22824578 Microsoft Word Apostila Eletricidade Basica P G

CEFET-BA Unidade Simes Filho/Eletricidade Bsica e Eletrotcnica/ Professor Fbio Pena 1

UNIDADE DE ENSINO SIMES FILHO Curso: P&G

Disciplina: Eletrotcnica Prof. Fabio Pena

Textos Exerccios Problemas

Atividades Experimentais


CENTRO FEDERAL DE EDUCAO TECNOLGICA DA BAHIA Unidade de Ensino Simes Filho Curso: Eletromecnica Disciplinas: Eletricidade Bsica Professor Fbio Pena

PLANO DE CURSO

EMENTA: O objetivo da disciplina Eletricidade Bsica aapresenrar as grandezas eltricas fundamentais, decodificar termos tcnicos e unidades de medida, estudar o funcionamento de circuitos eltricos simples de corrente contnua, e os de corrente alternada, bem como fenmenos eletromagnticos fundamentais.

1. CONTEDO PROGRAMTICO:

1.1 Grandezas Eltricas Fundamentais DDP (campo eltrico, potencial eltrico); Intensidade de Corrente Eltrica (corrente contnua, corrente alternada); Resistncia Eltrica (condutores, isolantes, semicondutores e supercondutores); Potncia Eltrica; Instrumentos de medidas eltricas (voltmetro, ampermetro e multmetro). 1.2 Circuitos eltricos simples de Corrente Contnua (CC) e de Corrente Alternada (CA) Circuitos simples; 1 e 2 Leis de Ohm; Associao de resistores, aplicaes. 1.3 Magnetismo e Eletromagnetismo ms e materiais; Efeito magntico da corrente eltrica; aplicaes. 1.4 Induo Eletromagntica Lei de Faraday-Lenz; aplicaes. 1.5 Radiao Eletromagntica Propriedades e aplicaes.

2. BASES CIENTFICAS e TECNOLGICAS Fsica Aplicada e Matemtica aplicada.

3. RECURSOS / MATERIAIS DIDTICOS / AMBIENTES Demonstraes experimentais de baixo-custo, textos de divulgao cientfica, textos tcnicos, experimentos, notcias cientficas, datashow, retroprojetor e laboratrio...

4. METODOLOGIA / ESTRATGIA Aula expositiva (dialgica), questes instigantes, quadrinhos, discusso de textos tcnicos e de divulgao cientfica, experimentao e resoluo de problemas.


5. AVALIAO DE ENSINO E APRENDIZAGEM / INSTRUMENTOS DE AVALIAO Relatrios simplificados de atividade experimental (3,0 pontos) e duas provas individuais (7,0) pontos.

6. COMPETNCIAS Compreender e decodificar termos tcnicos, cdigos e smbolos eltricos; Interpretar e utilizar tabelas, grficos e relaes matemticas que envolvam fenmenos eletromagnticos; detectar problemas em sistemas eletromagnticos e manipular com cuidado e segurana equipamentos, aparelhos e instrumentos eltricos.

7. HABILIDADES Conhecer e distinguir os termos tcnicos, cdigos e smbolos eltricos usados em ligaes e esquemas eltricos.

8. BIBLIOGRAFIA / REFERNCIA - VALKENBURGH, V. Eletricidade Bsica. Rio de Janeiro, Editora Ao Livro Tcnico, 1982. - ARNOLD, R. Fundamentos de Eletrotcnica. So Paulo, Editora Pedaggica e Universitria Ltda, 1975. - ANZENHOFER, K.; HEIM, T.; SCHULTHEISS, A.; WEBER, W. Eletrotcnica para escolas profissionais. So Paulo, Editora Mestre Jou, 3 edio, 1980. - AIUB, J. E.; FILONI, E. Eletrnica: eletricidade, corrente contnua. So Paulo, Editora rica, 10 edio, 2003.


Como formada a matria.

O sucesso obtido pelos cientistas quando usaram a teoria atmica para explicar diversas experincias levou-os a adotar a idia de que toda matria, qualquer que seja ela, constituda de tomos, partculas muito pequenas, menores do que qualquer coisa que se possa imaginar. Apesar de serem muitssimo pequeno, os tomos so formados por partculas menores, os prtons, os nutrons e os eltrons. Atualmente, constatou-se a existncia de partculas ainda menores, como os quarks.

