quarta-feira, 29 de junho de 2011

Trabalho de Física

Força Elétrica

Charles Augustin de Coulomb foi um françês que , no fim do século XVlll, usando uma balnaça de torção, formulou uma equação capaz de analisar a força elétrica.Essa equação da força elétrica é conhecida como lei de Coulomb.
A primeira lei de Coulomb – Esta lei diz respeito à intensidade das forças de atração ou de repulsão que agem em duas cargas elétricas puntiformes (cargas de dimensões desprezíveis), quando colocadas em presença uma da outra.
Considere duas cargas elétricas puntiformes, Q1 e Q2 , separadas pela distância d. Se os sinais dessas cargas forem iguais, elas se repelem; se forem diferentes, se atraem.

A força elétrica é originada pela interação de uma carga elétrica com outras cargas elétricas, que podem ter sinal positivo ou negativo.Esta força pode ser de repulsão ou atração, conforme os sinais das cargas; se de sinais contrários se atraem as de sinais iguais se repelem.
Fórmula de força entre duas cargas:
Onde:
F = força elétrica.
K= constante eletrostática( para cargas situadas no vácuo).
Q= carga elétrica.
d= distancia entre as cargas.
Sabemos que há atração e repulsão entre corpos. Verificamos também que essa interação se dá a distância. Tal interação chamamos de força elétrica.
A determinação quantitativa da força elétrica era fator imprescindível para a evolução da eletrostática. No século XVIII, foram feitos questionamentos sobre a maneira com que a intensidade da força elétrica alterava-se com a variação da distância e com a intensidade da carga elétrica de cada um dos corpos. A interação elétrica entre cargas elétricas sempre ocorre aos pares, ao mesmo tempo e com a mesma intensidade. Segue o princípio da ação e reação.
Exemplo:
Duas cargas puntiformes iguais, Q1 = 5.10-6 e Q2= -4.10-6 se encontram no vácuo e estão separadas por uma distância de 3 metros.Determine a força elétrica existente entre elas.




Campo elétrico
Os efeitos elétricos que ocorrem nas proximidades de cargas elétricas são associados à existência de um campo elétrico no local, este interage com a carga de prova.
Um exemplo típico é a interação do cabelo de uma pessoa com a tela de uma televisão convencional, pois as cargas elétricas da televisão interagem com os cabelos deixando-os eriçados.
É importante perceber que um campo elétrico só pode ser detectado a partir da interação do mesmo com uma carga de prova, se não existir interação com a carga significa que o campo não existe naquele local.




Campo elétrico é um vetor assim vamos estudar a direção sentido e intensidade do campo.
Quando o campo elétrico é criado em uma carga positiva ele, por convenção, terá um sentido de afastamento.
Quando o campo elétrico é criado em uma carga negativa ele, por convenção, terá um sentido de aproximação.





Que fique claro que o sentido do campo elétrico depende exclusivamente do sinal da carga elétrica.
A intensidade de um campo elétrico E, sempre considerando a carga de prova puntiforme, pela formula: E=f/q , assim voltando para a definição de campo podemos dizer que ele dependerá diretamente a força elétrica entre as cargas e inversamente à carga de prova.
Unidades de campo elétrico.



Partido de que:


e que
, após alguns cálculos chegamos que :

, sendo que q2 é a carga que gera o campo elétrico, d a distância entre as cargas e k a constante elétrica do meio ( 9,0 . 109 unidades do SI).


Corrente elétrica
Corrente elétrica, entender este conceito facilita o entendimento de muitos fenômenos da natureza. A corrente elétrica, e a eletricidade propriamente dita, estão presentes a todo tempo ao nosso redor e até em nós mesmos.
Na natureza: o relâmpago, uma grande descarga elétrica produzida quando se forma uma enorme tensão entre duas regiões da atmosfera.

No corpo humano: impulsos elétricos do olho para o cérebro. Nas células da retina existem substâncias químicas que são sensíveis à luz, quando uma imagem se forma na retina estas substâncias produzem impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro.
Além destes exemplos, podemos identificar vários aparelhos e utensílios em nossa casa que foram construídos a partir do domínio da eletricidade: o ferro de passar roupas, o chuveiro, a lâmpada e muitos outros.
Para entendermos o funcionamento destes aparelhos vamos definir o conceito de corrente elétrica.

Se um condutor é ligado aos pólos do gerador os elétrons do pólo negativo se movimentam ordenadamente para o pólo positivo, esse movimento ordenado dos elétrons é denominado corrente elétrica.
Por convenção, o sentido da corrente elétrica é contrário ao do movimento dos elétrons no condutor.




A quantidade de carga elétrica ∆Q que atravessa uma seção transversal do condutor por um determinado intervalo de tempo ∆t determina a intensidade de corrente elétrica.

i = ∆Q / ∆t

Onde:

i = intensidade da corrente elétrica
∆Q = quantidade de carga elétrica
∆t = intervalo de tempo
A unidade de medida utilizada para corrente elétrica é o Coulomb/segundo (C/s), esta unidade recebe o nome de ampère (A).

