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Curso Tcnico em Manutenoe Suporte em Informtica

Fundamentos de Fsica

Mauro Frank Oguino Colho

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Fundamentos de FsicaMauro Frank Oguino Colho

2010

Manaus-AM

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C672g Colho, Mauro Frank OguinoFundamentos de fsica / Mauro Frank Oguino Colho. - Ma-

naus : Centro de Educao Tecnolgica do Amazonas, 2010.63 p. : il. tabs.

Inclui bibliografiaCurso Tcnico em Manuteno e Suporte em Informtica,

desenvolvido pelo Programa Escola Tcnica Aberta do Brasil.

ISBN: 978-85-63576-03-31. Fsica Estudo e ensino. I. Ttulo. II.Ttulo: Curso Tcnico

em Manuteno e Suporte em Informtica.CDU: 53

Presidncia da Repblica Federativa do Brasil

Ministrio da Educao

Secretaria de Educao a Distncia

Equipe de ElaboraoCentro de Educao Tecnolgica do Amazonas-CETAM

Coordenao InstitucionalAdriana Lisboa Rosa/CETAMLaura Vicua Velasquez/CETAM

Professor-autorMauro Frank Oguino Colho/CETAM

Comisso de Acompanhamento e ValidaoUniversidade Federal de Santa Catarina UFSC

Coordenao InstitucionalAraci Hack Catapan/UFSC

Coordenao do ProjetoSilvia Modesto Nassar/UFSC

Coordenao de Design InstrucionalBeatriz Helena Dal Molin/UNIOESTE e EGC/UFSC

Design InstrucionalRenato Cislaghi/UFSC

Web MasterRafaela Lunardi Comarella/UFSC

Web DesignBeatriz Wilges/UFSCGustavo Mateus/UFSC

DiagramaoAndr Rodrigues da Silva/UFSCBruno Csar Borges Soares de vila/UFSCGabriela Dal To Fortuna/UFSC

Guilherme Ataide Costa/UFSCJoo Gabriel Doliveira Assuno/UFSCLus Henrique Lindner/UFSC

RevisoJlio Csar Ramos/UFSC

Projeto Grficoe-Tec/MEC

Catalogao na fonte elaborada pela DECTI da BibliotecaCentral da Universidade Federal de Santa Catarina

Centro de Educao Tecnolgica do Amazonas

Este Caderno foi elaborado em parceria entre o Centro de Educao Tecnolgica

do Amazonas e a Universidade Federal de Santa Catarina para o Sistema Escola

Tcnica Aberta do Brasil e-Tec Brasil.

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Apresentao e-Tec Brasil

Prezado estudante,

Bem-vindo ao e-Tec Brasil!

Voc faz parte de uma rede nacional pblica de ensino, a Escola Tcnica

Aberta do Brasil, instituda pelo Decreto n 6.301, de 12 de dezembro 2007,

com o objetivo de democratizar o acesso ao ensino tcnico pblico, na mo-

dalidade a distncia. O programa resultado de uma parceria entre o Minis-

trio da Educao, por meio das Secretarias de Educao a Distancia (SEED)

e de Educao Profissional e Tecnolgica (SETEC), as universidades e escolastcnicas estaduais e federais.

A educao a distncia no nosso pas, de dimenses continentais e grande

diversidade regional e cultural, longe de distanciar, aproxima as pessoas ao

garantir acesso educao de qualidade, e promover o fortalecimento da

formao de jovens moradores de regies distantes, geograficamente ou

economicamente, dos grandes centros.

O e-Tec Brasil leva os cursos tcnicos a locais distantes das instituies de en-

sino e para a periferia das grandes cidades, incentivando os jovens a concluiro ensino mdio. Os cursos so ofertados pelas instituies pblicas de ensino

e o atendimento ao estudante realizado em escolas-polo integrantes das

redes pblicas municipais e estaduais.

O Ministrio da Educao, as instituies pblicas de ensino tcnico, seus

servidores tcnicos e professores acreditam que uma educao profissional

qualificada integradora do ensino mdio e educao tcnica, capaz de

promover o cidado com capacidades para produzir, mas tambm com auto-

nomia diante das diferentes dimenses da realidade: cultural, social, familiar,

esportiva, poltica e tica.

Ns acreditamos em voc!

Desejamos sucesso na sua formao profissional!

Ministrio da Educao

Janeiro de 2010

Nosso contato

[email protected]

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Indicao de cones

Os cones so elementos grficos utilizados para ampliar as formas de lin-guagem e facilitar a organizao e a leitura hipertextual.

Ateno: indica pontos de maior relevncia no texto.

Saiba mais: oferece novas informaes que enriquecem o

assunto ou curiosidades e notcias recentes relacionadas ao

tema estudado.

Glossrio: indica a definio de um termo, palavra ou expresso

utilizada no texto.

Mdias integradas: remete o tema para outras fontes: livros,

filmes, msicas,sites, programas de TV.

Atividades de aprendizagem: apresenta atividades em

diferentes nveis de aprendizagem para que o estudante possa

realiz-las e conferir o seu domnio do tema estudado.

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Sumrio

Palavra do professor-autor 9

Apresentao da disciplina 11

Projeto instrucional 13

Aula 1 A Histria da Fsica 151.1 Um breve histrico 15

Aula 2 As unidades de medidas 17

2.1 Introduo 172.2 As unidades de medidas eltricas 18

Aula 3 Eletrizao 213.1 Princpio da eletrizao 21

Aula 4 Fora eletrosttica 254.1 Introduo 25

4.2 Campo eltrico 25

Aula 5 Potencial eltrico 275.1 Introduo 27

5.2 Trabalho no campo eltrico 27

Aula 6 Corrente e tenso eltrica 296.1 Corrente eltrica 29

6.2 Tenso eltrica 30

Aula 7 Resistncia eltrica 33

7.1 Introduo 337.2 Resistores e lei de Ohm 34

7.3 Associao de resistores 35

8.1 Geradores eltricos 39

Aula 8 - Geradores e receptores eltricos 398.2 Receptores eltricos 40

8.3 Potncia eltrica 41

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Aula 9 Magnetismo 459.1 Introduo 45

9.2 Fluxo de induo magntica 46

Aula 10 - Eletromagnetismo 51

10.1 Campo magntico 5110.2 O solenoide 53

10.3 A bobina 53

10.4 Os polos no eletrom 54

10.5 A fora de atrao magntica 54

10.6 O ncleo e a fora de atrao 55

10.7 Seo transversal do ncleo e a fora de atrao 57

10.8 Alguns princpios importantes no eletromagnetismo 60

Referncias 62

Currculo do professor-autor 63

e-Tec Brasil 8

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Palavra do professor-autor

Prezado(a) estudante!

Este material didtico de Fundamentos de Fsica um texto orientador a

voc, estudante de EaD. Portanto, este material tem o princpio de instruo

e orientao que o encaminha a interagir com assuntos relacionados ao seu

cotidiano e, principalmente sua formao profissional.

Este caderno est dividido em dez aulas, sendo que a primeira delas apresen-

ta um histrico da Fsica e a segunda apresenta as unidades de medida da

Fsica em geral e da Eletricidade em particular. As aulas seguintes abordam aeletrosttica, a eletrodinmica e, nas duas ltimas, so abordados o magne-

tismo e o eletromagnetismo.

Como visto, aqui se trata de Fsica direcionada e aplicada, ou direcionada

para uma viso relacionada, ou introdutiva, com a Informtica. Portanto,

caro(a) estudante, o material apresentado objetivo. Bons estudos!

Mauro Frank Oguino Colho

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12/66e-Tec Brasil11

Atualmente, os educadores so unnimes em recomendar que

os jovens tenham uma formao bsica geral, envolvendo as

principais reas do conhecimento: cincias naturais, matem-

tica, lnguas e cincias humanas. Essa formao geral impor-

tante tanto para o exerccio da cidadania quanto para dar mo-

bilidade ao jovem a fim de ingressar num mercado de trabalho

cada vez mais complexo.

Jos Luiz Sampaio e Caio Srgio Calada.

