ELETRICIDADE E MAGNETISMO

Apresentação em tema: "ELETRICIDADE E MAGNETISMO"— Transcrição da apresentação:

1 ELETRICIDADE E MAGNETISMO
ELETROSTÁTICA ELETRODINÂMICA

2 ELETROSTÁTICA ELETRODINÂMICA
ELETRICIDADE ELETROSTÁTICA ELETRODINÂMICA Cargas Elétricas Campo Elétrico Potencial Elétrico Capacitores Elétricos

3 Sumário INTRODUÇÃO – HISTÓRICA CARGA CONSERVAÇÃO DE CARGAS ELETRIZAÇÃO
FORÇA

4 Eletromagnetismo Eletricidade e Magnetismo eram conhecido como fenômenos distintos. Tales de Mileto foi o primeiro a relata que o âmbar (resina fossilizada de árvores) ao ser friccionado adquire a propriedade de atrair objetos leves como, penas e plumas. Magnetita (Fe3O4) atraiam-se ou repeliam-se, dependendo de como se orientavam, e tinham propriedade de sempre atrair o ferro. (a bússola inventada pelos chineses – 3 A.C). Tales de Mileto

5 Eletromagnetismo Hans Oersted, em 1819, passando uma corrente elétrica por um fio metálico, percebeu que a agulha de uma bússola próxima se orientava sempre perpendicular ao fio. Em 1820, André Ampère, demonstrou que dois fios paralelos conduzindo corrente se atraem ou se repelem, dependendo, respectivamente, de se as correntes elétricas têm o mesmo sentido ou sentidos opostos. Concluindo que os fenômenos magnéticos são em geral resultante de corrente elétricas e que ímãs apresentam correntes circularem em seu interior. Hans Oersted

6 Eletromagnetismo No final do século XIX já se tinha uma sistematização dos fenômenos elétricos e magnéticos em uma ciência unificada, o ELETROMAGNETISMO. Nesta ciência todos os fenômenos são decorrentes de uma única entidade, a CARGA ELÉTRICA. Cargas em repouso interagem umas com as outras por meio da força elétrica. Quando elas se movem uma em relação às outras, aparecem outra forma de interação, a força magnética. Tal síntese se concretizou graças ao trabalho de Michael Faraday. James Maxwell sintetizou todas as leis do eletromagnetismo em quatro equações fundamentais. James Maxwell James Maxwell também previu que a luz fosse um fenômeno eletromagnético, que em seguida foi comprovado por Heinrich Hertz.

7 Cargas Elétricas Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa espaço.

8 Cargas Elétricas Analisando a água

9 Cargas Elétricas Molécula – é a menor parte da matéria que ainda conserva suas características. UM ÁTOMO DE OXIGÊNIO E DOIS ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO

10 Cargas Elétricas O átomo é composto de:
PROTÓNS – Possuem Cargas Positivas. ELÉTRONS – Possuem Cargas Negativas. NEUTRONS – Não Possuem Cargas Elétricas Massas das partículas individuais Prótons Neûtrons Elétrons Massa = 1.67 * kg Massa = 9.10 * Kg Carga positiva Carga neutra Carga negativa A massa do próton é cerca de vezes maior que a do elétron.

11 Cargas Elétricas O átomos é NEUTRON Átomo Ionizado
N° PROTÓNS = N° ELÉTRONS. Átomo Ionizado POSITIVAMENTE N° PROTÓNS >N° ELÉTRONS. NEGATIVAMENTE N° PROTÓNS <N° ELÉTRONS.

12 Cargas Elétricas A carga elétrica é uma quantidade de eletricidade. É uma grandeza física escalar. E no S.I a unidade de carga elétrica é o Coulomb ( C ). Denominamos carga elementar o módulo da carga de um elétron, e possui o seguinte valor:  A quantidade de carga elétrica em um corpo será sempre igual a um número inteiro de cargas elementares negativas ou positivas, de tal forma que:   Q =  n.e ( ganho de elétrons ) Q = + n.e ( perda de elétrons ) e = 1,6 . 1019 C

13 Cargas Elétricas Princípio da Atração e Repulsão
• Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem; • Cargas elétricas de sinais opostos se atraem Princípio da Conservação de Carga • Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das quantidades de cargas positivas e negativas é constante.

14 Cargas Elétricas Princípio da atração e repulsão
- p e Cargas iguais se repelem. Cargas diferentes se atraem.

15 ELEMENTOS NEUTROS OU SEM CARGA, NADA ACONTECE
Cargas Elétricas N ELEMENTOS NEUTROS OU SEM CARGA, NADA ACONTECE

16 Cargas Elétricas - CARGAS IGUAIS -

17 Cargas Elétricas CARGAS DIFERENTES + -

18 Cargas Elétricas Princípio da Conservação de Cargas
De acordo com o experimento de eletrização realizado por Benjamim Franklin, as cargas se transfere de um corpo para o outro, no entanto a quantidade de carga total sempre é a mesma, ou seja, a carga total se conserva. Próton = (+) Elétron= ( -) “ A soma algébrica de todas as cargas em um sistema isolado nunca se altera.”

