Aplicação da lei de Ohm

12 12 Circuito eléctrico Qualquer circuito eléctrico é constituído por gerador, receptor, condutores eléctricos e geralmente por um aparelho de comando. Gerador Receptor Condutores Aparelho de comando Geradores de corrente contínua: Pilha, bateria de acumuladores ou dínamo. Gerador de corrente alternada: Alternador. Receptores: Lâmpada, campainha, motor, electrodomésticos. Aparelhos de comando: Interruptor, botão de pressão. Condutores eléctricos: Condutor de cobre com um isolamento exterior de plástico.

13 13 Simbologia Um circuito eléctrico é representado por um esquema eléctrico através de símbolos. PilhaCampainha Bateria de acumuladores Motor DínamoInterruptor AlternadorBotão de pressão LâmpadaCondutor M G~G~ G _ + _ + _

14 14 Circuito elétrico aberto e fechado + _ O circuito eléctrico está aberto porque o interruptor não permite a passagem da corrente eléctrica logo a lâmpada estará apagada. + _ O circuito eléctrico está fechado porque o interruptor permite a passagem da corrente eléctrica logo a lâmpada estará acesa. Um interruptor a comandar uma lâmpada.

15 15 Efeitos da corrente elétrica A corrente eléctrica quando percorre um circuito eléctrico pode produzir os seguintes efeitos: Efeito calorífico, efeito luminoso, efeito magnético, efeito mecânico, efeito químico.

16 16 Ligação em série de resistências As resistências são ligadas umas a seguir às outras. R T = R1 + R2 + R3 Síntese das características da associação série a) A intensidade I é a mesma em todas as resistências b) A tensão total aplicada é igual à soma das tensões parciais nas diferentes resistências UT = U1 + U2 + U3 +...Un c) A resistência total equivalente é igual à soma das resistências parciais RT = R1+ R2 + R3+…Rn

17 17 Receptores ligados em série Inconvenientes da ligação em série de receptores: Se um dos receptores avariar (por exemplo uma lâmpada fundir) a corrente eléctrica já não passa para os outros receptores ou seja, o circuito fica interrompido para os restantes receptores. A tensão aplicada pelo gerador ao circuito divide-se pelo número de receptores. + _ 9 Volt 3 Volt Os receptores são ligados uns a seguir aos outros.

18 18 Ligação em paralelo de resistências As resistências estão ligadas em paralelo ou em derivação, quando as extremidades das resistências estão ligadas entre si. Síntese das características da associação em paralelo: a) A tensão é a mesma em todas as resistências. b) A Intensidade total (IT) é igual à soma das intensidades parciais nas diferentes resistências IT = I1 + I2 + I In c) A resistência total equivalente é igual à soma dos inversos das resistências parciais d) A resistência total equivalente é sempre menor que a menor das resistências parciais.

19 19 Receptores ligados em paralelo Os receptores são ligados uns aos terminais dos outros. Vantagens da ligação em paralelo dos receptores: Se um dos receptores avariar (por exemplo uma das lâmpadas fundir) os outros continuam a funcionar porque a corrente continua a poder passar por eles. A tensão aplicada pelo gerador ao circuito é a tensão que fica aplicada em cada receptor independentemente do seu número. Por estes motivos é que todos os receptores das nossas casas estão ligados em paralelo. + _ 9 Volt Nó ou derivação

20 20 Potência elétrica A potência eléctrica de um equipamento pode ser calculada através da tensão aplicada e da corrente consumida. A energia eléctrica (W) consumida por um equipamento é definida como sendo o produto da potência eléctrica pelo tempo. A unidade de potência eléctrica (P) é o watt (W), do tempo (t) é a hora (h) logo, a unidade de energia elétrica é o Watt-hora (Wh)

21 21 Efeito de Joule Já foi referido que um dos efeitos da corrente elétrica é o efeito calorífico, ou seja, esta provoca o aquecimento de todos os condutores e aparelhos que percorre. Este efeito toma o nome de Efeito de Joule. A energia elétrica transformada em energia calorífica no circuito elétrico de um recetor é diretamente proporcional à resistência deste, ao quadrado da intensidade da corrente que o percorre e ao tempo de passagem desta. A corrente é expressa em amperes (A), a resistência em ohm (), o tempo em segundos (s) e o calor é expresso em joules (J).

22 22 Ligação do amperímetro e voltímetro O Voltímetro é ligado em paralelo ou em derivação aos terminais do recetor ou do gerador O Amperímetro é ligado em série no circuito. + _ A + _ + _ V + _

23 23 Multímetro O multímetro é um aparelho de medida que permite medir a Intensidade da corrente eléctrica, a Tensão ou diferença de potencial, a Resistência eléctrica, verificar a continuidade eléctrica, etc.

24 24 Transformações energéticas Dínamo - Transforma energia mecânica em energia elétrica η = P u : P a η – rendimento Pu – Potência útil (Potência elétrica) Pa – Potência absorvida (Potência mecânica)

25 25 Transformações energéticas Motor – Transforma energia elétrica em energia mecânica η = P u : P a η – rendimento Pu – Potência útil (Potência mecânica) Pa – Potência absorvida (Potência elétrica)

26 26 Proteção das pessoas Em caso de electrocussão é importante seguir alguns passos para garantir os primeiros socorros: - Antes de avançar para a vítima deve desligar o disjuntor do circuito (ou o interruptor geral do quadro) que provocou o choque eléctrico. - Se não for possível, deve afastar a vítima dos condutores, garantindo primeiro o seu isolamento (colocar-se sobre uma base isolada – madeira, tapete borracha, etc.) ou utilizar equipamentos isolantes para afastar os condutores. - Se for necessário, aplicar os primeiros socorros à vítima (reanimação cárdio- respiratório) e chamar urgentemente o Arejar bem o local, desapertar roupa e sapatos. - Manter a vítima numa posição que mantenha a desobstrução das vias respiratórias.

27 Lucínio Preza de Araújo27 Sensores e transdutores Transdutor Dispositivo que converte uma forma de energia noutra. É o caso das células fotovoltaicas que convertem directamente luz em energia eléctrica. Sensor Dispositivo que converte uma forma de energia numa variação de uma grandeza eléctrica qualquer, como corrente ou resistência. Esse é o caso das LDR em que o valor da sua resistência varia com a luz que incide nela..


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