A Educao a Distncia (EaD) promove mobilidade ao jovem, que passa ainteragir com o mundo virtual e relacionar as informaes contidas neste

meio com a sua realidade, o meio fsico.

O perfil do aluno de EaD diferente do perfil de um aluno presencial. O

aluno de EaD mais dinmico e tem muito acesso informao. Mas isso

no tira o mrito do estudante presencial. Muitos dizem que a EaD apenas

uma complementao, porm o educador de EaD sabe que a realidade , de

fato, outra: este um meio formador.

Este material orientador tem como caracterstica trabalhar a mobilidade do

aluno de EaD, levando-o a realizar as atividades e avaliaes no meio virtu-

al. Portanto, por ser uma atividade virtual, isso no a torna mais fcil, mas

apenas mais acessvel, com os seus prazos, indicadores e metas para o co-

nhecimento do aluno.

Dessa forma, busca-se uma formao concisa ao aluno, para que ele tenha

uma mobilidade no aprendizado que o encaminhar ao mercado de traba-

lho com uma vantagem competitiva: ser aluno do cyberespao.

Apresentao da disciplina

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Disciplina: Fundamentos de Fsica

Ementa:A Histria da Fsica: um breve histrico; As unidades de medidas, as

medidas eltricas; Eletrosttica: eletrizao, fora eletrosttica, campo eltrico,

potencial eltrico, trabalho no campo eltrico; Eletrodinmica: corrente eltri-

ca, tenso eltrica, resistncia eltrica, resistores e a lei de Ohm, associao de

resistores, geradores eltricos, receptores eltricos, potncia eltrica; Magne-

tismo e Eletromagnetismo: campo magntico, magnetismo, fluxo de induo

magntica, eletromagnetismo, o solenoide, a bobina, os polos no eletrom, o

ncleo e a fora de atrao, seo transversal do ncleo e a fora de atrao.

AULA OBJETIVOS MATERIAL CARGAHORRIA

A Histria da

Fsica

Refletir sobre a cincia e como est

inserida neste contexto: qual a origem

da Fsica e o que isso implica na

atuao profissional na sociedade.

Hipertexto apresentando informaes

sobre a introduo Fsica.6 Horas

Unidades de

Medidas

Conhecer as unidades de medida

e concentrar esforos nas medidas

fsicas mais significativas para a

aplicao na rea.

Hipertexto com breve histrico sobre

pesos e medidas e sua importncia

hoje.Stio do Curso de Fsica da USP:

http://fisica.cdcc.sc.usp.br

6 Horas

Eletrizao

Conhecer o princpio da eletrizao e

a sua importncia para a eletricidade

e a sua influncia na informtica.


sobre a origem da eletrizao e suas

propriedades.

Stios de Fsica:

http://www.cursodefisica.com.br;

http://www.unb.br

6 Horas

ForaEletrosttica

Inferir a importncia da fora eletros-

ttica com aplicao Eletricidade ea sua relao com outras disciplinas

do curso.


sobre a eletrosttica e suas proprie-

dades.Stios de Fsica:

www.cursodefisica.com.br;

http://www.unb.br

6 Horas

Potencial

Eltrico

Trabalhar os recursos da eletrosttica

em experimentos para compreender o

processo fsico.


sobre o potencial eltrico e suas

aplicaes.

Stios de Fsica:


http://www.unb.br

6 Horas

Projeto instrucional

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AULA OBJETIVOS MATERIAL CARGAHORRIA

Corrente e

Tenso Eltrica

Trabalhar com os fundamentos da

corrente e da tenso eltrica e a

relao com os outros assuntos desta

disciplina.


sobre a corrente e a tenso eltrica e a

relao que existe entre elas atravs da

lei de Ohm.

6 Horas

Resistncia

Eltrica

Relacionar os conceitos de Resistncia

Eltrica com os conceitos de Tenso e

Resistncia Eltrica e a aplicao em

Eletricidade.

Hipertexto apresentando informaessobre a resistncia eltrica a relao

que existe entre elas atravs da lei de

Ohms.

Stios de Fsica:


http://www.unb.br;

http://www.fsc.ufsc.br/~labidex/

6 Horas

Geradores e

Receptores

Trabalhar os conhecimentos de

Efeito Joule, Potncia, Lei de Ohm e

Resistncia, aplicados em atividades

prticas.


sobre a aplicao de corrente, tenso

e resistncia eltrica e a relao que

existe entre elas atravs do efeito Joule

e a Potncia.Stios de Fsica:


http://www.unb.br;


6 Horas

Magnetismo

Conhecer a origem do magnetismo e

relacionar com o eletromagnetismo e

a aplicao em informtica.


sobre magnetismo, com o comporta-

mento de ms suas aplicaes.

Stios de Fsica:


http://www.unb.br;


6 Horas

Eletromagne-

tismo

Utilizar os princpios relacionados com

o magnetismo e a eletricidade e sua

aplicao na rea da informtica.

Hipertexto apresentando informa-

es sobre eletromagnetismo, com o

comportamento de eletroms e suas

aplicaes.

Stios de Fsica:


http://www.unb.br;


6 Horas

e-Tec Brasil 14

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16/66e-Tec Brasil

Aula 1 A Histria da Fsica

Objetivos

Refletir sobre a cincia e como voc, enquanto estudante, est

inserido neste contexto.

Perceber qual a origem da Fsica e o que isso implica na sua atu-

ao profissional na sociedade.

1.1 Um breve histricoNa Grcia antiga, por volta do sculo VI a.C., existiam muitas ideias sobre o

sentido das coisas e suas origens. As pessoas que passavam o tempo com

esses pensamentos eram os filsofos. A Fsica se originou da palavra grega

physis, que significa natureza.

A partir de ento, a Fsica foi se desenvolvendo at que atingiu o seu pice

no fim do sculo XIX. No apenas os filsofos, mas os cientistas que estu-

dam Fsica os fsicos pensaram que tudo j tinha sido descoberto. A Fsicaera, ento, dividida nas seguintes reas:

a) a Mecnica, que estuda os movimentos em seus mais variados aspectos;

b) a Termologia, que estuda o calor e seus efeitos;

c) a ptica, que estuda a luz e o seu comportamento, como as lentes;

d) a Ondulatria, que estuda as ondas, como o som e as ondas do mar;

e) o Eletromagnetismo, que estuda os fenmenos eltricos e magnticos.

No nosso curso, vai ser muito aplicado, pois a base de funcionamento

de aparelhos como os computadores e notebooks.

Porm, nessa poca (final do sculo XIX) teve incio um novo movimento

entre os fsicos, pois foram observados novos fenmenos. Foi ento que

e-Tec BrasilAula 1 A Histria da Fsica 15

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surgiram duas novas teorias para explic-los: a Teoria da Relatividade e a

Mecnica Quntica. A primeira analisa os movimentos em velocidades muito

elevadas, prximas velocidade da luz. A segunda analisa o comportamento

de partculas muito pequenas, como tomos, prtons e eltrons. Com estas

duas novas teorias, a Fsica ento foi dividida em Fsica Clssica, com a

Mecnica, a Termologia, a ptica, a Ondulatria e o Eletromagnetismo; e aFsica Moderna, com a Teoria da Relatividade e a Mecnica Quntica.

ResumoA Fsica um conjunto de conhecimentos e prticas construdos, aplicados e

transmitidos pelas geraes da humanidade. O seu crescimento tem contri-

budo para o desenvolvimento das diversas reas tecnolgicas. Uma dessas

reas a informtica aplicada, tema do nosso curso. Toda a parte de fsica

moderna, molecular e de matria condensada (sculo XX) que originou a

nanotecnologia, a robtica, a automao, entre outras, teve incio na Fsica.Porm, hoje existem questes em aberto como a idade do universo, a natu-

reza do vcuo e das propriedades das partculas subatmicas.

Atividades de aprendizagem1. Entre no stio http://www.fisica.net/historia/historia_da_fisica_resumo.

phpe pesquise sobre a histria da Fsica. Relate as suas concluses atra-

vs de uma redao sobre a relao homem-mundo natural. Armazene

esse arquivo no AVEA.