19 Cargas Elétricas Eletrização
A eletrização de um corpo inicialmente neutro pode ocorrer de três maneiras: - Atrito - Contato - Indução

20 Atrito Na eletrização por atrito, os dois corpos adquirem a mesma quantidade de cargas, porém de sinais contrários.

21 Atrito Exemplo: Durante uma tempestade, a movimentação das gotículas de água vão atritando as nuvens, formando duas seções: uma com cargas elétricas positivas e outra com cargas elétricas negativas.

22 Atrito Série Triboelétrica

23 Contato Os condutores adquirem cargas de mesmo sinal. Se os condutores tiverem mesma forma e mesmas dimensões, a carga final será igual para os dois e dada pela média aritmética das cargas iniciais.

24 Contato

25 Indução A eletrização de um condutor neutro pode ocorrer por simples aproximação de um outro corpo eletrizado, sem que haja o contato entre eles.  No processo da indução eletrostática, o corpo induzido será eletrizado sempre com cargas de sinal contrário ao das cargas do indutor.

26 Indução

27 Condutores e isolantes
Condutores elétricos Meios materiais nos quais as cargas elétricas movimentam-se com facilidade. Isolantes elétricos ou dielétricos Meios materiais nos quais as cargas elétricas não têm facilidade de movimentação.

28 Condutores e isolantes
O que determina se um material será bom ou mau condutor térmico são as ligações em sua estrutura atômica ou molecular. Assim, os metais são excelentes condutores de calor devido ao fato de possuírem os elétrons mais externos "fracamente" ligados, tornando-se livres para transportar energia por meio de colisões através do metal.

29 Condutores e isolantes
Por outro lado temos que materiais como lã, madeira, vidro, papel e isopor são maus condutores de calor (isolantes térmicos), pois, os elétrons mais externos de seus átomos estão firmemente ligados

30 Condutores Átomos com : Poucos elétrons na última camada.
Têm facilidade de perder elétrons. No átomo de um material (considerado condutor), os elétrons da última camada (elétrons livres), ficam trocando constantemente de átomo.

31 Isolantes Átomos com : Muitos elétrons na última camada são isolantes.
Tem facilidade de receber elétrons.

32 Condutores e isolantes
exemplos:

33 Além ... Semicondutores Supercondutores
Condutividade elétrica é intermediária entre os condutores e isolantes. Podemos controlar uma corrente elétrica. Supercondutores Materias que apresentam resistência nula (ou condutividade infinita) ao fluxo de carga.

34 Lei de Coulomb Experimento da balança de Torção
A balança de torção foi um aparato experimental desenvolvido por Coulomb para determinar a força entre duas partículas carregadas. Charles Coulomb

35 Lei de Coulomb Coulomb chegou às seguintes conclusões:
 A força elétrica é diretamente proporcional a cada uma das duas cargas.  A força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas.

36 Lei de Coulomb Unidades:
A força elétrica é muito mais intensa que a força gravitacional. A força elétrica é cerca de 1039 vezes mais intensa que a força gravitacional. Considerando o r = 5.3*10-11.

37 Lei de Coulomb Mantendo-se a distância entre as cargas e dobrando a quantidade de carga, a força elétrica será multiplicada por 4. Mantendo-se as cargas elétricas e dobrando-se a distância a força elétrica será dividida por 4.

38 Exemplos: Determine a magnitude da força elétrica em um elétron no átomo de hidrogênio, exercida pelo próton situado no núcleo atômico. Assuma que a órbita eletrônica possui uma distância de d = 0, m.

39 Sabemos que a carga elétrica do elétron é -1,6
Sabemos que a carga elétrica do elétron é -1, C e a carga do próton 1, C, na aplicação da Lei de Coulomb temos:

40 Corrente Elétrica

41 Corrente Elétrica Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas. Nos sólidos: elétrons livres. Ex.: Metais Nos líquidos: cátions e ânions. Ex.: H2O+NaCl Nos gases: cátions e elétrons. Ex.: Gás ionizado

42 Intensidade da Corrente Elétrica
i→ intensidade da corrente elétrica (A) Q→ quantidade de carga(C) t→ tempo (s) A = C/s

43 Sentidos da corrente elétrica
Real Convencional

44 Ex.: Ferro de passar roupa
Efeitos da corrente elétrica Efeito Joule: Quando uma corrente passa por um condutor metálico, há a transformação de energia elétrica em energia térmica. Esse efeito é denominado EFEITO JOULE. Ex.: Ferro de passar roupa Chuveiro

45 Efeitos da corrente elétrica
Efeito Fisiológico: Os impulsos nervosos no corpo humano são transmitidos por estímulos elétricos, ela provoca contrações musculares no nosso organismo dependendo da sua intensidade pode causar parada cardíaca, porém, a tensão necessária para produzir uma parada cardíaca é de dezenas de volts, pois o corpo humano é um péssimo condutor quando comparado com os metais.

