Corrente Elétrica ESTUDA AS CARGAS ELÉTRICAS EM MOVIMENTO.

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1 Corrente Elétrica ESTUDA AS CARGAS ELÉTRICAS EM MOVIMENTO

2 Eletricidade é uma forma de energia, um fenômeno que é um resultado da existência de cargas elétricas. A teoria de eletricidade e seu inseparável efeito, Magnetismo, é provavelmente a mais precisa e completa de todas as teorias científicas. O conhecimento da eletricidade foi o impulso para a invenção de motores, geradores, telefones, rádio e televisão, raios-X, computadores e sistemas de energia nuclear. A eletricidade é uma necessidade para a civilização moderna. Imagem: Ujjwal Kumar / American and Dridal Fall of Niagara Falls on a full moon / Domínio Público A eletrodinâmica estuda as correntes elétricas, suas causas e seus efeitos. As correntes elétricas desempenham um papel fundamental em nosso cotidiano.

3 Corrente Elétrica É um movimento orientado de cargas elétricas.
A corrente elétrica só se estabelece em um condutor quando as extremidades deste condutor são submetidas a uma diferença de potencial. A B UAB 0 VA > VB E Nos estudos iniciais da corrente elétrica, não se sabia exatamente quais as cargas que se moviam no condutor, se as positivas ou as negativas. Diante disso, estabeleceu-se o seguinte:

4 Corrente Elétrica O sentido da corrente elétrica convencionalmente adotado é aquele no qual se deslocariam espontaneamente as cargas positivas no interior do condutor. E A B UAB  0 VA > VB Sentido convencional i Observe que as cargas elétricas que se movimentam no interior do condutor são os elétrons e o fazem no sentido de B para A (sentido real da corrente). No entanto, o sentido convencional se conserva até hoje. Assim, sempre que se fala em sentido da corrente, trata-se do sentido convencional.

5 As cargas se movimentam em todas as direções
As cargas se movimentam em todas as direções. Porem, não temos corrente elétrica.

6 i Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas
Corrente elétrica eletrônica é o movimento ordenado de elétrons i ddp =(VA – VB)

7 Sentidos da Corrente Elétrica
Real: movimento dos elétrons (polo negativo para o positivo) Convencional: movimento hipotético de cargas positivas (polo positivo para o negativo, não existe na realidade) Símbolo de uma Pilha (Gerador) Símbolo de uma Pilha (Gerador) Não existe movimento de prótons, mas permanece esta concepção por motivos históricos até hoje. É o que ocorre na realidade, o movimento de elétrons.

8 Sentido convencional da corrente
+ Sentido real da corrente Sentido convencional da corrente + - + -

9 SENTIDO DA CORRENTE ELÉTRICA
O sentido da corrente elétrica é o sentido imaginário das cargas positivas, isto é, o mesmo do campo elétrico E Sentido convencional da corrente + -

10 Tipos de corrente elétrica
Nos gases rarefeitos a corrente elétrica tem como portadores de carga os íons positivos e negativos como também a movimentação de elétrons livres. A corrente elétrica que se estabelece nos condutores eletrolíticos e nos condutores gasosos (como a que surge em uma lâmpada fluorescente) é denominada corrente iônica.

11 Corrente Elétrica Tipos de condutores:
a) Primeira classe: Condutores Metálicos

12 Corrente Elétrica b) Segunda classe: Condutores Eletrolíticos
placas metálicas

13 Corrente elétrica iônica é o movimento ordenado de ÍONS
Condutores iônicos + ÍONS Corrente elétrica iônica é o movimento ordenado de ÍONS - ÍONS

14 Corrente Elétrica c) Terceira classe: Condutores Gasosos

15 Corrente Elétrica Isolante elétrico é todo meio que oferece boa resistência a movimentação de portadores de cargas elétricas no seu interior

16 Intensidade de Corrente
A intensidade de corrente (i) é uma grandeza que mede a quantidade de carga elétrica que atravessa determinada área de um condutor em determinado intervalo de tempo. Onde: Q – carga elétrica – C(Coulomb) Δ t – tempo - s(segundo) i – corrente elétrica – A(Ampère)

17 INTENSIDADE DA CORRENTE ELÉTRICA ( i )
S = área da secção transversal Nº elétrons Carga “e” Carga Total (C) -19 -19 01 1,6.10 1,6.10 -19 -19 02 1,6.10 3,2.10 -19 1,6.10 -19 03 4,8.10

18 INTENSIDADE DA CORRENTE ELÉTRICA ( i )
ΔQ ΔQ = carga elétrica i = Δt = tempo Δt A intensidade de corrente elétrica ( i ), é dada pela quantidade de carga Δq que passa durante um tempo (Δt) através de uma secção transversal de um condutor.

