Corrente Elétrica

Corrente elétrica A corrente elétrica é definida pelo movimento ordenado de cargas elétricas. Geralmente é dada em um condutor submetido a uma diferença de potencial (ddp) Nos metais, os elétrons são os portadores de cargas. Nos gases, entretanto, os condutores são íons, os quais podem ser positivos ou negativos. Com o aprofundamento dos estudos relacionados à Eletricidade, percebeu-se que, em um condutor metálico, os elétrons são os responsáveis pela corrente elétrica. Assim, o sentido da corrente elétrica é contrário ao inicialmente estabelecido. Por isso, atualmente, são considerados os dois sentidos para a corrente elétrica: um, chamado de sentido convencional , sai do polo positivo para o negativo, e o outro, chamado de sentido real, sai do polo negativo para o positivo

O sentido convencional da corrente elétrica é contrário ao sentido real do movimento dos elétrons em um fio condutor. Intensidade da Corrente Elétrica Intensidade da corrente elétrica A intensidade da corrente elétrica que atravessa uma secção reta de um condutor é definida como a variação da quantidade de carga que passa pela secção reta do fio em determinado intervalo de tempo:

Q= n.e 𝑖= ∆𝑄 ∆𝑡 Intensidade da Corrente Elétrica Em que: i -é a intensidade da corrente elétrica, medida no SI em ampere (A); ΔQ - é a variação da quantidade de carga que atravessa a secção reta de um condutor. Sua unidade no SI é o coulomb (C); Δt -é o intervalo de tempo, medido no SI em segundo (s) Comumente, usamos os seguintes submúltiplos do ampère: miliampère = 10–3A = 1 mA microampère = 10–6A = 1 A Sendo n o número de elétrons que constitui a carga elétrica Q e e a carga elétrica elementar, podemos escrever Q= n.e

Propriedade Gráfica e Tensão Elétrica Nos exercícios em que a intensidade da corrente elétrica no condutor varia com o tempo, para o cálculo da carga elétrica transportada pela corrente, num dado intervalo de tempo t, não podemos usar a expressão Q = i. t, porque i não é constante. Nesses casos, de vemos construir um gráfico (i x t), mostrando como a intensidade da corrente elétrica varia com o tempo (em geral, esse gráfico vem pronto!), e, nesse gráfico, efetuar um cálculo de área No gráfico da intensidade instantânea da corrente elétrica em função do tempo, a área é numericamente igual à carga elétrica que atravessa a secção transversal do condutor, no intervalo de tempo t.

Tensão Elétrica U Ao ligarmos um condutor aos polos de um gerador, as cargas elétricas livres entram em movimento ordenado. Isto implica, evidente mente, um consumo de energía, específicamente, energia elétrica. Esta é justamente a operação fundamental de um gerador: fornecer energia elétrica aos portadores de carga elétrica que o atravessam, à custa de outras formas de energia. Assim, por exemplo, uma pilha de um farolete fornece energia elétrica aos portadores de carga elétrica que a atravessam, à custa de energia química.

Define-se tensão elétrica U a grandeza que nos informa quanto de energia elétrica o gerador fornece para cada portador de carga elétrica unitária que o atravessa. Deste modo temos: 𝑈= 𝐸 𝑒𝑙 𝑄 Com a energia elétrica medida em joule (J), a carga elétrica medida em coulomb (C), a tensão elétrica vem expressa em J/C e denomina-se volt (V). Tensão elétrica = d.d.p. 𝑈= 𝑉 𝐴 − 𝑉 𝐵 • Símbolo elétrico de gerador: • Símbolo elétrico de lâmpada:

Resistores e Leis de Ohm • Símbolo elétrico de chave interruptora: Resistores e Leis de Ohm Resistor é um componente elétrico presente em diversos aparelhos e tem a finalidade de controlar a passagem da corrente elétrica. Apresenta resistência elétrica e pode, por exemplo, transformar energia elétrica em energia térmica (efeito Joule) Nos circuitos elétricos, os resistores são representados por uma das figuras abaixo