46 Efeitos da corrente elétrica
Efeito químico: Esse efeito resulta de um fenômeno elétrico molecular, sendo objeto de estudo da Eletroquímica. O aproveitamento do efeito químico se dá, por exemplo, nas pilhas, na eletrólise, como também na cromação e na niquelação de objetos.

47 Efeitos da corrente elétrica
Efeito luminoso: Esse efeito resulta também de um fenômeno elétrico molecular. A excitação eletrônica pode dar margem à emissão de radiação visível, tal como observamos nas lâmpadas fluorescentes.

48 Efeitos da corrente elétrica
Efeito magnético: Toda corrente elétrica gera ao seu redor um campo magnético. Essa efeito é inerente à corrente elétrica e a sua descoberta consolidou a associação entre a eletricidade e o magnetismo, dando origem ao eletromagnetismo.

49 Definição e Análise; Tensão Elétrica

50 UNIDADE DE MEDIDA DA TENSÃO ELÉTRICA
VOLT (V).

51 TENSÃO ELÉTRICA - É A FORÇA EXERCIDA SOBRE OS ELÉTRONS LIVRES PARA QUE ESTES SE MOVIMENTEM NO INTERIOR DE UM CONDUTOR. SÍMBOLO - V UNIDADE - VOLTS (V)

52 MÚLTIPLOS E SUBMÚLTIPLOS

53 ELEVADOS, UTILIZAMOS OS E PARA VALORES MUITO BAIXOS, OS
MÚLTIPLOS E PARA VALORES MUITO BAIXOS, OS SUBMÚLTIPLOS

54 GV MV kV V mV V nV

55 APARELHO DE MEDIDA DA TENSÃO ELÉTRICA

56 V V O VOLTÍMETRO... ... DEVE SER LIGADO EM PARALELO COM A CARGA.

57 CUIDADOS NA UTILIZAÇÃO DO VOLTÍMETRO

58 V A GRADUAÇÃO MÁXIMA DA ESCALA MAIOR QUE A TENSÃO MEDIDA
10 10 A LEITURA DEVE SER A MAIS PRÓXIMA POSSÍVEL DO MEIO DA ESCALA AJUSTAR O ZERO (SEMPRE NA AUSÊNCIA DE TENSÃO) NÃO MUDAR A POSIÇÃO DE UTILIZAÇÃO DO APARELHO

59 EVITAR CHOQUES MECÂNICOS
10 EVITAR CHOQUES MECÂNICOS

60 Conversões de Unidades

61 Faça as seguintes conversões:
a) 0,07 V = _______________mV; b) 1,04 V = _______________mV; c) 1500 mV = _______________V; d) 100 mV = _______________ V; e) 150 MV = _______________ V; f) 6200 V =_______________ kV; g) V=_______________MV; h) 0,000001MV_____________ V; i) 1,65 V =________________ MV; j) 0,5 mV =________________ uV.

62 RESISTÊNCIA ELÉTRICA

63 Comparando as correntes ao aplicarmos a mesma tensão em duas lâmpadas diferentes

64 V V 100 V 0,5 A A

65 100 V A V 100 V 0,5 A

66 A 100 V V 1 A 0,5 A 100 V

67 0,5 A 100 V V A 100 V 100 V 1 A

68 A 1ª lâmpada possui maior A 2ª lâmpada possui menor
RESISTÊNCIA ELÉTRICA. 0,5 A 100 V A 2ª lâmpada possui menor RESISTÊNCIA ELÉTRICA. 1,0 A 100 V

69 A oposição oferecida à passagem da corrente elétrica chamamos de
RESISTÊNCIA ELÉTRICA

70 Todas as cargas possuem uma resistência

71 Todas as cargas possuem uma resistência que representaremos assim:

72 Unidade de medida da resistência elétrica
OHM ().

73 Resistência elétrica É a oposição oferecida à passagem da corrente elétrica SÍMBOLO - R UNIDADE - OHM ()

74 1 ohm é a resistência que permite a passagem de 1 ampère quando submetida a tensão de 1 volt