19 UNIDADE DE CORRENTE ELÉTRICA
1 Coulomb i = =1 Ampère 1segundo -3 1mA = 10 A 1µA = 10 A -6 1 C i = =1 A 1 s Unidade do S.I

20 Se a corrente tem intensidade igual a 1,0 A, isso significa que passam por um ponto do condutor 6,25 x 1018 elétrons. Submúltiplos: 1 miliampère = 1 mA = 10-3 A 1 microampère = 1 A = 10-6 A

21 TIPOS DE CORRENTE ELÉTRICAS
CORRENTE ELÉTRICA CONTÍNUA É aquela que mantém o sentido de deslocamento constante. i

22 t(s) I(A) 3 1 2 i(A) 3 1 2 3 t(s) É aquela que mantém sentido de deslocamento constante. Quando além do sentido a intensidade também se mantém constante, a corrente é chamada de corrente continua constante.

23 CORRENTE ELÉTRICA ALTERNADA 60 ciclos por segundo f = 60hz
É aquela cuja sentido e a intensidade variam periodicamete .

24 Efeitos da Corrente Elétrica
Efeito térmico  Os elétrons , acelerados pelas forças elétricas, colidem com os átomos da rede atômica, transferindo-lhes energia, que faz com que haja um aumento da energia de vibração desses átomos, o que implica macros-copicamente num aumento de temperatura. Este fenômeno, também chamado efeito Joule. Alguns exemplos clássicos: Lâmpada incandescente Chuveiro elétrico Ferro elétrico Fusíveis

25 Efeito químico Fazendo-se passar uma corrente elétrica por uma solução de ácido sulfúrico em água, por exemplo, observa-se que da solução se desprende hidrogênio e oxigênio. A corrente elétrica produz, então, uma ação química nos elementos que constituem a solução.

26 EFEITO FISIOLÓGICO Por que ocorre o choque?
A corrente elétrica, quando percorre o corpo humano, interfere junto às correntes internas carregadas pelos nervos, dando-nos a sensação de formigamento. Para que o choque ocorra, deve haver uma diferença de potencial entre dois pontos distintos do corpo humano, ou seja, quanto maior for a diferença de potencial, maior será a corrente elétrica, como consequência, o choque também será maior. Geralmente, um desses pontos são os pés, que estão em contato com o solo, e o outro ponto é o que de fato entra em contato com algum aparelho elétrico ou fio elétrico. O valor da corrente elétrica, ou melhor, a intensidade, depende de alguns fatores relevantes, como a voltagem e a resistência elétrica do caminho percorrido pela corrente elétrica no corpo. A resistência do corpo humano sofre variação de uma pessoa para outra e também depende das condições da pele de cada um. Quando o corpo humano está molhado, sua resistência é bem menor do que quando está seco. Molhado, a resistência cai, e a corrente que passa pelo corpo humano pode ser bastante alta, mesmo para uma tensão pequena. Devemos perceber que os danos que são causados pelos choques são mais relacionados com a corrente elétrica do que com a voltagem. Podem ocorrer choques que levam a óbito mesmo com uma voltagem de apenas 20 V.

27 Danos causados ao corpo humano
Quando uma corrente elétrica passa pelo corpo humano, estamos aptos a sentir os seguintes efeitos: pequeno formigamento, dores, espasmos musculares, contrações musculares, alteração nos batimentos cardíacos, parada respiratória, queimaduras e morte. Os danos são provenientes do fato de o movimento dos músculos e as transmissões de sinais nervosos ocorrerem pela passagem de pequenas correntes elétricas. Temos que lembrar que outro fator que pode causar danos ao corpo humano é o trajeto que a corrente faz. O fato de ela passar pelo coração, que é um músculo, causa os espasmos que alteram o ritmo cardíaco, deixando-o irregular. Os choques mais perigosos ocorrem quando uma pessoa segura com as duas mãos o fio elétrico, pois o caminho a ser percorrido pela corrente elétrica fica mais próximo do coração. Imagem: Queimadura / Adam Gould / Domínio Público

28 Valores aproximados de corrente e os danos que causam: 1 mA a 10 mA – apenas formigamento; 10 mA a 20 mA – dor e forte formigamento; 20 mA a 100 mA – convulsões e parada respiratória; 100 mA a 200 mA – fibrilação; acima de 200 mA – queimaduras e parada cardíaca. Por Domiciano Marques Fonte:

29 Efeito magnético Em 1820, o dinamarquês Oersted descobriu que quando a corrente elétrica passa em um fio metálico desviava a agulha de uma bússola. Curiosidade: O primeiro modelo de um motor elétrico nasceu dessas pesquisas.Um fio condutor, que ao ser percorrido pela corrente elétrica, girava quando colocado próximo ao ímã.O mesmo estava convertendo diretamente energia elétrica em energia mecânica. Uma outra grande aplicação ocorreu quando da invenção dos galvanômetros.