Exemplo: Na seção transversal de um condutor passa uma quantidade de carga elétrica
∆Q = 8 . 10-4 C no intervalo de tempo ∆t = 2 . 10-2 s. Determine a intensidade da corrente elétrica que atravessa o condutor.
Resolução:

A intensidade da corrente elétrica é dada por:
i = ∆Q / ∆t
i = 8.10-4/2.10-2
i = 4.10-2ª

A corrente elétrica pode ser classificada em:

a) Corrente eletrônica – Constituída pelo deslocamento dos elétrons livres. Ocorre, principalmente, nos condutores metálicos.



b) Corrente iônica – Constituída pelo deslocamento dos íons positivos e negativos, movendo-se simultaneamente em sentidos opostos. Ocorre nas soluções eletrolíticas (soluções de ácidos, sais ou bases) e nos gases ionizados (lâmpadas fluorescentes).



Nas soluções eletrolíticas, as partículas portadoras de carga são os íons, que se movimentam sob a ação da força do campo elétrico. Os íons positivos movimentam-se no mesmo sentido do campo elétrico ; enquanto os negativos movimentam-se no sentido oposto.
Tipos de corrente elétrica:
Consideram-se dois tipos de corrente elétrica:

a) Corrente contínua (CC) – é aquela cujo sentido permanece constante. Quando, além do sentido, a intensidade também se mantém constante, a corrente é chamada corrente contínua constante. É o que ocorre, por exemplo, nas correntes estabelecidas por uma bateria de automóvel e por uma pilha.

b) Corrente alternada (CA) – é aquela cuja intensidade e cujo sentido variam periodicamente. Esse é o caso das correntes utilizadas em residências, que são fornecidas pelas usinas hidrelétricas, em que temos uma corrente alternada de freqüência 60 ciclos por segundo.



Efeitos da corrente elétrica

Os principais efeitos são: efeito térmico,quimico, magnético e joule.

Efeito qumico: ocorrem em determinadas reações qumicas quando elas são pecorridas por uma corrente elétrica. Esse efeito é muito utilizado no recobrimento de metais.

Efeito térmico: surge dos inumeros choques dos életrons de um condutor quando esse é percorrido por uma corrente elétrica. Quando os atomos recebem energia, eles passam a vibrar com mais intensidade e quanto maior a vibração maior é a temperatura do condutor, e esse aumento de temperatura é observado com o aquecimento de condutor.ex: chuveiros elétricos.

Efeito magnético: se manifesta quando há o aparecimento de um campo magnético na região proxima de onde se aplica a corrente elétrica.

Efeito fisiologico: acontece quando ocorre a passagem de corrente elétrica pelo organismo do seres vivos. Essa atua no sistema nervoso fazendo com que o corpo tenha contrações musculares e com isso chamamos de choque elétrico.

Tensão eletrica

Tensão elétrica é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos. Sua unidade de medida é o volt, em homenagem ao físico italiano Alessandro volta.
Por analogia, a tensão elétrica seria a “força” responsável pela movimentação de elétrons: o potencial elétrico mede a força que uma carga elétrica experimenta no seio de um campo elétrico, expressa pela lei de coulomb, portanto a tensão é a tendência que uma carga tem de ir de um ponto para o outro. Normalmente toma-se um ponto que se considera de tensão zero e mede-se a tensão do resto dos pontos relativos a este.
A tensão elétrica entre dois pontos, ou seja [(+) e (-)] é definida matematicamente como a integral de linha do campo elétrico:



Para facilitar o entendimento da tensão elétrica pode-se fazer um paralelo desta com a pressão hidraulica. Quanto maior a diferença de pressão hidráulica entre dois pontos, maior será o fluxo, caso haja comunicação entre estes dois pontos. O fluxo (que em eletrodinâmica seria a corrente elétrica) será assim uma função da pressão hidráulica (tensão elétrica) e da oposição à passagem do fluido( resistencia elétrica) Este é o fundamento da lei de ohm, para a corrente continua:
onde:
• R = Resistência (ohms)
• I = Intensidade da corrente (amperes)
• U = Diferença de potencial ou tensão (volts)
Em corrente alternada substitui-se a resistência pela impedância:
u=z.i
onde:
• Z =impedância ( ohms)
Pelo metodo fasorial, em corrente alternada, todas as variáveis da equação são complexo. A impedância representa, além da resistência a passagem de corrente elétrica, também o deslocamento angular na forma de onda produzido pelo equipamento (capacitores e bobinas ou indutores)
Podemos resumir em tais fórmulas matemáticas que a tensão eléctrica seria a diferença de potencial elétrico, entre dois pontos, que geraria uma força capaz de movimentar os elétrons entre esses dois pontos distintos no espaço. O valor numérico desta grandeza física, medida em volts, seria então o resultado da multiplicação entre o valor da resistência (em ohms) e o valor da corrente (em amperes).