Os prtons so partculas com carga eltrica positiva, pois carregam o tipo de eletricidade do vidro. Do resultado de algumas experincias feitas para conhecer a localizao dos prtons nos tomos, os cientistas concluram que eles esto bem juntos, numa regio central do tomo, chamada ncleo atmico. Tambm no ncleo esto os nutrons, que so as partculas que no tm carga eltrica, nem positiva, nem negativa.

Os eltrons so partculas com carga eltrica negativa e esto distribudos fora do ncleo central. As cargas dos prtons e dos eltrons tm o mesmo valor. Isto , eles carregam a mesma quantidade de eletricidade, s que a dos prtons positiva e a dos eltrons negativa. Como o nmero de prtons de um tomo igual ao de eltrons, em geral, o tomo neutro.

Os prtons so todos iguais entre si, e os eltrons tambm. Os tomos so diferentes uns dos outros pelo nmero de prtons e de eltrons que eles tm.

Algumas vezes, os eltrons que esto na parte mais distante do ncleo escapam e ficam passeando entre os tomos vizinhos. Esses eltrons so chamados de eltrons livres, e so eles que formam a corrente eltrica que nos to til em casa para fazer funcionar nossos aparelhos eletrodomsticos.

Alguns materiais, como os metais, tm muitos eltrons livres. Isso facilita a formao da corrente eltrica. Por isso, eles so chamados de bons condutores de corrente. Outros materiais tm poucos eltrons livres e so chamados de maus condutores ou isolantes de corrente eltrica. (Cincia Hoje na Escola, volume 5).

D para enxergar um tomo?

Sim, mas no com os olhos, e sim com uma engenhoca muito especial, o microscpio de fora atmica. Inventado em 1989, esse aparelho funciona da seguinte forma: uma espcie de agulha passa a uma pequena distncia da superfcie onde esto os tomos, mas sem toc-los. A agulha funciona como o plo positivo de uma pilha e a superfcie como o plo negativo. Conforme ela vai se deslocando um eletronzinho de cada tomo salta da superfcie para a ponta da agulha. Um computador anota esses dados e faz um tipo de mapa. Cada calombo que aparece no mapeamento um tomo.

Existe tambm uma outra tecnologia, um pouco mais antiga, que faz um servio semelhante, embora menos preciso: a varredura tunelante. Trata-se de uma agulha microscopia e supersensvel que vai passando sobre uma superfcie analisada. S que neste caso, ela encosta como se fosse uma agulha de toca-discos em cima de um LP. A agulha est presa a um brao flexvel e sobe e desce medida que percorre a superfcie de um tomo. O computador gera um mapa parecido com o do microscpio de fora atmica. Esses dois microscpios tm preciso de meio angstrn, que o tamanho de um tomo de hidrognio, o menor que existe. (Super, 09/1997).


Xampu e condicionador: limpeza e beleza nos cabelos!

Cabelo sujo assim: tem gordura, poeira e at clulas mortas - eca! Grudadas nos fios. Mas se a gua capaz de levar embora sujeira, no faz o mesmo com substncias oleosas que estejam na cabeleira. Ainda bem que elas, no entanto, no so preo para o xampu! Afinal, na frmula desse produto h substncias detergentes! Como elas atuam, voc j sabe: fazendo com que gordura misture-se gua. E o condicionador? Qual ser o segredo desse produto para deixar o cabelo fcil de pentear?

Acredite se puder, mas a resposta tem a ver com eletricidade! O nosso cabelo formado por partculas minsculas que tem carga eltrica. H as positivas e as negativas. Diz a Fsica que partculas com cargas iguais se afastam e com cargas diferentes se atraem. Mas, no cabelo, as partculas carregadas eletricamente esto em equilbrio. Ento, nada disso ocorre. Ao menos at o xampu entrar em cena!

Os detergentes desse produto tm carga eltrica negativa. Assim, aps a lavagem, o cabelo apresenta excesso de cargas desse tipo. Como cargas eltricas iguais tendem a se afastar, os fios ficam rebeldes. O condicionador muda essa situao, porque certas substncias da sua frmula tm carga positiva. Por essa razo, o produto restabelece o equilbrio eltrico do cabelo, explica Elisabete dos Santos. Assim, torna-o macio e fcil de pentear! (Mara Figueira, Cincia Hoje/RJ).