Fundamentos de Fsicae-Tec Brasil 16

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18/66e-Tec Brasil

Aula 2 As unidades de medidas

Objetivo

Conhecer as unidades de medidas e concentrar esforos nas medi-

das fsicas mais significativas para a aplicao na rea.

2.1 IntroduoA Fsica regida por leis bsicas que, por sua vez, adotam frmulas que

envolvem grandezas. Estas grandezas esto relacionadas com o tempo, amassa, a velocidade, a acelerao, a energia, etc.

Na dcada de 1960, houve uma reunio na Sua intitulada Conferncia

Geral dos Pesos e Medidas, na qual foram definidas as unidades oficiais para

grandezas. Esse conjunto de unidades chamado de Sistema Internacional

de Unidades, com abreviatura internacional SI. Para o comprimento foi con-

vencionado o metro (m); para a massa foi adotado o quilograma (kg); para

o tempo adotou-se o segundo (s). Com a adoo do SI, foram estabeleci-

dos tambm os prefixos, que so representaes de potncias na base 10.O Quadro 2.1 apresenta o fator, o prefixo e o smbolo das unidades.

Quadro 2.1: Fator, prefixo e smbolo das unidades de medidas

Fator Prefixo Smbolo

10-12 pico p

10-9 nano n

10-6 micro

10-3 mili m

10-2 centi c

10-1 deci d

101 deca da

102 hecto h

103 quilo k

106 mega M

109 giga G

1012 tera T

Fonte: Sampaio; Calada, 2005.

e-Tec BrasilAula 2 As unidades de medidas 17

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As Unidades de Medidas Eltricas so o Ampre (A), o Volt (V) e o Ohm().

No decorrer do nosso curso sero vistas outras unidades de medidas eltricas

relacionadas sua formao.

2.2 As unidades de medidas eltricasA corrente eltrica o deslocamento orientado de cargas eltricas entre

dois pontos quando existe d.d.p.(diferena de potencial) entre estes pontos.

A sua unidade de medida o Ampre, que tem mltiplos (kA, MA) e sub-

mltiplos (mA, A). Se a corrente eltrica flui sempre no mesmo sentido,

chamada Corrente Contnua.

A Tenso Eltrica uma grandeza que pode ser medida e tem sua origem no

desequilbrio eltrico dos corpos (eletrizao). A Eletrizao um processo

que permite que um corpo neutro fique eletricamente carregado. De acordocom a eletrizao, os corpos podem assumir cargas eltricas diferentes e o

comportamento que existe entre eles o de atrao ou repulso: cargas

iguais se repelem; cargas diferentes se atraem.

A Diferena de Potencial (d.d.p.) ou tenso eltrica tem como unidade o

Volt, em homenagem a Alessandro Volta (1745-1827), que construiu a pilha

eltrica. Estas inovaes, poca, hoje so classificadas como fontes gera-

doras de tenso, que so dispositivos com a capacidade de criar um desequi-

lbrio eltrico, dando origem a uma tenso eltrica.

A Resistncia Eltrica a oposio que um material apresenta passagem

da corrente eltrica. A sua unidade de medida o Ohm, que representado

pela letra grega (omega), e tem os seus submltiplos (m, ) e mltiplos

(k, M), sendo estes ltimos os mais usados.

Realize as converses sugeridas, como no exemplo apresentado a seguir.

45mA = 0,045A

Mltiplo (106) Mltiplo (103) UNIDADE Submltiplo (10-3) Submltiplo (10-6)

MA kA A mA A

4 5

0 0 4 5


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a) 950 V =___________KV

b) 300 =___________K

c) 0,0001 M =________

d) 3550 KV =_________MV

e) 0,0033 A =_________mA

ResumoAs unidades de medidas apresentaram um forte avano na aplicao dos

fenmenos e efeitos fsicos e isso s foi possvel a partir da padronizao das

medidas. A utilizao de medidas eltricas e padres de medida representam

uma universalidade a toda a cincia.

Atividades de aprendizagem1. Entre no stio http://fisica.cdcc.sc.usp.br/olimpiadas/01/artigo3/conceitos.

htmle pesquise as unidades de medidas eltricas. Relate as suas conclu-

ses da pesquisa no AVEA, atravs do frum de discusso.

2. Desenvolva uma redao sobre as unidades de medidas e padres de

medidas e sobre as implicaes na vida profissional do tcnico em manu-

teno e suporte em informtica. Armazene esse arquivo no AVEA.

e-Tec BrasilAula 2 As unidades de medidas 19

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22/66e-Tec Brasil

Aula 3 Eletrizao

Objetivo

Conhecer o princpio da eletrizao e a sua importncia para a

eletricidade, assim como a sua influncia na informtica.

3.1 Princpio da eletrizaoOs antigos gregos j haviam observado a existncia de iteraes ao atritarem

o mbar com outros corpos. Ocorre que, em grego, a expresso mbar sig-nifica elektron, e as Foras Eltricas receberam esta denominao. Todavia,

estas foras de atrao e de repulso so de natureza diferente das foras

gravitacionais, que so sempre atrativas, que estamos acostumados a pre-

senciar na vida diria.

Diversas teorias foram propostas para justificar tais fenmenos eltricos.

Atualmente, eles so explicados da seguinte maneira: todos os corpos so

formados de tomos, os quais so constitudos de partculas elementares,

sendo as principais: eltrons, prtons e nutrons. Os prtons e os nutronsacham-se localizados na parte central do tomo, chamada ncleo. Ao redor

do ncleo movem-se os eltrons, em uma regio chamada coroa ou ele-

trosfera. Os prtons se repelem entre si, o mesmo acontecendo com os

eltrons. Entre um prton e um eltron h atrao.

Esses comportamentos so idnticos aos observados entre um basto de

vidro e um pedao de pano de l. Para explic-los, associa-se aos prtons e

aos eltrons uma propriedade fsica denominada carga eltrica, sendo que

prtons e eltrons apresentam efeitos eltricos opostos. Por este motivo, hduas classes de cargas eltricas: positiva (a carga eltrica do prton) e nega-

tiva (a carga eltrica do eltron). Os nutrons no tm carga eltrica porque

no apresentam efeitos eltricos. Observe estes detalhes no Quadro 3.1 e

Figura 3.1.

e-Tec BrasilAula 3 Eletrizao 21

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Quadro 3.1: Partculas e respectivas cargas eltricas

Partcula Carga Eltrica

Prtons Positiva (+)

Eltrons Negativa ()

Nutrons No tm carga eltrica

Fonte: SENAI DR/AM, 2005.

Ncleo

Coroa ou eletrosfera

Neutrons

Prtons

Figura 3.1: O tomo, suas partculas e cargas eltricasFonte: SENAI DR/AM, 2005.

Num tomo, o nmero de prtons igual ao nmero de eltrons; como umtodo, o tomo eletricamente neutro.

Ao se atritar o basto de vidro e o pano de l, ocorre uma troca de eltrons entre

eles, de modo que um fica com falta e o outro com excesso de eltrons.

Os corpos que apresentam excesso ou falta de eltrons so chamados cor-

pos eletrizados. Se num corpo o nmero de prtons igual ao nmero de

eltrons, diz-se que ele est eletricamente neutro.

ResumoA sntese da aula est contida no Quadro 3.2.

Quadro 3.2: Resumo da aula com os tipos de eletrizao e seus efeitos

Eletrizao (modo) antes depois

Induo Um corpo eletrizado e outro neutro. Eletrizao com sinais opostos Atrao.

Contato Um dos corpos eletr izado. Corpos eletrizados com sinais iguais Repulso.

Atrito Corpos neutros. Eletrizao com sinais opostos Atrao.


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Aula 4 Fora eletrosttica

Objetivo

Inferir a importncia da fora eletrosttica com aplicao eletrici-

dade e a sua relao com outras disciplinas do curso.

4.1 IntroduoOs corpos eletrizados cujas dimenses so desprezveis em funo das dis-

tncias que os separam recebem a denominao de carga eltrica puntifor-me.

Para o estudo das foras eletrostticas, necessrio conhecer a Lei de Coulomb.