Geradores e receptores elétricos
• Gerador: Transforma uma energia qualquer em energia elétrica. Exemplos: Pilhas, baterias e etc.
• Receptor: Transforma energia elétrica em outra forma, não podendo ser transformada em calor. Exemplos: Motor elétrico, baterias e etc,

Gerador
Tem uma força eletromotriz - f.e.m. (E)
Energia Química
Pt = Pu + Pd
Pt = E . i
Pu = U . i
Pd = r . i2
U = E - r . i
Rendimento (N) - N = U / E
Gráfico: Reta decrescente;
E = Maior ddp do gerador;

Receptor
Tem uma força Contra motriz - f.c.e.m. (E)
Energia Mecânica
Pt = Pu + Pd
Pt = U . i
Pu = E . i
Pd = r . i2
U = E + r . i
N = E / U
Gráfico: Reta crescente;
E = Menor ddp do receptor;

Aparelhos eletronicos

A origem dos aparelhos eletrônicos remonta às pesquisas de Thomas Alva Edison, que em 1883 descobriu o que chamamos hoje de "Efeito Edison", ou efeito termiônico. Ele demonstrou a formação de uma corrente elétrica fraca no vácuo parcial entre um filamento aquecido e uma placa metálica. A corrente era unidirecional e cessava se a polaridade do potencial entre o filamento e a chapa fosse invertida. Ficou comprovado que os transmissores da eletricidade estavam eletrizados. Mais tarde, estes transmissores receberam o nome de elétrons.
Em 1887, Heinrich Hertz, durante as suas experiências com arcos voltaicos, observou que a luz emitida durante a descarga de alta voltagem de um arco elétrico influía consideravelmente na descarga produzida por outro arco menor, colocado diante dele. No momento em que o menor deixava de receber a luz da descarga do maior, produzia-se uma faísca muito mais curta do que enquanto iluminado. Iniciou-se assim o estudo da Fotoeletricidade.
Em 1888, William Hallwachs demonstra que um eletroscópio com esfera de zinco perde sua carga negativa se a esfera for exposta à luz ultravioleta. O fenômeno tornou-se conhecido como "Efeito Hallwachs" e determinou serem negativas (elétrons) as cargas emitidas pela esfera de zinco sob a ação do ultravioleta.
Elster e Geitel, ambos físicos alemães, estudam o fenômeno e observam (1889) que os metais alcalinos sódio e potássio emitem elétrons também sob influência da luz comum. Trabalharam juntos pesquisando a ionização da atmosfera e o efeito fotelétrico. Descobriram em 1899 o fenômeno da descarga de um eletroscópio na proximidade de um radioelemento e enunciaram, em decorrência dessa observação, a Lei do Decrescimento Radioativo.
Construíram a primeira célula fotoelétrica de utilização prática (1905) de elementos alcalinos; criaram o primeiro fotômetro fotoelétrico e um transformador Tesla.
Em 1897, J.A. Fleming, físico inglês, faz a primeira aplicação prática do "Efeito Edison". É considerado um dos pioneiros da radiotelegrafia. Usa a propriedade unidirecional da corrente movida a elétrons para criar um detector de sinais telegráficos. A válvula de Fleming (foto 1) é a origem do tubo díodo (1904). Esse aparelho foi a origem de todas as válvulas utilizadas em telecomunicações. Criou também um ondímetro, um amperímeto térmico para correntes de alta freqûencia e um manipulador de indução variável . Deve-se a ele a regra, hoje clássica, dos "três dedos", que dá o sentido das forças eletromagnéticas. Essa regra é usada para a determinação do campo magnético, a partir do produto vetorial da carga e do campo elétrico.


