FÍSICA 19. Eletrodinâmica

Índice Introduçao / Carga Elétrica (Q) Geradores Corrente Elétrica Rendimento do Gerador Corrente Contínua / Corrente Alternada Curva Característica do Gerador Lei de Pouillet Intensidade de Corrente Elétrica (i) Associação de Geradores Propriedade do Diagrama i x t Associação em série / paralelo / mista de geradores Condutores e Isolantes Tensão Elétrica ou Diferença de Potencial (d.d.p.) Receptores Força Contra-Eletromotriz (Fcem) Convenções Equação do Receptor Resistência Elétrica (R) / Potência Elétrica (P) Rendimento Elétrico no Receptor Leis de Kirchoff – 1a Lei: Lei dos nós; Associação de Resistores Associação em série / paralelo / mista de resistores 2a Lei: Lei das malhas Ponte de Wheatstone Medidores: Galvanômetro / Amperímetro / Voltímetro

Introdução - Inicialmente, é necessário revisar a definição de matéria e a sua composição íntima. Matéria é tudo que nos envolve: desde a água que bebemos até a carteira em que sentamos. Antigamente, acreditava-se que a matéria era composta por bolinhas indivisíveis chamadas de átomos. Hoje, sabemos que os átomos são compostos por partículas dos mais variados tipos. Existem mais de 200 subpartículas.

- A Física Moderna estuda o comportamento destas partículas. Para o estudo da Eletricidade convencional, só nos interessam as partículas elementares, dentre as quais os prótons e elétrons apresentam uma propriedade importante, que é a de possuírem carga elétrica. Convencionalmente, temos: prótons = possuem carga positiva; elétrons = possuem carga negativa; nêutrons = desprovidos de carga. - O estado natural da matéria é o neutro, ou seja, o número de prótons é igual ao número de elétrons. Podemos fazer com que o número de prótons fique diferente do número de elétrons acrescentando ou retirando elétrons do corpo. Temos: Corpo eletrizado positivamente → há falta de elétrons; Corpo eletrizado negativamente → há excesso de elétrons.

Carga Elétrica (Q)

Corrente Elétrica Para o estabelecimento de uma corrente elétrica em um condutor, é necessário que haja um percurso fechado, por onde deve ocorrer o deslocamento das cargas elétricas, e um dispositivo (gerador) para a manutenção do movimento.

É aquela em que o movimento das cargas se dá num único sentido. Corrente Contínua É aquela em que o movimento das cargas se dá num único sentido.

Corrente Alternada É aquela em que o fluxo é variável e ocorre uma inversão no sentido (e intensidade) da corrente. Isso ocorre, por exemplo, nas ligações residenciais e industriais.

Intensidade da Corrente Elétrica (i)

Propriedade do Diagrama ixt Portanto, no diagrama i x t, a área delimitada pela curva e o eixo dos tempos é numericamente igual à quantidade de carga que atravessa uma secção transversal de um condutor no intervalo de tempo considerado.

Condutores São materiais que conduzem eletricidade. Podem ser de primeira ou segunda classe, ou ainda gasosos.

Isolantes São materiais que não conduzem eletricidade. Exemplos: borracha, madeira seca, água pura, vidro.

Tensão Elétrica Ou Diferença de Potencial (d.d.p.) - É a relação entre o trabalho ou energia convertida e a carga elétrica.

Circuito Elétrico Simples - Constituído por um gerador, uma lâmpada e uma chave.

Resistencia Elétrica - É a propriedade que os materiais possuem de se opor à movimentação dos elétrons. Uma das suas aplicações é o chuveiro elétrico. A unidade de resistência elétrica, no SI, é denominada Ohm (Ω), em homenagem ao físico alemão George Simon Ohm (1787-1854) que, realizando experiências com diversos condutores diferentes, verificou que a resistência elétrica de um condutor independe da corrente elétrica que o atravessa ou da tensão a que está submetido, desde que sua temperatura seja mantida constante (1a Lei de Ohm).