Em sua homenagem, a expressão acima é conhecida por 1ª Lei de Ohm. Primeira Lei de OHM Seja U = VA – VB a tensão elétrica aplicada aos terminais de um resistor e i a intensidade de corrente elétrica que o atravessa. A função U = f (i), que traduz a dependência entre a intensidade de corrente elétrica e a tensão elétrica, recebe o nome de equação do resistor. Ohm verificou que, mantida a temperatura constante, a tensão elétrica e a intensidade de corrente elétrica são diretamente proporcionais, isto é: U = R i Em sua homenagem, a expressão acima é conhecida por 1ª Lei de Ohm. Os resistores que obedecem à 1ª Lei de Ohm (U = R i, com R constante) são denominados resistores ôhmicos. No Sistema Internacional, a unidade de resistência é o ohm, simbolizada por

𝑡𝑔𝜃≅𝑅 Curva Característica dos Resistores Ôhmicos A curva característica de um elemento de circuito é o gráfico de U em função de i. Para os resistores ôhmicos, a curva característica é uma reta oblíqua em relação aos eixos, passando pela origem. 𝑡𝑔𝜃≅𝑅 Segunda Lei de OHM Seja um resistor de comprimento e secção transversal de área A (constante).

Segunda Lei de OHM Ohm verificou experimentalmente que a resistência (R) é diretamente proporcional ao comprimento 𝑙 inversamente proporcional à área (A). Assim, 𝑅=𝜌 𝑙 𝐴 em que 𝜌 é uma grandeza característica do material com que é feito o fio resistor, chamada resistividade. A expressão 𝑅=𝜌 𝑙 𝐴 é conhecida por 2ª Lei de Ohm.

EXERCÍCIOS PROPOSTO 1. O condutor representado na figura é atravessado em sua área de seção A por uma quantidade de carga Q. O comprimento do condutor é e o intervalo de tempo para a travessia dessa seção é Δt. A expressão que fornece a intensidade média de corrente elétrica (i) nesse condutor é dada por: 𝑎) 𝑖=𝑄.𝐴 𝑏)𝑖= 𝑄 𝑙 𝑐)𝑖= 𝑄 Δ𝑡 𝑑)𝑖=𝑄.𝐴.Δ𝑡 e) 𝑖=𝑄.Δ𝑡 RESOLUÇÃO: A expressão que fornece a intensidade média de corrente elétrica é: 𝑖= 𝑄 Δ𝑡

2. (FUNCAB-2014) – O ampère ou simplesmente ampere (A) é a unidade de medida para corrente elétrica no sistema internacional de unidades. O nome é homenagem ao físico francês André-Marie Ampère. Sua definição está corretamente representada no item: a) 𝑉𝑜𝑙𝑡 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 𝑏) 𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 𝑐) 𝑐𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 𝑑) 𝐹𝑎𝑟𝑎𝑑 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑢𝑚𝑏 𝑒) 𝑉𝑜𝑙𝑡 𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 RESOLUÇÃO: 𝑖= 𝑄 Δ𝑡 𝐼 = 𝑄 Δ𝑡 𝑖= 𝐶𝑜𝑝𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜 Resposta: C

3. (CESUPA-PA) – A unidade física de carga elétrica coulomb (C), da maneira como foi definida, representa uma grande quantidade de carga. Para verificar isso, leia os seguintes dados nos quais valores médios são fornecidos: uma descarga elétrica na atmosfera (raio) conduz uma corrente em torno de 50 000A. Esta corrente é unidirecional e tem uma duração total em torno de 2,0 . 10–4s. Qual das alternativas corresponde à carga total deslocada durante a descarga? a) 10C b) 5C c) 25C d) 1C e) 3 C