Lee de Forest, inventor norte-americano, se lançou à promoção da radiocomunicação, organizando uma companhia telegráfica. Fracassou nessa primeira tentativa. Em 1906 inventa a lâmpada de três eletrólitos ou tríodo. Acrescenta um terceiro eletrólito (grade) à válvula de Fleming. A utilidade dessas válvulas como geradores, amplificadoras e detectoras, foi aos poucos impondo-se. Em 1910, transmitiu a voz do maior tenor de todos os tempos, Caruso. Mas só com a primeira Guerra Mundial sua invenção tornou-se amplamente utilizada e foi produzida em larga escala. Inventou também, o fonofilme, aparelho precursor na indústria do sistema falado.
Jonathan Zenneck, físico alemão, contribuiu para o desenvolvimento na radiotelefonia e das técnicas de alta frequência na Alemanha. Inventou o medidor de ondas elétricas (1899) e um processo para multiplicação das frequências (1900). Em 1905 desenvolve o Tubo de Braun e cria o osciloscópio catódico, origem dos cinescópios dos atuais aparelhos de televisão. Data de 1907 sua teoria da difusão das ondas elétricas. Depois da Segunda Guerra Mundial, construiu a primeira estação ionosférica alemã.
Edwin Howard Armstrong, engenheiro eletrônico norte-americano, tem como invenções no campo da radiotelefonia: o circuito regenerativo (1912), o circuito super-heteródino (1918) e o circuito super-regenerativo (1920). Desenvolveu um sistema radiofônico de frequência modulada, diminuindo as interferências nas transmissões e aumentando o nível de som.
A partir das invenções de Vladimir Zworykin, engenheiro e inventor russo, que se desenvolveu todo o sistema eletrônico da televisão moderna. É o primeiro a conseguir transformar uma imagem em uma corrente elétrica. Teve como importante trabalho a aplicação da eletrônica à medicina.
Inventor do iconoscópio, ponto de partida para o sistema de televisão, colaborou na elaboração de outros equipamentos eletrônicos, como o microscópio eletrônico.
Sir Robert Alexander Watson-Watt, físico escocês, concebeu um sisema de detecção de um objeto e de medida da distância por intermédio de ondas eletromágnéticas (1925). Dessa forma nasceu o RADAR (RAdio Detection And Ranging), cujas primeiras estações foram instaladas na Inglaterra.
Nos anos seguintes os aparelhos que produzem e detectam ondas eletromagnéticas - sobretudo curtas e ultra curtas - são desenvolvidos e as teorias de modulação aprofundadas. Em 1927 Carson empreende estudos matemáticos relativos ao transporte de um sinal por uma corrente elétrica portadora (modulação). A modulação de freqüência é prevista por Armstrong em 1928. A modulação de uma mesma onda portadora por várias comunicações telefônicas simultâneas permite o surgimento da técnica das comunicações múltiplas com um mesmo suporte material, colocando o telefone à disposição do grande público.
Blumldin e Schönberg desenvolvem em 1930 um sistema comercial para tratar a imagem elétrica produzida pelo tubo de Zworykin para permitir o transporte à distância e a reconstituição local.
Manfred Barthélemy, físico francês, é considerado um dos criadores da televisão na França. Dedicou-se primeiro à criação de aparelhos de medição, e depois à radiofonia. Durante a Primeira Guerra Mundial, construiu instrumentos emissores e participou da instalação do centro de comunicação na Torre Eiffel. Interessou-se em seguida pela televisão, aperfeiçoando o dispositivo do escocês John Baird, e foi encarregado de uma emissão regular de TV em 1935. Por ocasião da Segunda Guerra Mundial, realizou pesquisas sobre radares. Mais tarde, criou o isoscópio, um tubo aperfeiçoado para a TV.
Manfred e René elaboraram a transformação da imagem elétrica em imagem lumisosa. Câmaras, amplificadores, geradores de sinais de imagem, sinais de linha, sinais de sincronização, multiplicadores de frequência são desenvolvidos e produzidos.
Apesar do desenvolvimento de computadores digitais estar enraizado no ábaco e em outros instrumentos de cálculo anteriores, foi creditado a Charles Babbage o design do primeiro computador moderno. O primeiro computador totalmente automático foi o Mark I, ou Automatic Sequence Controlled Calculator, iniciado em 1939 na Universidade de Harvard, por Howard Aiken, enquanto o primeiro computador digital eletrônico, ENIAC (foto 2) - Electronic Numeral Integrator and Calculator - que usava centenas de válvulas eletrônicas, foi completado em 1946, na Universidade da Pensilvânia.



O UNIVAC (UNIversal Automatic Computer) se tornou em 1951 o primeiro computador a lidar com dados numéricos e alfabéticos com igual facilidade. Também foi o primeiro computador disponível comercialmente, usado no censo americano da década de 50.
Os computadores de primeira geração foram suplantados pelos transistorizados, entre o fim da década de 50 e início da década de 60. Esses computadores de segunda geração já eram capazes de fazer um milhão de operações por segundo. Por sua vez, foram suplantados pelos computadores de terceira geração, com circuitos integrados (foto 3), de meados dos anos 60 até a década de 70. A década de 80 foi caracterizada pelo desenvolvimento do microprocessador e pela evolução dos minicomputadores, microcomputadores e computadores pessoais, cada vez menores e mais poderosos.





Nomes: Ítalo, Saygon, Rafael, Walison
Serie:3 ano B

Trabalho do campo elétrico

É a variação de energia potencial elétrica que uma determinada carga sofre quando se desloca. A unidade usada é o joule . Podemos representar esse trabalho pela expressão:


T = Einicial- Efinal, onde E representa a energia potencial elétrica.