Sua frmula :

Onde:

Intensidade da fora Fentre duas cargas puntiformes (N);

Q1e Q

2 mdulo das cargas eltricas (C)

;

d distncia que separa as cargas (m);

K Constante de proporcionalidade ou constante eletrosttica. A notao K0

se refere ao meio, quando for no vcuo o seu valor, pelo SI, :

4.2 Campo eltricoSo os efeitos eltricos que ocorrem ao redor de cargas eltricas. Ao campo

eltrico so atribudos direo e sentido e a sua representao : , tam-bm chamado de linhas orientadas ou linhas de fora. O sentido do campo

eltrico depender da carga eltrica e sua polaridade: se o campo eltrico

tiver polaridade positiva, o sentido ser de afastamento; se for negativo, o

sentido ser de aproximao.

e-Tec BrasilAula 4 Fora eletrosttica 25

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O campo eltrico ser determinado pela equao:

Onde:

- fora eltrica;

- o campo eltrico;

- carga de prova.

O campo eltrico pode ser puntiforme ou de vrias cargas.

ResumoEletrosttica um conjunto de cargas pontuais, onde a fora exercida so-

bre uma carga proporcional ao campo eltrico. A fora exercida con-

servativa e o trabalho que realiza ao longo de um circuito fechado nulo.As linhas de fora do campo resultante tm um comportamento complexo,

assim como o dipolo eltrico.

Quando as distribuies de cargas so muito densas se consideram cont-

nuas. conveniente definir densidades de carga semelhana do que se

faz para a densidade de massa. Se existir uma carga total Qdistribuda num

volume V, define-se a densidade mdia de carga.

Atividades de aprendizagem1. Acesse o stio http://www.if.ufrgs.br/fis/EMVirtual/cap1/cargas.htm#sub6

e pesquise sobre a fora eletrosttica e o campo eletrosttico. Responda

aos exerccios dispostos neste stio. Acesse tambm o stio http://www.

brazilianvoice.com/mobile/bv_noticias/bv_tech/740-Energia-esttica-Ris-

cos-como-evitar.htmle pesquise a questo da eletricidade esttica rela-

cionada com a microinformtica e componentes eletrnicos.

2. Relate as suas concluses decorrentes dos exerccios no AVEA, atravs do

frum de discusso. Realize uma reflexo sobre a influncia da eletros-ttica na indstria de semicondutores e microcomputadores e relate isso

em uma resenha. Armazene esse arquivo no AVEA.

3. Acesse os stios http://www.youtube.com/watch?v=nlf93aCTVxU e

http://www.youtube.com/watch?v=I6fu8bUOdC8e analise a relao do

exposto nos filmes com a sua profisso. Registre suas observaes num

arquivo e armazene-o no AVEA.


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Aula 5 Potencial eltrico

Objetivo

Trabalhar os recursos da eletrosttica em experimentos para com-

preender o processo fsico.

5.1 Introduo a medida de energia potencial associada a um ponto qualquer do cam-

po eltrico. A energia potencial est relacionada com o conceito de campoconservativo, e a partcula eletrizada no depende do seu trajeto dentro do

campo eltrico, mas sim do seu ponto inicial e final dentro do campo. A

unidade do potencial eltrico o volt (V) e a sua frmula :

Onde:

V unidade de potencial eltrico;

energia potencial eltrica;

q carga de prova.

5.2 Trabalho no campo eltricoO trabalho a medida de esforo que a partcula executa dentro de um

campo eltrico. Porm, no depende da sua trajetria, mas sim do seu ponto

inicial e final dentro do campo magntico. A frmula para a determinao

do trabalho :

Onde:

trabalho da partcula entre os pontos A e B. A unidade de trabalho

o Joule (J);

q carga de prova;

potencial resultante no ponto A;

potencial resultante no ponto B.

e-Tec BrasilAula 5 Potencial eltrico 27

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(q)

(VA)

(VB)

Figura 5.1: Trabalho no campo eltrico


ResumoPotencial eltrico a capacidade que um corpo energizado tem de realizar

trabalho. a ao de atrair ou repelir outras cargas eltricas. Com relao a

um campo eltrico, a capacidade de realizar trabalho, associada ao campoem si, independentemente do valor da carga qcolocada num ponto desse

campo. Esta capacidade pode ser mensurada pela grandeza potencial eltrico.

Para obter o potencial eltrico de um ponto, coloca-se nele uma carga de pro-

va qe mede-se a energia potencial adquirida por ela. Essa energia potencial

proporcional ao valor de q. Portanto, o quociente entre a energia potencial

e a carga constante. Esse quociente chama-se potencial eltrico do ponto.

Atividades de aprendizagem

1. Entre no stio http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11_04.asp, pes-quise o experimento do gerador eletrosttico e realize-o. Pesquise tam-

bm no stio http://www.feiradeciencias.com.br/sala11/11_T02.asp o

comportamento das copiadoras eletrostticas.

2. Relate as suas concluses no AVEA, atravs de uma resenha sobre o uso

da eletrosttica em mquinas copiadoras. Armazene esse arquivo no

AVEA.

3. Acesse os stios http://www.youtube.com/watch?v=6UKxj7cba68 e

http://www.youtube.com/watch?v=9-BYHIXwIiU&NR=1, analise as situ-aes e interprete os nveis de segurana com eletricidade necessria

sua profisso.


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30/66e-Tec Brasil

Aula 6 Corrente e tenso eltrica

Objetivo

Conhecer os fundamentos da corrente e da tenso eltrica e a

relao com os outros assuntos desta disciplina.

6.1 Corrente eltricaA constituio de um tomo so os prtons, nutrons e eltrons. Estes lti-

mos esto disponveis em rbitas (eletrosfera). Os eltrons das rbitas maisdistantes so chamados eltrons livres, os quais podem facilmente ser

deslocados de suas trajetrias. Os eltrons das rbitas mais prximas so

chamados eltrons presos no podendo ser deslocados de sua trajetria.

O comportamento dos eltrons pode ser observado na Figura 6.1.

Eltron Livre

Eltron Livre

Eltrons Presos

Figura 6.1: Eltrons livres e eltrons presos, na estrutura do tomoFonte: SENAI DR/AM, 2005.

O movimento natural dos eltrons livres de forma desordenada, como

exemplificado na Figura 6.2. Para um condutor de cobre, quando aplicado

uma d.d.p., ou seja, em uma extremidade do condutor com cargas negativas

e o outro com cargas positivas, os eltrons passam a ter um sentido orienta-

do, como mostra a Figura 6.3, o que se denomina Corrente Eltrica.

e-Tec BrasilAula 6 Corrente e Tenso eltrica 29

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Figura 6.2: Eltrons livres no condutor de cobre, sem d.d.p.Fonte: SENAI DR/AM, 2005.

- +

Figura 6.3: Eltrons orientados no condutor de cobre, com d.d.p.Fonte: SENAI DR/AM, 2005.

6.2 Tenso eltricaA definio para Tenso Eltrica : a presso exercida sobre os eltrons para

que exista movimento entre eles.

Para que inicie a circulao de corrente eltrica necessrio que haja umadiferena de potencial (d.d.p.) entre os pontos ligados.

Os eltrons so empurrados do potencial negativo para o potencial posi-

tivo. A tenso tambm chamada de diferena de potencial ou voltagem.

A Figura 6.4 exemplifica uma das formas de se obter energia eltrica: pela

fora dos ventos. A Figura 6.5 mostra a forma como a energia produzida

chega at o consumidor final: atravs de grandes condutores linhas de

transmisso. E a Figura 6.6 exemplifica um dos consumidores mais comuns:

a lmpada, que foi a primeira funo da eletricidade iluminar.