75 Múltiplos e submúltiplos
Para valores elevados, utilizamos os múltiplos e para valores muito baixos, os submúltiplos

76 G M k  m  n Para descer um degrau, caminhe com a vírgula
3 casas à direita G M k  Para subir um degrau, caminhe com a vírgula 3 casas à esquerda m  n

77 Aparelho de medida da resistência elétrica

78 Ohmímetro... ...ligado aos terminais da resistência. 

79 Cuidados na utilização do ohmímetro

80  10 10 A leitura deve ser a mais próxima possível do meio da escala
Ajuste do zero (curto-circuitar os terminais) Obedecer a posição de utilização indicada no aparelho  10 10

81 Evitar choques mecânicos
 10

82 TABELA DE CORES DOS RESISTORES

83 Valor e tolerância Os resistores, a exemplo de qualquer outro componente eletrônico, apresentam pequenas variações na fabricação que fazem com que cada componente apresente valor diferente do outro mesmo que a aparência seja idêntica e que os valores nominais sejam iguais. Devido a isso, além do valor nominal do resistor, é especificada uma tolerância, ou seja, quanto o valor daquele resistor pode variar acima e abaixo do valor nominal. Os resistores mais comuns são fabricados dentro da com tolerância de 5 ou 10% e possuem 4 faixas coloridas, enquanto os resistores mais precisos, com tolerância de 2, 1% ou menos, são marcados com 5 faixas 4coloridas para permitir um digito a mais de precisão.

84 Como ler um resistor de 4 faixas
Para os resistores de 4 faixas há uma cor que esta mais próxima do extremo. Esta é a primeira cor a ser considerada na leitura e representa o primeiro dígito do valor. A segunda cor representa o segundo dígito. A terceira cor representa o fator multiplicativo. Por fim, a quarta cor representa o valor da tolerância. Por exemplo: Marrom = 1, Preto = 0, Vermelho = 2, Vermelho = 2% Resistência = 10 x 100 = 1000 O valor deste resistor será 1000, com tolerância de 2% sobre o valor nominal.

85 Como ler um resistor de 5 ou 6 faixas
Quando o resistor é de precisão, apresenta 5 faixas coloridas. Como a ultima faixa destes resistores normalmente é marrom ou vermelha, pode haver uma confusão a respeito de onde é o lado certo para iniciar a leitura, já que a primeira faixa que representa o valor do resistor também pode ser marrom ou vermelha. Sendo assim, a exemplo do resistor de 4 faixas, o melhor fazer é observar a faixa que esta mais próxima do extremo do resistor. Esta sera a primeira faixa, por onde se deve iniciar a leitura. Outra dica é vericar a faixa que esta mais afastada das outras. Esta é a ultima faixa de cor. A leitura nestes resistores e semelhante a dos resistores com 4 cores, mas e adicionada mais uma cor no inicio, fazendo existir mais um algarismo signicativo na medição. Assim, os três primeiros dígitos são os algarismos signicativos, o que confere maior precisão na leitura. O quarto é o elemento multiplicador. O quinto dígito é a tolerância e o sexto dígito (quando existir) fara referência ao coeficiente de temperatura, ou seja, como a resistência varia de acordo com a temperatura ambiente. Este ultimo valor e dado em PPM (partes por milhão).

86 POTÊNCIA

87 Capacidade de produzir trabalho

88 Fazendo a analogia com duas pessoas as duas são capazes de realizar trabalho
200 kg 50 kg

89 Da mesma maneira as cargas elétricas possuem uma capacidade de produzir trabalho.
A capacidade de produzir trabalho de uma carga elétrica é expressa em Watts

90 Potência da lâmpada 100 W 127 V Capacidade de produzir trabalho de 100 W Se for ligada a uma fonte de 127 V

91 Potência da lâmpada 100 W 220 V Capacidade de produzir trabalho de 100 W Se for ligada a uma fonte de 220 V

92 Observemos o brilho das lâmpadas
60 W 100 W 220 V

93 A potência depende de outras grandezas
R - Resistência V - Tensão I - Corrente Aplicando a tensão V na resistência R circula a corrente I

94 NOS APEGAREMOS MAIS À SEGUNDA
Assim temos: P = R x I2 e P = V x I NOS APEGAREMOS MAIS À SEGUNDA

95 P = V x I ONDE: P V I

96 A V P=100 x 2 = 200W

97 No lugar do voltímetro e do amperímetro Utilizamos o WATTÍMETRO

98 Como vimos a leitura do wattímetro é igual ao produto
V x I

99 Constituição do wattímetro
BOBINA DE CORRENTE Constituição do wattímetro LIGADA EM SÉRIE BOBINA DE TENSÃO LIGADA EM PARALELO

100 P = V x I V=100 I=5 A V P = 500W A W

101 Potência elétrica É a capacidade de produzir trabalho.
SÍMBOLO - P UNIDADE - WATT (W)