Como E = q.V (V é o potencial elétrico, q a carga):

T = q.Va - q.Vb , portanto:

T = q(Va - Vb)

Vale lembrar que o trabalho não depende da trajetória que a carga percorrerá, e sim unicamente do ponto inicial e final que ela se encontrar (potenciais elétricos). Portanto, se a carga se deslocar em uma superfície equipotencial, não haverá trabalho, pois o potencial elétrico inicial e final terão o mesmo valor. A carga ainda pode se deslocar e voltar ao mesmo ponto de partida, caracterizando também um trabalho nulo.

Energia potencia elétrica

Suponha, agora, o ponto B infinitamente afastado da carga fixa criadora do campo.

A expressão do trabalho da força elétrica, para deslocar uma carga de um ponto A até o infinito, é dada por:

Podemos afirma que esse é o maior trabalho que pode ser realizado pela força elétrica, sobre uma carga q, no ponto A. Como energia é a capacidade de realizar trabalho, conclui-se que a energia potencial elétrica adquirida pela carga q, no ponto A, é igual ao trabalho realizado para se deslocar esse carga desse ponto ao infinito.

Com base na definição de energia potencial, o trabalho realizado pela força elétrica pode ser medido pela diferença de energia potencial elétrica entre os pontos A e B; portanto:

Potencial elétrico

Considerando um campo elétrico originando por uma carga puntiforme Q.

Defina-se como potencial elétrico

num ponto A desse campo, o trabalho realizado pela força elétrica, por unidade de carga, para deslocá-la desse ponto A até o infinito.

O potencial é uma grandeza escalar, ficando determinado apenas pelo seu valor numérico. Pode, portanto, ser positivo ou negativo, dependendo do sinal da carga criadora do campo Q.

A unidade do potencial SI é o volt (V).

1 volt é o potencial de um ponto que fornece a uma carga de 1 coulomb, nele colocada, uma energia de 1 joule. Quando temos vários campos elétricos agindo numa região, o potencial num ponto P qualquer é a soma algébrica dos potenciais originados por cada carga, no ponto considerando.

EXEMPLO:

1- Num campo elétrico foram medidos os potenciais em dois pontos A e B e encontrou-se VA= 12V e VB = 5,0V.

a) Qual o trabalho realizado por esse campo quando se transporta uma carga puntiforme de 18uC de A para B?

b) Sabe-se que nesse transporte não houve variação de energia cinética da partícula. Determine o trabalho do operador.

Resposta:

a) 1,3 . 10-5J

b) -1,3 . 10-5J

Diferença de potencial (ddp)

A diferença de potencial, ddp, é uma das grandezas mais importante da eletricidade. É utilizada para explicar o movimento das cargas elétricas.

A diferença de potencial entre os pontos A e B é indicada por

e representada pela letra U.

Por exemplo entre os terminais de uma bateria existe uma ddp de 12 volts.

Relações entre trabalho e ddp

Consideramos o campo elétrico criada pela carga Q.

O trabalho realizado pela força elétrica, no deslocamento de uma carga q de um ponto A até um ponto B dessa região, pode ser calculado a partir dos potenciais dos pontos A e B.

A diferença do potencial elétrico ,

entre pontos, A e B, de um campo elétrico é obtida dividindo-se o trabalho pela força elétrica pelo valor da carga deslocada.

Diferença de potencial num capo elétrico uniforme

Considere o campo elétrico uniforme entre duas placas paralelas eletrizada com cargas iguais e de sinais contrários, separadas pala distância d.

O trabalho realizado pela força elétrica para deslocar uma carga de prova q positiva, da placa A até a placa B, é dada por:

Como o campo elétrico

e a força

que agem na carga q, são constantes, o trabalho realizado pela força

pode ser calculado pela expressão geral do trabalho :

Esta expressão permite calcular a ddp entre dois pontos de uma campo uniforme, e é muito importante no estudo dos fenômenos elétricos.

Com base nesta expressão utiliza-se:

EXEMPLO:

1- Determinar a diferença de potencial entre dois pontos, A e B, de um campo elétrico uniforme de intensidade 10 , conforme figura abaixo . Sabe-se que a distância entre esses pontos é de 0,2 cm.

Potencial de um condutor em equilíbrio eletrostático

Consideramos um condutor eletrizado, de qualquer formato, em equilíbrio eletrostático.

Devido ao fato de as cargas elétricas estarem em repouso, pode-se afirma que não existe diferença de potencial entre dois pontos quaisquer do condutor, pois, se houvesse uma ddp, é elétrons livres procurariam pontos de potencial maior.

Num condutor e equilíbrio eletrostático, o potencial, em qualquer ponto, é constante e igual ao da superfície

Superfície equipotencial

Chama-se superfície equipotencial aquela na qual o potencial é constante em todos os seus pontos.

Numa superfície equipotencial as linhas de força são sempre perpendiculares às superfícies equipotencial.