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Figura 6.4: Gerao de energia eltrica na forma elicaFonte: http://jornal.eco.blog.uol.com.br/images/energia_eolica.jpg

Figura 6.5: Transmisso de energia eltricaFonte: http://picasaweb.google.com/lh/photo/A0Obh5xuONFhpmEgq9pIAg

Figura 6.6: Consumidor de energia eltricaFonte: http://greenfever.files.wordpress.com/2008/09/incandescent_light_bulb_on_db.jpg

e-Tec BrasilAula 6 Corrente e Tenso eltrica 31

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ResumoA origem da eletricidade est ligada aos geradores eltricos, que so os dis-

positivos que apresentam falta de eltrons em uma de suas extremidades e

na outra um excesso. Esta falta de eltrons em um polo e o excesso em outro

originam uma diferena de potencial (d.d.p.). Quando um condutor ligado

aos polos do gerador, os eltrons do polo negativo se movimentam ordena-damente para o polo positivo; esse movimento ordenado dos eltrons de-

nominado corrente eltrica. comum haver uma confuso entre a corrente

eltrica e o termo eletricidade.

Atividades de aprendizagemResponda s questes a seguir, registre suas respostas num arquivo e arma-

zene-o no AVEA:

1. Em um condutor metlico, qual a constituio da corrente eltrica?

2. Qual a constituio da eletrosfera?

3. Qual a carga eltrica dos nutrons?

4. Entre no stio http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_T05.asp e

pesquise o fenmeno da gerao de energia. Relate as suas concluses

no AVEA, atravs de uma resenha sobre o uso da eletricidade, sua gera-

o, distribuio e consumo.

5. Acesse o stio http://www.youtube.com/watch?v=CqvQMBW7OzAe re-

flita sobre as reaes do arco voltaico, meio que se realiza, e se isso pode

ocorrer com equipamentos de informtica.


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34/66e-Tec Brasil

Aula 7 Resistncia eltrica

Objetivo

Relacionar os conceitos de Resistncia eltrica com os conceitos de

Tenso e Resistncia Eltrica e a aplicao em eletricidade.

7.1 IntroduoA propriedade bsica dos resistores nos circuitos eltricos sua resistncia

eltrica, que nada mais que o nmero de choques entre portadores epartculas do material por unidade de volume, para um dado estado de

agitao trmica dessas partculas do material. Como a contagem de tais

choques, no mundo microscpico, muito complicada (se no impossvel!),

devemos obter esse resultado, no mundo macroscpico, por outras vias.

Aqui entra o mrito de George Simon Ohm. Ele verificou que, mantendo-

se a temperatura (T) do material constante (para garantir a invariabilidade

do estado de agitao trmica das partculas do material), a resistncia el-

trica (R) imposta pelo material em questo podia ser obtida pelo quocienteentre a d.d.p.aplicada (U) entre seus terminais (equivalente ao desnvel entre

os dois patamares no experimento acima) e a intensidade de corrente (I) que

circula pelo material. Ou,

Desse modo, R uma caracterstica do condutor, dependente:

a) do material de que feito (pois isso afeta o nmero de partculas do ma-terial contidas na unidade de volume),

b) de sua geometria (pois afeta o volume total de percurso) o que, para fios

comuns, se engloba sob a forma:

e-Tec BrasilAula 7 Resistncia eltrica 33

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onde a resistividade do material, L o comprimento do fio e Aa rea

de sua seo transversal,

c) e da sua temperatura (pois afeta o estado de vibrao de suas partculas).

Porm, independe da:

1. particular d.d.p.aplicada

2. intensidade de corrente circulante.

7.2 Resistores e lei de OhmOs resistores so elementos eltricos que convertem energia eltrica em

energia trmica. Os materiais que tm este princpio so o ao, o tungstnioou o carbono (carvo). Por este princpio, os resistores esto aplicados em

situaes nas quais desejamos aquecimento: ferro eltrico, chuveiro eltrico,

secador de cabelo, lmpadas incandescentes, etc.

O princpio de funcionamento do resistor est baseado na dificuldade que a

corrente eltrica encontra em passar pelo resistor. A unidade desta barreira

passagem dos eltrons a resistncia eltrica, representada pelo Ohm ().

O smbolo da resistncia apresentado na Figura 7.1

Smbolo de Resistncia

R

Figura 7.1: Smbolo da Resistncia eltricaFonte: SENAI DR/AM, 2005.

Pela definio do Sistema Internacional SI, 1 a resistncia eltrica per-

corrida pela corrente de 1A (ampre), com uma tenso de 1V (volt) aplicada

em seus terminais. A Figura 7.1 denota o smbolo do resistor ou resistncia

eltrica, pelo SI.


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A lei de Ohm caracteriza a proporcionalidade entre Resistncia, Corrente e

Tenso: a Corrente e a Tenso so diretamente proporcionais, enquanto a

resistncia e a corrente so inversamente proporcionais. Sua frmula :

Onde:

R Resistncia ();

U Tenso (V); pode ser representado por V;

I Corrente (A).

7.3 Associao de resistoresOs resistores podem ser associados entre si de quatro formas diferentes:

srie, paralelo estrela e tringulo. Estas duas ltimas so mais conhecidas

como associaes mistas. O objetivo de associar resistores o de ter uma

resistncia final como resultado, chamada de Resistncia Total ou Resis-

tncia Equivalente .

Na associao em srie de resistores, estes so dispostos linearmente, como

na Figura 7.2, e o valor da a soma algbrica dos valores dos resistores

associados. O objetivo dessa associao obter um valor de resistncia total( ) maior que o possvel com os resistores envolvidos.

+

-

R1,V

1

R4,V

4

Vt

It

R2,V

2

R3,V

3

Figura 7.2: Associao de resistncias em srieFonte: SENAI DR/AM, 2005.


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Na associao em paralelo de resistores, estes so dispostos em paralelo,

como na Figura 7.3. O objetivo dessa associao obter um valor de resis-

tncia total ( ) menor que o possvel com os resistores envolvidos. O valor

da :

+

- V

t R

1 R

2 R

3 R

4

I1It

I2

I3

I4

Figura 7.3: Associao de resistncias em paraleloFonte: SENAI DR/AM, 2005.

As associaes mistas de resistores devem atender a uma ordem de resolu-

o at chegar Resistncia Equivalente de forma a armar o circuito, achan-

do as resistncias equivalentes parciais, para que a ltima forma seja um

circuito em srie ou em paralelo.

O comportamento de tenses (V) e correntes (I) ser visto na prxima aula,

com as leis de Kirchhoff.

+

-h

1

A B C

DEFh

7

h2

h3

h6

h4

h5

Circuito 1 Circuito 2 Circuito 3

Figura 7.4: Associao mista de lmpadas, em representao de smbolosFonte: SENAI DR/AM, 2005.


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ResumoA capacidade de um corpo se opor passagem de corrente eltrica, quan-

do existe uma diferena de potencial (d.d.p.) aplicada, se chama resistncia

eltrica. A Lei de Ohm usada para definir o seu valor e, segundo o Sistema

Internacional de Unidades (SI), medida em ohms.

A diferena de potencial (d.d.p.) entre dois pontos denominada tenso

eltrica. Sua unidade de medida o Volt. considerada a fora responsvel

pela movimentao de eltrons. A lei de Coulomb expressa esta fora de

uma carga eltrica no campo eltrico.

Atividades de aprendizagem1. Encontre o valor da Resistncia Equivalente ( ) nos circuitos a seguir:

Com o valor da , calcule a corrente (i) pela lei de Ohm.

2K

4K

6K

16V

520 490

10V

2. Entre no stio http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_08.asp e

pesquise o fenmeno da gerao de energia. Relate as suas concluses

no AVEA, atravs de uma resenha sobre a termoeletricidade e meios de

obt-la.

3. Acesse o stio do Google imagens (www.images.google.com) e busque

sobre os resistores e se inteire da forma fsica desse componente usado

em larga escala na indstria eletroeletrnica e de informtica. Depois,

procure uma placa de computador j sem uso e identifique esses compo-

nentes. Se for necessrio, solicite ajuda de uma pessoa mais experiente

em assistncias tcnicas ou lojas especializadas. Isto um desafio!


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40/66e-Tec Brasil

Aula 8 - Geradores e receptores eltricos

Objetivo

Conhecer o Efeito Joule, Potncia, Lei de Ohm e Resistncia, apli-

cados em atividades prticas.

8.1 Geradores eltricosOs geradores eltricos so dispositivos capazes de converter uma energia

eltrica em outro tipo de energia, como o movimento (energia mecnica)e o calor (energia trmica). O termo gerador eltrico , na verdade, mal-

empregado. O termo correto seria transformador eltrico, por seu princ-

pio de funcionamento.