Potência Elétrica (P)

Associação de Resistores - Em determinadas situações, ao construirmos um circuito, necessitamos de um resistor cujo valor desconhecemos, ou necessitamos de uma tensão menor que a da rede local, ou ainda, possuímos vários elementos resistivos que devem funcionar a uma mesma tensão. Nestas circunstâncias, associamos os elementos de que dispomos de forma a obter a solução desejada, basicamente de três formas, a saber: em série, em paralelo ou mista. As associações podem ser substituídas por um único resistor denominado resistor equivalente (Req) que, se submetido à mesma tensão (U) que a associação, é percorrido por uma corrente elétrica idêntica à corrente elétrica total da associação.

Associação em Série Um conjunto de resistores está associado em série quando o terminal de entrada de um está ligado ao terminal de saída de outro. Desta forma, a corrente que percorre todos os resistoresé a mesma. Observe a figura ao lado.

Associação em Paralelo

Casos Particulares Associação Mista As associações mistas de resistores correspondem a combinações de associações em série e em paralelo. O resistor equivalente deve ser determinado através de simplificações, transformando o circuito original em circuitos parciais, apenas em série ou apenas em paralelo.

Medidores No estudo da Eletrodinâmica, em determinadas ocasiões é necessário o conhecimento preciso de uma corrente elétrica, ou datensão, ou da resistência elétrica num determinado ponto de um circuito. Para tanto, lançamos mão de medidores dessas grandezas.

Geradores Gerador elétrico é todo aparelho que transforma energia não elétrica em energia elétrica. Como exemplo de gerador, podemos citar as pilhas, as baterias, as usinas hidrelétricas ou nucleares e os painéis solares. Nos circuitos elétricos, a corrente circula pelos componentes, deixando, em cada um,uma parte de sua energia (dissipada por efeito Joule), graças ao gerador.

Rendimento do Gerador (η)

Curva Característica do Gerador - Ao representarmos graficamente a equação do gerador, num sistema de eixos coordenados, obtemos uma reta, denominada curva característica do gerador. Quando não circula corrente pelo gerador (circuito aberto), temos U = E. Ao ligarmos os terminais do gerador por um fio de resistência desprezível (curto-circuito), a corrente que atravessa o gerador é máxima (corrente de circuito elétrico icc). A tangente do ângulo α é igual à resistência interna do gerador.

Lei de Pouillet - Criada para determinar a corrente que circula pelo gerador.

Associação de Geradores As associações de geradores são frequentemente utilizadas nos circuitos com diversas finalidades. Assim como nos capacitores e resistores, os geradores podem ser associados em série, em paralelo ou de forma mista, sendo denominado Gerador Equivalente aquele que substitui os geradores da associação.

Associação em Série - Na associação de geradores em série, o polo positivo de um gerador deve ser ligado ao polo negativo do outro, e assim por diante. Dessa forma, todos os geradores são percorridos pela mesma corrente elétrica.

Associação em Paralelo - Nesta modalidade de associação, o polo positivo de um gerador é ligado ao polo positivo de outro, o mesmo sucedendo com seus polos negativos. Assim, todos os geradores estão sob a mesma tensão.

Na associação em paralelo, a fem é mantida, com vantagem de obtermos uma resistência interna menor. Para um melhor aproveitamento da associação em paralelo, devemos associar apenas geradores idênticos.

Associação Mista de Geradores - A associação mista consiste na combinação de n associações em série idênticas, ligadas em paralelo. A determinação do gerador equivalente se dá seguindo-se as regras para as associações em série e em paralelo.

Receptores Os receptores são elementos que recebem a energia elétrica gerada pelos geradores e a transformam em outra modalidade de energia, que não seja exclusivamente térmica (calor).

Força Contraeletromotriz (Fcem) A força contraeletromotriz (E') do receptor corresponde à tensão efetivamente utilizada pelo receptor, pois em seu interior ocorre uma queda de tensão devido à sua resistência interna (r'). [E'] = Volt (V)

Equação Do Receptor Como todo elemento que transforma energia de uma modalidade em energia(s) de outra(s) modalidade(s), o gerador obedece ao Princípio da Conservação da Energia.

Rendimento Elétrico no Receptor (ηR)

Leis de Kirchoff As Leis de Kirchoff auxiliam na resolução de exercícios cujos circuitos são complexos

Ponte de Wheatstone