30 EXEMPLO: Por uma seção transversal de um condutor metálico passa uma carga elétrica total ΔQ= 4 mC no intervalo de tempo ΔT= 20 s. Sendo a carga elétrica elementar e=1,6.10^-19 C, determine a intensidade de corrente elétrica e o número de partículas que passam pela referida seção por segundo. 2. (U.E. Londrina-PR) Pela secção reta de um condutor de eletricidade passam 12,0 C a cada minuto. Nesse condutor, a intensidade da corrente elétrica, em ampères, é igual a:

31 EXEMPLO: 3. (PUC-SP) Uma corrente elétrica de intensidade 11,2 µA percorre um condutor metálico. A carga elementar é e = 1, C. O tipo e o numero de partículas carregadas que atravessam uma seção transversal desse condutor por segundo são: 4. Uma corrente elétrica de intensidade igual a 5 A percorre um fio condutor. Determine o valor da carga que passa através de uma secção transversal em 1 minuto.

32 Corrente elétrica: Movimento ordenado de elétrons.
DEFINIÇÃO Corrente elétrica: Movimento ordenado de elétrons. Condição Deve existir uma diferença de potencial (DDP) em volt(V)

33 Energia e Potência Elétrica
INTRODUÇÃO No nosso cotidiano são várias as situações onde o conhecimento de Física pode nos ajudar a tomar decisões. Imagem: Lâmpada fluorecenscete / Leridant / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic. Imagem: Lâmpada incandescente / Ming888 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Numa situação simples, como escolher entre uma lâmpada fluorescente e outra incandescente, ou entre duas incandescentes/fluorescentes, necessitamos de conhecimentos de física para compreendermos o seu comportamento elétrico.

34 Energia e Potência Elétrica
Nos aparelhos elétricos a corrente elétrica transforma a energia potencial elétrica em outras formas de energia, principalmente a térmica e a mecânica. É a quantidade de energia transformada que pagamos às concessionárias de energia elétrica dos nossos estados. Imagem: Chuveiro Elétrico / Andrevruas / Creative Commons Attribution 3.0 Unported. Imagem: Ferro Elétrico / Li-sung / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Imagem: Ventilador / Jorge Barrios / Domínio Público. Dessa forma, conhecermos as características da corrente elétrica que circula em cada aparelho elétrico pode nos ajudar a escolher aquele que melhor se adequa às nossas necessidades, principalmente a financeira.

35 Energia e Potência Elétrica
POTÊNCIA DA CORRENTE ELÉTRICA Você já esteve em contato com conceito de POTÊNCIA quando estudou o conceito de ENERGIA na MECÂNICA. Em eletricidade, a potência da corrente elétrica tem o mesmo significado. Observe a animação. A carga elétrica recebe uma certa quantidade de energia potencial elétrica “armazenada” no campo elétrico estabelecido no interior do condutor. Quando a carga elétrica começa a circular pelo condutor (corrente elétrica) ao passar na lâmpada, devido ao efeito Joule, a energia potencial elétrica é transformada em Calor num determinado intervalo de tempo.

36 Energia e Potência Elétrica
^

37 Energia elétrica Potência elétrica do aparelho
Intervalo de tempo de funcionamento do aparelho Energia elétrica consumida pelo aparelho Título da Aula

38 Unidades no Sistema Internacional:
Energia elétrica utilizada (E) joule (J) Potência elétrica (P) watt (W) Intervalo de tempo de funcionamento (∆t) segundos (s)

39 Relação entre as unidades SI
1J= 1W x 1s = Ws O kWh (quilowatt-hora) é a unidade prática de energia, usada para exprimir o “consumo” de energia elétrica. O kWh é a energia elétrica consumida durante uma hora de funcionamento por um aparelho cuja potência média é 1 kW:

40 1 kWh = 1 kW × 1 hora 1 kWh = 1000 W × 3600 s 1 kWh = 3 600 000 J
Sendo o quilowatt-hora (kWh) e o Joule (J) duas unidades de energia qual será a relação entre elas? Como 1 kW = 1000 W e hora = 3600 s O valor de 1 kW h em joules será: 1 kWh = 3,6 × 106 J 1 kWh = 1 kW × 1 hora 1 kWh = 1000 W × 3600 s 1 kWh = J Título da Aula

41 Exemplos Em uma torradeira, vem marcados os valores 1000W e 127V. Determine: a) A intensidade da corrente elétrica que atravessa a torradeira, considerando-a ligada corretamente. b) O consumo de energia elétrica do aparelho, admitindo que ele permaneça ligado durante 2 horas. Expresse o resultado em KWh e em Joules. Dado: 1KWh = 3,6x10-6 J.

42 Número de kWh no momento da leitura.
O disco roda quando se consome energia. Número de rotações que correspondem ao consumo de 1 kWh Título da Aula

43 E consumida = P × ∆t E consumida = 1,2 kW × 5 h E consumida = 6 kWh
Exemplo: Considere um aquecedor eléctrico de resistências, com 1200 W de potência, ligado num fim-de-semana durante 5 horas. Qual o custo da energia eléctrica consumida pelo aquecedor (considere que 1 kWh custa cerca de R$ 0,50)? E consumida = P × ∆t E consumida = 1,2 kW × 5 h E consumida = 6 kWh Custo = 6 kWh × 0, Custo = R$ 3,00