A intensidade média de corrente elétrica na descarga é dada por: RESOLUÇÃO: A intensidade média de corrente elétrica na descarga é dada por: 𝑖= 𝑄 Δ𝑡 ⟹50000= 𝑄 2,0.10 −4 ⟹𝑄=50000. 2,0.10 −4 ⟹𝑄=10 𝐶 Resposta: A 4. (VUNESP) – Num livro de eletricidade, você encontra três informações: I. Isolantes são materiais que não permitem a passagem da corrente elétrica. II. O ar é isolante. III. Um raio constitui-se de uma descarga elétrica correspondente, em média, a uma corrente de 10000 ampères que desloca da nuvem à terra uma carga de 20 coulombs. Pode-se concluir que essas três informações são: a) coerentes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 2,0 . 10–3s. b) conflitantes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 2,0 . 10–3s. c) coerentes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 2,0 . 10–4s. d) conflitantes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 2,0 . 10–6s. e) conflitantes, e que não é possível avaliar o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica.

RESOLUÇÃO: Um raio é uma descarga elétrica que se propaga pelo ar, logo, as afirmações são conflitantes. 𝑖= 𝑄 Δ𝑡 1,0. 10 4 = 20 Δ𝑡 Δ𝑡=20. 10 4 𝑠 Δ𝑡=2,0. 10 −3 𝑠 5. (OLIMPÍADA PERUANA DE FÍSICA) – Na figura, Benjamin Franklin realiza um experimento com para-raios. Uma descarga elétrica atinge o cabo conectado ao papagaio (pipa). Estabelece-se uma intensidade de corrente elétrica de 11200A que dura 10 −6 s. Determine o número de elétrons (n) que percorre o cabo durante a descarga.

Dado: e =1,6 x 10–19 C a) 3 x 10 17 b) 7 x 1017 c) 6 x 1017 d) 3 x 1018 e) 6 x 1018 RESOLUÇÃO: Do enunciado, temos: i = 11200A = 11,2 . 103A t = 10s = 10 . 10–6s 𝑖= 𝑄 Δ𝑡 ⟹11,2. 10 3 = 𝑄 10. 10 −6 ⟹𝑄=11,2. 10 −2 𝐶 𝑚𝑎𝑠,𝑄=𝑛𝑒 ⟹11,2 10 −2 =𝑛.1,6. 10 −19 ⟹𝑛= 11,2. 10 −2 1,6. 10 −19 ⟹𝑛=7,0. 10 17 𝑒𝑙𝑒𝑡𝑟𝑜𝑛𝑠 Resposta: B

6. No gráfico da intensidade instantânea da corrente elétrica em função do tempo, a área é numericamente igual à quantidade de carga elétrica que atravessa a secção transversal do condutor no intervalo de tempo t. Em um condutor metálico, mediu-se a intensidade da corrente elétrica e verificou-se que ela variava com o tempo, de acordo com o gráfico a seguir:

𝑄 = 𝑁 Á𝑟𝑒𝑎= 𝑏𝑎𝑠𝑒. 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 2 = 6,0 .10 2 ⟹𝑄=30𝐶 Determine, entre os instantes 0 e 6,0s, a quantidade de carga elétrica que atravessa uma seção transversal do condutor RESOLUÇÃO: 𝑄 = 𝑁 Á𝑟𝑒𝑎= 𝑏𝑎𝑠𝑒. 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 2 = 6,0 .10 2 ⟹𝑄=30𝐶 Resposta: Q = 30C 7. (UFTM) – O gráfico a seguir representa como varia a intensidade de corrente que percorre um fio condutor, em função do tempo, e que alimenta um determinado equipamento receptor.

É possível, por meio desse gráfico, em uma secção transversal do condutor, calcular a a) corrente elétrica média, que é igual a 5 ampères. b) potência dissipada, que é igual a 100 watts. c) diferença de potencial, que é igual a 8 volts. d) resistência interna, que vale 1 Ohm. e) quantidade de carga elétrica, que vale 60 mC RESOLUÇÃO: No gráfico i x t, a quantidade de carga elétrica é numericamente igual à área sob o gráfico, assim: Resposta: E