terça-feira, 28 de junho de 2011

Trabalho da Força Elétrica


Mede a quantidade de energia elétrica transferida ou transformada, através da aplicação de uma força elétrica (F), numa carga elétrica q que sofre um deslocamento d de um ponto (A) para outro (B). A força elétrica é uma força conservativa, portanto o seu trabalho não depende da trajetória da carga elétrica q.

Trabalho Motor Quando a força elétrica F desloca a carga de prova q no sentido da própria força.

Trabalho Resistente Quando é realizado um trabalho contra as forças do campo elétrico, ou seja, quando a força é contrária ao sentido do deslocamento do campo.

Expressão do Trabalho da força elétrica

O trabalho da força elétrica é dada pela diferença entre a energia potencial inicial e a energia potencial final. TFel= Epa - Epb


Ou seja, a representação matemática do Trabalho da Força Elétrica é dada pela equação:

Onde:
τ= trabalho da força elétrica (j)

q = carga de prova (c)
Ko = constante eletrostática (n.m²/c²)
Q = carga fixa (c)

d = distância (m)

A unidade do SI para o trabalho da força elétrica é o joule.

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Trabalho no 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)

Onde: q = coulomb e V= volt (J/C)

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.

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Corrente Elétrica

A corrente elétrica se constitui em um fluxo de partículas eletrizadas em movimento ordenado (até certo ponto) , cuja natureza depende do meio em que se dá a sua passagem, por exemplo: nos metais é constituída exclusivamente de elétrons. Uma condição fundamental para o estabelecimento de uma corrente elétrica entre dois pontos de um meio é a diferença de potencial entre estes dois pontos (ddp).

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:

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. O pior caso de choque é aquele que de origina quando uma corrente elétrica entra pela mão de uma pessoa e sai pela outra. Nesse caso, atravessando o tórax da ponta a ponta, ela tem grande chance de afetar o coração e a respiração. O valor mínimo de intensidade de corrente que se pode perceber pela sensação de cócegas ou formigamento leve é 1 mA. Entretanto,, com uma corrente de intensidade 10 mA, a pessoa já perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir a mão e livrar-se do contato. O valor mortal está compreendido entre 10 m e 3 A, aproximadamente. Nesses valores, a corrente, atravessado o tórax, atinge o coração com intensidade suficiente para modificar seu ritmo. Modificado o ritmo, o coração pára de bombear sangue pelo corpo e a morte pode ocorrer em poucos segundos. Se a intensidade for ainda mais alta, a corrente pode paralisar completamente o coração. Este se contrai o mais possível e mantém-se assim enquanto passar a corrente. Interrompida a corrente, geralmente o coração relaxa e pode começar a bater novamente, como se nada tivesse acontecido. Todavia, paralisado o coração, paralisa-se também a circulação sangüínea, e uma pequena interrupção dessa circulação pode provocar danos cerebrais irreversíveis.

Nossos impulsos nervosos são transmitidos por estímulos elétricos. Entretanto, embora pareçamos tão vulneráveis, a tensão necessária para produzir a situação descrita deve ser de centenas de volts, pois o corpo humano é péssimo condutor quando comparado aos metais, por exemplo.

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. Em um chuveiro, a passagem da corrente elétrica pela “resistência” provoca o efeito térmico ou efeito Joule que aquece a água. Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elétrica. Nos condutores se processa a transformação da energia elétrica em energia térmica. Esse efeito é a base de funcionamento dos aquecedores elétricos, chuveiros elétricos, secadores de cabelo, lâmpadas térmicas, etc.

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). Uma solução eletrolítica sofre decomposição quando é atravessada por uma corrente elétrica. É a eletrólise. Corresponde aos fenômenos elétricos nas estruturas moleculares, objeto de estudo da eletroquímica. A exploração desse efeito é utilizada nas pilhas, na eletrólise.

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. As lâmpadas fluorescentes e os anúncios luminosos são aplicações desse efeito. Neles há transformação direta de energia elétrica em energia luminosa.

Intensidade da corrente elétrica:







Considerando: Q = n.e

Onde: Q= Coulomb (C) e t= segundo (s)

Em homenagem ao físico e matemático francês André Marie Ampère (1775-1836), a unidade de corrente elétrica, no SI, é o ampère (A).





É comum o emprego de submúltiplos do ampère: o miliampère (mA) e o micro-ampère (A) :

  • 1 mA = 10-3A
  • 1 µA = 10-3ª

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Tensão elétrica

É a medida da quantidade de energia elétrica que é cedido à carga elétrica que atravessa um gerador. Também é chamada de diferença de potencial (d.d.p), e é indicada pelo símbolo U. Quando se diz que um chuveiro está ligado a uma tomada de 220V, significa que, sobre cada coulomb de carga elétrica que o percorre, a força elétrica realiza 220J de trabalho.

Onde: U= ddp (tensão elétrica) = volt (v)

Energia elétrica = J

Carga elétrica = C

Obs: Considerando os geradores com sendo ideias, não há perda de energia elétrica no transporte da carga elétrica de um para o outro; portanto sua força elemotriz corresponde a d.d.p. ( também chamado de tensão elétrica).

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Gerador Elétrico

O gerador elétrico é um mecanismo que transforma energia mecânica, química ou outra forma de energia em energia elétrica.
O físico italiano Alessandro Volta foi quem desenvolveu o primeiro gerador.
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:



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:


A equação do gerador:


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

Tipos de geradores:

Real: O gerador real são quando a corrente elétrica que o atravessa sobre uma certa resistência

Ideal: O gerador ideal é um gerador capaz de fornecer às cargas elétricas que o atravessam toda a energia gerada.

Resumindo: o gerador elétrico é um aparelho que possui dois pólos ativos, sendo que um deles tem maior potencial elétrico que o outro. O pólo de maior potencial é o pólo positivo e o de menor potencial é o pólo negativo. Uma das funções do gerador é a de produzir a corrente elétrica para o circuito.

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Receptor Elétrico

É considerado um receptor elétrico qualquer elemento de circuito consumidor de energia elétrica transformando-a em qualquer outro tipo de energia. Seu interior é composto por condutores. Sua resistência elétrica é chamada de resistência interna do receptor.

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

Podemos classificar os receptores em:

• Passivos: transformam integralmente energia elétrica em energia exclusivamente térmica (calor).

• Ativos: transformam a energia elétrica em outra forma de energia que não seja exclusivamente térmica. É o caso dos motores elétricos que transformam parte da energia elétrica em energia cinética de rotação (energia mecânica), por exemplo.

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Aparelhos Elétricos

O aprendizado sobre o uso correto dos aparelhos elétricos pode ser um ponto muito importante para uma aula de eletricidade, tendo em vista que o professor pode ensinar seus alunos a entender como 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.


Link do slide: http://www.slideshare.net/carolzett/trabalho-de-fsica-8452742

Alunos: Ana Carolina, Fábio, Vanik,Karoline, Filipe Pereira, Gabriela Soares.

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