Esto classificados em geradores ideais e reais. O gerador ideal tem a funo

de manter constante a d.d.p. fornecida, que representada por E (fora

eletromotriz). Como esse comportamento impossvel (fornecimento de

tenso sem variao), vejamos o gerador real, que apresenta uma resistncia

interna, configurando uma perda no valor de tenso indicado. A Figura8.1 mostra a representao grfica do gerador eltrico. Alguns exemplos de

geradores eltricos so mostrados na Figura 8.2.

E R

r

i

Figura 8.1: Circuito eltrico e representao do gerador eltricoFonte: SENAI DR/AM, 2005.

e-Tec BrasilAula 8 - Geradores e receptores eltricos 39

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A equao do gerador eltrico :

Onde:

Tenso entre os polos do gerador;

Fora eletromotriz;

resistncia interna;

intensidade da corrente.

Figura 8.2: Tipos de geradores eltricos: pilha, baterias e turbina hidreltricaFonte: SENAI DR/AM, 2005.

8.2 Receptores eltricos

Agora que se viu o gerador eltrico, ser visto o usurio deste: o receptoreltrico, que um dispositivo que transforma a energia eltrica em outro

tipo de energia, como a mecnica, a trmica e a qumica.

Os receptores que convertem energia eltrica em energia mecnica so os

motores eltricos (Figura 8.3), muito usados no cotidiano. Os resistores so

conversores de energia eltrica em trmica (por exemplo, lmpadas, chuvei-

ros eltricos e ferros de passar) (Figura 8.4), devido ao efeito Joule. As bate-

rias recarregveis, como as de telefones celulares e computadores portteis,

trabalham com a converso qumica.

Pode-se interpretar um receptor eltrico como um gerador funcionando ao

contrrio: os condutores eltricos possuem certa resistncia interna, como

no gerador eltrico; a queda de potencial ser dada pelo produto (resis-

tncia x corrente).

A queda de potencial entre os terminais do receptor pode ser dividida em

duas partes: uma delas a queda de tenso na Resistncia interna, e a outra


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a Fora eletromotriz (f.c.e.m), indicada por , e que representa uma d.d.p.

til do aparelho. Essa f.c.e.m corresponde energia retirada de cada unidade

de carga eltrica que atravessa o receptor e que usada exclusivamente com

a finalidade especfica: girar o eixo do motor (SAMPAIO; CALADA, 2005).

Figura 8.3: Motor - converte energia eltrica em energia mecnicaFonte: SENAI DR/AM, 2005.

Figura 8.4: Ferro de passar - converte energia eltrica em energia trmicaFonte: SENAI DR/AM, 2005.

8.3 Potncia eltricaA potncia eltrica uma grandeza fsica que mensura o desempenho dos

aparelhos. A sua unidade de medida o Watt e esta foi adotada pelo Segun-do Congresso da Associao Britnica para o Avano da Cincia, em 1889,

em homenagem a James Watt (1736 1819) por sua contribuio em pes-

quisas e realizaes com o motor a vapor. O Watt a relao entre energia

(Joule) e tempo (segundo), portanto sua unidade J/s.

A relao tambm pode ser com unidades eltricas. Dessa forma, a potncia

(P) o produto entre a tenso eltrica (U) e a corrente (i).


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Uma unidade de energia muito usada no campo da eletricidade o quilo-

watt-hora (kWh), que mensura o consumo de energia na unidade de tempo.

Como o quilo (k) representa 1.000 unidades, 1 kWh representa 1.000 Watts

em uma hora. Na Figura 8.5 pode ser observado um modelo de medidor

residencial.

O uso desta unidade pode ser visto nas contas de energia eltrica fornecidas

pela concessionria de energia todos os meses aos consumidores. Procure a

conta da sua residncia e tire suas concluses sobre o consumo.

Figura 8.5: Medidor de kWh digitalFonte: SENAI DR/AM, 2005.

ResumoOgerador eltrico um dispositivo capaz de converter energia eltrica

em outro tipo de energia, como o movimento (energia mecnica) e o calor

(energia trmica).

Oreceptor eltrico um dispositivo que transforma a energia eltrica em

outro tipo de energia, como a mecnica, a trmica e a qumica. Os recep-

tores que convertem energia eltrica em energia mecnica so os motores

eltricos.


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Potncia eltrica uma grandeza fsica que mensura o desempenho dos

aparelhos. A sua unidade de medida o Watt, que a relao entre energia

(Joule) e tempo (segundo).

Atividades de aprendizagem1. Determine o valor da tenso (U) pela lei de Ohm (Figura 8.6) e determine

a potncia. Registre suas respostas num arquivo e armazene-o no AVEA.

+

-

Figura 8.6: Circuito lei de OhmFonte: SENAI DR/AM, 2005.

2. Entre no stio http://www.feiradeciencias.com.br/sala12/12_34.asp, pes-

quise Gerador Eltrico Didtico e realize-o. Relate as suas concluses

no AVEA, atravs do frum de discusso. E armazene esse arquivo noAVEA.


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46/66e-Tec Brasil

Aula 9 Magnetismo

Objetivo

Conhecer a origem do magnetismo e relacionar com o eletromag-

netismo e a aplicao em informtica.

9.1 Introduo o fenmeno de atrao exercido por certos materiais ferrosos sobre outros.

O magnetismo tem sua origem na estrutura atmica da matria, ou seja,como a matria formada de tomos, atravs do fenmeno de ordenao

desses tomos num s sentido que se explica a presena do magnetismo no

material. Os ms so materiais que apresentam a propriedade do magnetis-

mo. As Figuras 9.1 e 9.2 mostram exemplos de ms e ilustram as linhas de

fora a partir dos polos.

Figura 9.1: Representao dos polos do m e campo magnticoFonte: SENAI DR/AM, 2005.

e-Tec BrasilAula 9 Magnetismo 45

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Os ms so compostos por polos que, por conveno, so o polo Norte e o

polo Sul. Os polos so separados pela linha neutra, que no possui proprie-

dades magnticas. Os ms tm a propriedade de atrao e repulso dos po-

los: polos iguais se repelem e polos diferentes se atraem. Outra propriedade

a inseparabilidade dos polos.

Figura 9.2: Campo magntico do m, formado pelas linhas de foraFonte: http://farm3.static.flickr.com/2157/2181293650_7b8bf64d9b_o.jpg

Como o m tem suas propriedades no modelo atmico (propriedades mag-

nticas pela orientao de seus tomos), se ele for dividido, seus polos o

sero tambm, sendo impossvel separ-los.

Existe ainda a permeabilidade magntica, que a propriedade que possuem

certos materiais, tais como o ferro, o nquel e o cobalto, de facilitar a passa-

gem (conduo) das linhas de fora, e que representada simbolicamente

pela letra .

A relutncia magntica a resistncia oferecida por certos materiais passa-

gem do campo magntico.

A induo magntica o fenmeno de imantao de uma substncia atravsde um m ou de um eletrom. Existem basicamente trs tipos de substn-

cias magnticas: as ferromagnticas, as paramagnticas e as diamagnticas.

9.2 Fluxo de induo magntica a quantidade total de linhas de fora de um m. O fluxo de induo mag-

ntica representado graficamente pela letra grega maiscula (l-se fi).


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Note que o fluxo de induo magntica uma grandeza e, como tal, pode

ser medido. As unidades de medida do fluxo de induo magntica so:

Weber Maxwell

(Wb) (Mx)

A unidade Maxwell , s vezes, substituda pela palavra linhas. Para trans-formar a unidade de medida Weber em Maxwell temos a seguinte relao:

1 Mx = 10-8Wb

A densidade de um campo magntico o nmero de linhas de fora por

cm2 de seo. A densidade de um campo magntico tambm chamada de

densidade de fluxo ou induo magntica (Figura 9.3). Ela representada

graficamente pela letra maiscula B.