Exemplo:

-Superfície de um condutor equilíbrio eletrostático:

-Campo criado por carga puntiforme:

Cada uma das superfícies esféricas concêntricas à carga puntiforme é uma superfície equipotencial

Campo uniforme

Num campo uniforme, as superfícies equipotenciais são perpendiculares às linhas de força e paralelas entre si.

EXEMPLO:

1- Retome as placas da questão anterior e coloque em repouso entre elas uma partícula X, de peso P = 2,0 . 10-7N, eletrizada. Calcule a carga elétrica (q) da partícula para que ela permaneça em repouso.

Resposta: -1,0 . 10-12C = -10pC

2- (PUC - RJ) Uma partícula de massa1,0 x 10-4kg e carga -1,0 x 10-6C é lançada na direção de um campo elétrico uniforme de intensidade 1,0 x 105V/m. A velocidade mínima de lançamento para que ela percorra 20 cm a partir da posição de lançamento, no sentido do campo, é de:

a) 14 m/s

b) 20 m/s

c) 26 m/s

d) 32 m/s

e) 38 m/s

Resposta: b

Consideramos uma esfera condutora, de raio r, eletrizada co carga Q.

Dividiremos o estudo do potencial produzido pela esfera em três casos.

1º Potencial externo

Para o cálculo do potencial num ponto externo, supõe-se que a carga Q seja puntiforme e localizada no centro da esfera.

2º Potencial na superfície

Fazendo d=r, temos:

3º Potencial interno à esfera

A esfera condutora está em equilíbrio eletrostático,; portanto, não há movimento de cargas no seu interior, isto é, o potencial num ponto interior é igual ao potencial num ponto da superfície.

*A curva característica da variação do potencial produzido por uma esfera é dada a seguir:


Corrente elétrica - Conceito

A corrente elétrica consiste no movimento ordenado de cargas elétricas, através de um condutor elétrico. A corrente elétrica é definida como corrente elétrica real (sentido do movimento dos elétrons) e corrente elétrica convencional (consiste no movimento de cargas positivas).

Condutor é todo material que permite a mobilidade fácil dos elétrons, sendo os melhores condutores os metais. Quando o material não permite essa mobilidade dos elétrons , ele é dito isolante, por exemplo madeira.

Há dois tipos de corrente elétrica: corrente contínua - gerada por pilhas e baterias e corrente alternada - gerada por usinas que transformam qualquer tipo de energia em elétrica, a qual chega até nossas casas. A corrente elétrica que circula através dos resistores, pode transformar energia elétrica em energia térmica, sob efeito joule.

A passagem da corrente elétrica através dos condutores acarreta diferentes efeitos, dependendo da natureza do condutor e da intensidade da corrente. É comum dizer-se que a corrente elétrica tem cinco efeitos principais: fisiológico, térmico (ou Joule), químico, magnético e luminoso.

Efeito fisiológico: corresponde à passagem da corrente elétrica por organismos vivos. A corrente elétrica age diretamente no sistema nervoso, provocando contrações musculares; quando isso ocorre, dizemos que houve um choque elétrico.

Efeito térmico: O efeito térmico, também conhecido como efeito Joule, é causado pelo choque dos elétrons livres contra os átomos dos condutores. Ao receberem energia, os átomos vibram mais intensamente. Quando maior for a vibração dos átomos, maior será a temperatura do condutor. Nessas condições observa-se, externamente, o aquecimento do condutor. Esse efeito é muito aplicado nos aquecedores em geral, como o chuveiro.

Efeito químico: O efeito químico corresponde a certas reações químicas que ocorrem quando a corrente elétrica atravessa as soluções eletrolíticas. É muito aplicado, por exemplo, no recobrimento de matais (niquelação, cromação, prateação, etc)

Efeito magnético: O efeito magnético é aquele que se manifesta pela criação de um campo magnético na região em torno da corrente. A existência de um campo magnético em determinada região pode ser constatada com o uso de uma bússola: ocorrerá desvio de direção da agulha magnética. Este é o efeito mais importante da corrente elétrica, constituindo a base do funcionamento dos motores, transformações, relés, etc.

Efeito luminoso: Também é um fenômeno elétrico em nível molecular. A excitação eletrônica pode dar margem à emissão de radiação visível, tal como observamos nas lâmpadas fluorescentes. E, determinadas condições, a passagem da corrente elétrica através de um gás rarefeito faz com que ele emita luz.

Receptores elétricos

Os receptores elétricos são muito comuns no nosso dia-a-dia. Definem-se receptores elétricos como qualquer dispositivo que transforma energia elétrica em energia não-elétrica que não seja exclusivamente em energia térmica, pois os dispositivos que transformam e energia elétrica totalmente em energia térmica são definidos como resistores.