As unidades de medida da densidade de um campo magntico so:

Tesla Gauss

(T) (G)

Para transformar a unidade de medida Gauss em Tesla temos a seguinte

relao:

G = 10-4 T

A equao do fluxo de induo magntica o produto da densidade do flu-

xo B pela seo transversal A. Assim, matematicamente, temos:

= B . A

Onde:

o fluxo de induo magntica;

B a densidade de fluxo magntico em gauss;

A a seo transversal em cm2.


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Figura 9.3: Representao do fluxo de induo magnticaFonte: SENAI DR/AM, 2005.

Exemplo:

Calcular o fluxo de induo magntica onde a densidade de fluxo 6.000

Gauss, concentrada em uma seo de 6 cm2.

Aplicando a frmula, temos:

= B . A = 6000 . 6 = 36 000Mx

ResumoMagnetismo o fenmeno de atrao exercido por certos materiais ferro-

sos sobre outros. Sua origem est na estrutura atmica da matria, atravs

do fenmeno de ordenao desses tomos num s sentido, o que explica a

presena do magnetismo no material.

Atividades de aprendizagem1. Esboce um m em forma de barra. Defina os seus polos norte e sul. Defi-

na tambm as linhas de fora e a formao do campo magntico. Defina

o sentido das linhas de fora. Calcule o fluxo de induo magntica onde

a densidade de fluxo 3.500 Gauss, concentrada em uma seo de 4 cm2.

Registre sua resposta num arquivo e armazene-o no AVEA.


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2. Entre no stio http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/13_magn_02.

asp, pesquise os experimentos e realize-os. Relate as suas concluses no

AVEA, atravs do frum de discusso. E Armazene esse arquivo no AVEA.

3. Acesse os stios http://www.youtube.com/watch?v=E0fWYJKGoLs,

http://www.youtube.com/watch?v=5tb3YZynqY8&feature=related,http://www.youtube.com/watch?v=fAB5H9QIw_M&NR=1&feature=fv

wpe conhea os fenmenos magnticos. Reflita sobre eles e a relao

com a informtica. Registre suas observaes num arquivo e armazene-o

no AVEA.


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52/66e-Tec Brasil

Aula 10 - Eletromagnetismo

Objetivo

Utilizar os princpios relacionados com o magnetismo e a eletrici-

dade e sua aplicao na rea da informtica.

10.1 Campo magnticoQuando uma corrente eltrica atravessa um fio condutor, cria em torno dele

um campo magntico. Este efeito foi verificado pela primeira vez por HansChristian Orsted, em abril de 1820. Ele observou que a agulha de uma bs-

sola saa de sua posio de equilbrio quando havia prximo a ela um fio

condutor pelo qual passava uma corrente eltrica.

O magnetismo originado pela corrente eltrica est presente em qualquer

ponto de um circuito que por ela passa. Isso significa que nunca haver uma

corrente eltrica sem a presena de magnetismo.

As linhas de fora magntica situam-se em torno do condutor num plano a90 em relao ao seu comprimento, ou ao caminho percorrido pela corren-

te eltrica.

O Fluxo magntico em condutores paralelos tem comportamentos diferen-

tes, dependendo do sentido de orientao da corrente eltrica.

10.1.1 Correntes no mesmo sentidoQuando os condutores esto em paralelo e estes tm a corrente eltrica

circulando em um mesmo sentido, observado que as linhas de fora mag-nticas formam um nico campoem torno dos dois condutores. A Figura

10.1 ilustra esta situao.

e-Tec BrasilAula 10 Eletromagnetismo 51

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Figura 10.1: Comportamento dos campos de fora e correntes em condutores nomesmo sentido


10.1.2 Correntes em sentido contrrioQuando as correntes que circulam por condutores paralelos tm sentidos

opostos, os condutores se repelem pela ao oposta das linhas de fora.

Nesta situao, os campos magnticos se repelem, ocorrendo assim a repul-

so entre os condutores como nos ms. A Figura 10.2 ilustra esta situao.

Figura 10.2: Comportamento dos campos de fora e correntes em condutores emsentido contrrio



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10.2 O solenoideO solenoide trabalha com o fenmeno da formao de um nico campo

magntico. Cada espira contribui com uma parcela para a composio do

campo magntico; assim, as linhas de fora atuaro no solenoide da mesma

maneira que agem nos ms. As linhas de fora passam por dentro do sole-

noide e retornampor fora, formando um nico campo magntico. A Figura10.3 ilustra a atuao das linhas de fora no solenoide.

Figura 10.3: Representao do campo de fora no solenoideFonte: SENAI DR/AM, 2005.

10.3 A bobinaA bobina constitui-se de um fio condutor enrolado de tal modo que forma

pelo menos uma espira. Se por ela passar uma corrente eltrica, gera-se um

campo magntico no sentido perpendicular ao plano da bobina. Esse arranjo

em forma de espira faz com que apaream na bobina polaridades norte e

sul definidas. O resultado final que a bobina possui polos norte e sul, tal

como um m natural.

Figura 10.4: Detalhe interno da bobina espirasFonte: SENAI DR/AM, 2005.


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10.4 Os polos no eletromPara determinar os polos Norte e Sul, pelo sentido da corrente eltrica em

um solenoide ou em uma bobina, aplica-se a regra da mo direita, em que

o polegar indica o sentido do campo magntico e o resto dos dedos aponta

para o sentido da corrente eltrica na bobina, como na Figura 10.5.

Figura 10.5: Regra da mo direitaFonte: SENAI DR/AM, 2005.

10.5 A fora de atrao magntica uma das propriedades comuns aos ms naturais e aos eletroms. A fora

de atrao magntica proporcional ao produto dos fatores: corrente eltri-ca e nmero de espiras.

Esse produto representado pela equao abaixo:

Onde:

a fora de atrao eletromagntica;

a corrente da bobina;

o nmero de espiras das bobinas ou bobina.


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10.6 O ncleo e a fora de atraoQuando no interior do solenoide ou de uma bobina s existe ar, diz-se que

ele tem ncleo de ar e a relutncia do campo magntico alta. Ao contrrio,

se houver um ncleo de outro material, de menor relutncia que o ar, o seu

campo sofre variaes. Na Figura 10.6, um circuito com solenoide ncleo de

ar e aberto pelo interruptor.

Figura 10.6: Representao grfica do comportamento do ncleo do solenoide,circuito aberto


Com o circuito fechado, verifica-se o desvio da agulha da bssola, como

pode ser visto na Figura 10.7.

Figura 10.7: Representao grfica do comportamento do ncleo do solenoide,circuito fechado


Agora, introduzindo no solenoide um ncleo de ferro, a agulha da bssola

sofre um desvio maior com o ncleo de ferro, como na Figura 10.8.

Com o ncleo de ferro no solenoide, a fora de atrao do eletrom au-

mentou. Como informado, existem materiais que conduzem bem as linhas de

fora magntica. E essa condutividade chamada permeabilidade magntica.


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Figura 10.8: Representao grfica do comportamento do ncleo de ferro do sole-noide, circuito fechado.


Ento a fora de atrao do eletrom diretamente proporcional:

a) intensidade da corrente;

b) ao nmeros de espiras;

c) e permeabilidade magntica do material.

Os materiais magnticos possuem diferentes coeficientes de permeabilida-

de. Pela ordem, os materiais com maior permeabilidade so:

Quadro 3.1: Partcula e respectiva carga eltrica.Classificao de permeabilidade - materiais Constituio do material

1 Chapa Siliciosa chapa de ao com uma porcentagem de silcio

2 Ao Doce ao com baixo teor de carbono

3 Ao Fundido ao com alto teor de carbono


A Permeabilidade Magntica matematicamente a relao entre: o flu-

xo produzido por um solenoide com ncleo de ar e o fluxo produzido por

esse mesmo solenoide com um ncleo de material magntico. Portanto, o nmero de vezes que o fluxo de um solenoide com ncleo de ar aumen-

tado quando o ncleo de ar for substituido por outro material magntico.

Logo, a equao :


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10.7 Seo transversal do ncleo e a forade atrao

Veja, a seguir, dois eletroms com:

a) mesmo nmero de espiras nas bobinas;

b) mesma corrente passando pelas bobinas;

c) mesmo material nos ncleos;

d) mesmo comprimento dos ncleos;

e) diferente seo transversal dos ncleos.