Um bom exemplo de receptor elétrico é o motor elétrico, como ventiladores, liquidificadores e batedeiras. Quando recebem energia elétrica, esses motores a transformam em energia mecânica que pode ser observada no giro desses aparelhos.

Símbolo e Equação Característica
Quando ligamos um desses aparelhos anteriormente citados a uma fonte de energia elétrica, observamos que essa energia é transformada em energia de mecânica de rotação, e não é só isso. Observe que quando você usa, por exemplo, um liquidificador para fazer uma vitamina, ele também se aquece. Isso ocorre por que a energia elétrica consumida pelo aparelho é dividida. Parte dela vai para o funcionamento e outra parte se perde em forma de dissipação devido à resistência dos enrolamentos e nos contatos.

Para o funcionamento do receptor se estabelece uma diferença de potencial (ddp) U entre os seus terminais, parte dela é queda ôhmica devido a resistências internas do aparelho (r), e outra parte é devido ao funcionamento mecânico. A parte da ddp devido ao funcionamento mecânico é uma ddp útil e é denominada como força contra-eletromotriz (fcem) simbolizada por E'. Um receptor em um esquema de um circuito é representado da seguinte forma:


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Figura 1



Pela figura anterior, observe que há uma semelhança entre o símbolo do gerador com o símbolo do receptor, mas no receptor, a corrente vai do pólo positivo para o negativo da bateria enquanto no gerador ocorre o contrário. Isso é natural, pois o gerador é quem está criando a corrente elétrica enquanto o receptor apenas a recebe.

Da mesma figura podemos tirar a equação característica do receptor. Observe que a ddp fornecida ao mesmo, parte dela vai para o funcionamento, e outra parte para os elementos dissipativos. Portanto, a equação característica fica:


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Figura 2



Observe que o termo na equação referente à dissipação, é a lei de Ohm aplicada na resistência interna do receptor.

Potência e rendimento no receptor
A figura abaixo representa um esquema de um gerador ligado diretamente a um receptor. Apesar dos símbolos dos dois elementos serem muito semelhantes, o gerador é o que apresenta maior força eletromotriz e a corrente nele flui do pólo negativo para o pólo positivo.


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Figura 3



Quando ligamos um receptor a um gerador, não é difícil perceber que a potência útil do gerador, que é aquela que ele lança para o circuito, na verdade será a potencia total do receptor elétrico. Ao receber essa potência total, o receptor aproveita parte dela para o seu funcionamento normal e essa potência é denominada como potência útil e outra parte é dissipada, e logicamente ela é denominada como potência dissipada. Observe o quadro abaixo.


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Figura 4



Na física, rendimento é a razão entre o que é utilizado pelo total que é recebido, desse modo podemos definir o rendimento no receptor como sendo:


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Figura 5



É importante assinalar que não existem receptores com rendimento igual a um, ou seja, cem por cento. Em uma situação dessas teríamos toda a energia fornecida a ele sendo usada para o seu funcionamento e nada estaria sendo dissipado. Essa situação é fisicamente impossível, pois sempre haverá uma parcela da energia sendo dissipada.

Gerador elétrico

O gerador elétrico é um mecanismo que transforma energia mecânica, química ou outra forma de energia em energia elétrica. O gerador elétrico mais comum é o dínamo (gerador de corrente contínua) de bicicleta.

O gerador elétrico é o agente do circuito que o abastece, fornecendo energia elétrica às cargas que o atravessam.


O físico italiano Alessandro Volta foi quem desenvolveu o primeiro gerador. Estudando efeitos de contração muscular de patas de rãs, sob ação de descargas elétricas, Alessandro Volta descobriu que quando dois discos de metais diferentes, como cobre e zinco, estavam separados por um disco de pano ou papelão umedecido com água salgada, surgia uma diferença de potencial entre os discos de metais.

Volta aumentou esta diferença de potencial colocando estes aparatos em pilhas. A propriedade dos geradores, de produzir quantidades contínuas de carga elétrica, levou à formulação de um novo conceito e uma nova grandeza física capaz de definir essa propriedade: a força eletromotriz. Este nome foi adotado numa época em que não estava muito clara a distinção entre força e energia.

Hoje sabemos bem quais são as reações químicas que ocorrem na pilha, transformando energia química em energia elétrica.

A força eletromotriz do gerador é a razão entre o trabalho realizado e a quantidade de carga movimentada. No SI, o trabalho é medido em joule e a quantidade de carga elétrica é medida em coulomb, logo a força eletromotriz é medida em joule/coulomb (J/C). Essa unidade e o volt (V).

O gerador é representado pela seguinte figura:

gerador

O resistor da figura representa a perda de energia por calor no interior do gerador. Esta propriedade dos geradores é chamada de resistência interna.

Devemos lembrar que a tensão elétrica U entre os pólos A e B é menor que a força eletromotriz, já que há uma perda de tensão por r.