Figura 10.9: Comparativo entre dois eletroms e as foras de atraoFonte: SENAI DR/AM, 2005.

Na Figura 10.9, o eletrom A, com um ncleo de 5 cm de seo transver-

sal, sustenta 5 kg no mximo. O eletrom B tem a seo do ncleo 5 vezes

maior que a seo do eletrom A. O eletrom B tem 5 vezes mais forade atrao que o eletrom A. Quanto maior a seo transversal do ncleo

maior a fora de atrao do eletrom.

O processo mais utilizado para a obteno de energia eltrica a converso

de energia mecnica em energia eltrica. Este processo s possvel atravs

do eletromagnetismo. Para se entender melhor o processo de gerao de


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energia eltrica atravs do magnetismo ou do eletromagnetismo, torna-se

necessrio conhecer duas leis bsicas que regem estes fenmenos, que so:

a) Lei de Lenz

b) Lei de Faraday

Figura 10.10: Representao grfica da gerao de energia por magnetismo e ele-tromagnetismo


10.7.1 Lei de Lenz

O campo magntico do m origina um fluxo magntico induzido que seope variao do fluxo magntico do indutor. Com isso, trabalhando com

o processo de atrao e repulso dos campos magnticos, o sentido da cor-

rente induzida tal que, por seus efeitos, ope-se causa que a originou.

Figura 10.11: Aplicao da Lei de Lenz RepulsoFonte: SENAI DR/AM, 2005.


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Observe na Figura 10.11 que quando se aproxima o m da bobina, imedia-

tamente surge nesta uma corrente induzida que produz um campo magn-

tico contrrio ao que o originou. Este o efeito magntico para produo

de corrente eltrica.

Figura 10.12: Aplicao da Lei de Lenz AtraoFonte: SENAI DR/AM, 2005.

Observe na Figura 10.12 que quando se afasta o m da bobina, nota-se que

imediatamente surge nesta uma corrente induzida que produz um campo

magntico contrrio ao que o originou. Em ambos os casos necessrio que

haja variao no movimento do m, ou melhor, variao do fluxo magn-

tico.

O mesmo vlido para o efeito eletromagntico (usando um eletrom) dacorrente eltrica como mostra a Figura 10.13.

Figura 10.13: Comportamento dos eletroms na Lei de LenzFonte: SENAI DR/AM, 2005.

10.7.2 Lei de FaradayA fora eletromotriz induzida mdia (f.e.m.) em um circuito eltrico igual

ao quociente da variao do fluxo magntico pelo intervalo de tempo em

que ocorre esta variao, com o sinal trocado. O sinal trocado devido ao

enunciado da lei de Lenz.


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10.8 Alguns princpios importantes noeletromagnetismo

10.8.1 Corrente de FoucaultJean Bernard Lon Foucault (1819-1868) observou que existem correntes

provocadas por um fluxo magntico varivel em uma barra macia de metal,

por exemplo, por um ncleo de transformador no laminado. O princpio defuncionamento est baseado em uma barra macia em que sua resistncia,

dependendo do material e do seu volume, muito baixa, causando assim

correntes altssimas no material e, consequentemente, aquecimento nele.

Observe na Figura 10.14.

Figura 10.14: Comportamento da Corrente de Foucault na barra macia de metalFonte: SENAI DR/AM, 2005.

10.8.2 Histerese magnticaDo grego Hysteros, que significa depois de, atrs de. quando uma substn-

cia ferromagntica mantida em contato com um elemento magntico, de-

pois separado, e ainda permanece imantada, mesmo retirando-se a causa

de sua imantao. Este fenmeno tambm conhecemos como remanncia

magntica.

10.8.3 AutoindutnciaO fluxo magntico de um circuito pode estar relacionando com a corrente

neste circuito e com as correntes em outros circuitos que esto nas vizi-nhanas. Observa-se que este fluxo magntico em uma bobina depende

diretamente das condies construtivas e do meio onde ela se encontra e da

corrente eltrica que por ela circular.

O coeficiente da equao depende das condies desta bobina e de-

nominado indutncia.


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A unidade de medida da indutncia no Sistema Internacional (SI) o Henry ( )

que tambm pode ser representado das seguintes formas:

ResumoEletromagnetismo o fenmeno do magnetismo apresentado pelo con-

dutor quando este percorrido por uma corrente eltrica. Como a origem

do magnetismo est na ordenao dos tomos em um sentido, a corrente

desempenha este papel, ordenando a estrutura do material, com o sentido

da corrente. Este processo percebido em todos os circuitos eltricos. Por-

tanto, sempre haver magnetismo onde houver corrente eltrica.

Atividades de aprendizagem1. Defina os termos Diamagnticos, Paramagnticos e Ferromagnticos. Re-

gistre suas respostas num arquivo e armazene-o no AVEA.

2. Entre no stio http://blog.imatec.ind.br/2008/11/21/permeabilidade/ e

pesquise os materiais quanto permeabilidade magntica. Acesse o s-

tio http://www.feiradeciencias.com.br/sala13/13_magn_09.aspe realize

o experimento de confeco do eletrom. Relate as suas concluses no

AVEA, atravs de resenha sobre o eletrom no frum de discusso. Ar-

mazene esse arquivo.

3. Realize um relatrio com todas as suas concluses, relacione com a sua

profisso de tcnico em manuteno e suporte em informtica e poste

no AVEA.

4. Acesse os stios e se inteire dos fenmenos eletromagnticos:

http://www.youtube.com/watch?v=DJBu0WGPw4U

http://www.youtube.com/watch?v=x-XfBcYdThY

http://www.youtube.com/watch?v=vja-QzI5Ebg&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=2ugHUPdEfTI&feature=relatedReflita sobre estes fenmenos e os relacione com a sua profisso. Depois,

registre suas observaes num arquivo e armazene-o no AVEA.


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Referncias

DAL MOLIN, Beatriz; CATAPAN, Araci; MALLMANN, Elena; HERMENEGILDO, Jorge;MACHADO, Mrcia; NASSAR, Silvia. Mapa referencial para construo de materialdidtico para o Programa E-TEC BRASIL. 2. ed. Florianpolis-SC, 2008.

SENAI DR/AM. Material didtico de eletricidade bsica. Manaus, 2005.Sampaio, Jos Luiz; Calada, Caio Srgio. Fsica.So Paulo: Atual, 2005.

UFRGS. Histria da Fsica. Disponvel em: < http://www.fisica.net>. Acesso em: 9 nov.2009.

UFRGS. Fora eletrosttica. Disponvel em:. Acesso em: 9 nov.2009.

Eletrosttica. Disponvel em: . Acesso em: 11 nov.2009.

Eletricidade esttica. Disponvel em:< http://www.brazilianvoice.com>. Acesso em: 11

nov. 2009.Potencial Eltrico. Disponvel em:. Acesso em: 13 nov. 2009.

Stock.schng. Disponvel em: . Acesso em: 6 nov.2009.

Permeabilidade Magntica. Disponvel em: . Acesso em:15 nov. 2009.

Medidas eltricas. Disponvel em: Acesso em: 10 nov.2009.

Netto, Luiz Ferraz. Experimentos de Fsica e definies. Disponvel em: Acesso em 1 nov. 2009.


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Currculo do professor-autor

Mauro Frank Oguino Colho professor de Fsica formado pela Universidade

Federal do Amazonas em 2002, com atuao em escolas pblicas do estado,

nas disciplinas Fsica e Matemtica do ensino mdio. Sua formao tcnica

lhe credencia a ministrar cursos de eletricidade, eletrnica, TV, udio e Vdeona Aprendizagem Industrial e Cursos Tcnicos do SENAI-AM. Ps-graduado

em Tecnologias do Gs pela Universidade Estadual do Amazonas, acredita na

Educao a Distncia, pois j realizou vrios cursos nesta modalidade, inclu-

sive uma graduao em Licenciatura para o Ensino Tcnico pela UNISUL de

Santa Catarina.

e-Tec Brasil63

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