Em alguns exercícios pode aparecer um gerador ideal, ou seja, um gerador cuja resistência interna é nula. Este é representado da seguinte maneira:

geradorideal

A equação do gerador:

equagerador

r é a resistência interna do gerador.
i é a corrente elétrica que atravessa o gerador.

TENSÃO ELÉTRICA

Tensão elétrica ou diferencial de potencial (ddp) é a diferença de potencial entre dois pontos. A tensão elétrica também pode ser explicada como a quantidade de energia gerada para movimentar uma carga elétrica. Vamos dar um exemplo de uma mangueira com água, a qual no ponto entre a entrada de água e a saída exista uma diferença na quantidade de água, essa diferença trata-se da ddp entre esses dois pontos. Já no condutor, por onde circula a carga de energia elétrica, a diferença entre o gerador (equipamento responsável por gerar energia) e o consumidor (que pode ser seu computador ou outro equipamento) é que simboliza qual é a tensão que existe nesse condutor.

Exemplos de geradores de tensão: as usinas hidrelétricas, pilhas e baterias.

Logo abaixo, temos um exemplo de um circuito elétrico, com um gerador e um consumidor.

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No exemplo acima, o gerador, que é a pilha, libera uma partícula eletrizada, esta percorre o condutor e faz acender a lâmpada, depois essa partícula continua seu percurso até retornar à pilha.

Com isso, pode-se concluir que a tensão elétrica é a quantidade de energia que um gerador fornece pra movimentar uma carga elétrica durante um condutor.

Como já foi dito, a tensão elétrica é quantidade de energia gerada para movimentar uma carga, portanto, o gerador necessita liberar energia elétrica para movimentar uma carga eletrizada.

A fórmula para calcular a tensão a partir desse conceito é:

U = Eel / Q

Onde:

U= Tensão elétrica

Eel= Energia elétrica

Q= Quantidade de carga eletrizada

· Outra fórmula para calcular a tensão elétrica é a partir da energia elétrica utilizada e quantidade de carga:

V = J / C

Onde:

J= Joule

C= Coulomb

A unidade de tensão será dada em J/C

· Também é possível calcular a tensão elétrica de um circuito tendo as grandezas de corrente e resistência:

V= I.R

Onde:

V= tensão elétrica

I= corrente elétrica

R= resistência elétrica

· Se analisarmos mais profundamente para calcular a tensão, poderemos calcular também através da potência elétrica:

V= P/I

Onde:

P= potência elétrica

I= corrente elétrica

· Todos esses cálculos são para tensões contínuas (tensões que não mudam de polaridade de acordo o tempo), para calcular tensões alternadas (tensões que mudam a polaridade de acordo com o tempo), é necessário ter noções de números complexos, visto que todas variáveis são complexas.

Fórmula para cálculo de tensão alternada:

v(t)=V.sin(2∏ft.Φv)

Onde:

v(t)= função tensão no tempo

V= tensão de pico

Sin=seno

F=frequência

T=tempo

Φ= ângulo de fase

· Esse cálculo é para casos de tensão em função do tempo, entretanto, a tensão que é medida na sua tomada, é um valor eficaz, que é o valor quadrático médio desse sinal.

Vef= Vp/√2

O que é certo se falar, tensão ou voltagem?

Muitos falam voltagem, mas isso é errado, o certo a ser falado é tensão. As pessoas usam muito o termo “voltagem” em decorrência ao cientista que descobriu a tensão elétrica, Alessandro Volta.

Aparelhos eletricos

utilizar corretamente os equipamentos elétricos bem como ligá-los de forma adequada, evitando que estraguem. Por exemplo, se um aparelho que funciona na tensão 220 V for ligado na tensão de 127 V ele não queimará, mas também não funcionará de forma correta. Caso ocorra o contrário, se o aparelho funciona a 127 V e for ligado numa tensão de 220 V, o aparelho elétrico queimará. Esse mesmo fato ocorre com as lâmpadas, por exemplo. Se a corrente estabelecida nela não for suficiente para aquecer o filamento de tungstênio, a lâmpada brilhará menos e a luz terá tom avermelhado.

Alguns conceitos são muito importantes para entender o funcionamento dos aparelhos eletrônicos.

Tensão: simbolizada pela letra V que significa volt, ela especifica a capacidade de energia da rede na qual o aparelho será ligado.

Freqüência: representada pela letra f é a freqüência da oscilação da rede elétrica na qual o aparelho é ligado. A unidade de freqüência no Sistema Internacional de Unidades é o hertz (HZ).

Potência: significa o consumo de energia por unidade de tempo e o símbolo é o W que é a unidade de potência no Sistema Internacional de Unidade.

Com esses conceitos em mente e através da leitura correta dos mesmos fica possível ligar os aparelhos elétricos de forma que ele funcione adequadamente.

alunos: Stefani , Emylle,Lara,Pedro,Priscila, Hanna