Campo Eltrico

Voc sabe que as coisas caem no por que o cho seja o lugar delas, mas porque so atradas pela Terra. Ento podemos dizer que, em torno da Terra, existe um campo em que as coisas, a colocadas, so atradas por ela. Dizemos que, nesse espao, existe um campo gravitacional.

Um im atrai objetos ferrosos por uma fora tambm invisvel que atua a distncia. Dizemos que o im produziu um campo em que os objetos ferrosos a colocados so atrados por ele. Esse campo chamado campo magntico.

Em torno de um basto de vidro que foi eletrizado pelo atrito com a l, existe um espao em que os pedacinhos de palha so atrados, por uma fora invisvel, para o basto. S que agora este no um campo gravitacional e nem magntico, mas um campo eltrico.

Caractersticas qualitativas do campo eltrico criado por uma carga puntiforme em repouso

Uma carga eltrica possui sempre em torno de si um campo eltrico. Essa uma propriedade da carga. Ela sempre traz consigo seu campo, sendo impossvel separ-los.

Pode-se pensar no campo eltrico como sendo uma parte real, mas no material de uma partcula carregada que a envolve, preenchendo todo o espao que a circunda. Podemos entender O conceito de campo eltrico como sendo uma aura que envolve a carga eltrica.

No existe carga eltrica sem campo. O campo eltrico de uma carga eterno. Cada carga possui seu campo eltrico, a relao entre uma carga e seu campo no

modificada com a presena de outra carga (princpio da superposio). O campo eltrico uma grandeza vetorial, portanto, deve ser caracterizado por

intensidade, direo e sentido.


A intensidade do campo eltrico de uma carga puntiforme1 em repouso varia com o inverso do quadrado da distncia.

O campo eltrico representado pelas chamadas linhas de campo ou de fora. A direo do campo eltrico radial. Num determinado ponto o campo tem a direo da

reta que une este ponto a carga. A intensidade e a direo do campo eltrico so as mesmas para cargas positivas e

cargas negativas. Entretanto, o sentido do campo eltrico depende do tipo de carga considerada: para uma carga positiva diverge da carga, e para uma negativa converge para ela2.

Quando uma carga eltrica q colocada no campo eltrico criado por uma carga Q, o campo eltrico criado por Q atua sobre q exercendo nela uma fora F. Do mesmo jeito que o campo criado pela carga q atua sobre Q exercendo sobre ela uma fora F (o princpio de ao e reao - 3a lei de Newton). Segundo este princpio F e F (ao e reao) tm mesma intensidade, mesma direo, porm sentidos contrrios, alm de estarem aplicadas a corpos diferentes.

O sentido da fora eltrica sobre a carga q ser o mesmo do campo eltrico se esta carga for positiva. Se a carga q for negativa, o sentido da fora eltrica sobre ela ser oposto ao sentido do campo eltrico.

Portanto, as interaes entre cargas eltricas (atrao e repulso) so devidas ao campo eltrico.

A Lei de Coulomb

O campo eltrico de uma carga est associado a sua capacidade de poder criar foras eltricas sobre outras cargas eltricas. Essa capacidade est presente em torno de uma carga, independente de existirem ou no outras cargas em trono dela capazes de sentir esse campo. O campo eltrico E em um ponto P, criado por uma carga Q puntiforme em repouso, tem as seguintes caractersticas: - a direo dada pela reta que une o ponto P e a carga Q. - o sentido de E aponta para P se Q positiva; e no sentido oposto se Q negativa. - o mdulo de E dado pela expresso:

Ek Qd=.

2

onde K uma constante que no SI vale aproximadamente: 9. 109 N. m2/ C2. A intensidade da fora eltrica entre duas cargas Q e q dada pela expresso que representa a Lei de Coulomb:

Fk Q q

d=. .

2

Onde d a distncia entre as cargas. Quando uma carga eltrica q est imersa num campo eltrico E, o valor da fora eltrica que age sobre ela dada por:

F = q.E

No SI de Unidades, a fora medida em Newton (N), a carga eltrica em Coulomb C e o campo eltrico em N/C.

1 Uma carga denominada puntiforme quando o objeto em que est localizada possui dimenses muito pequenas em relao a distncia que o separa de outros objetos. 2 O sentido convergente ou divergente para o campo eltrico das cargas positivas e negativas mera conveno.


Contnua ou Alternada

As pilhas e as baterias geram campos eltricos que no variam com o tempo, o que produz uma corrente eltrica contnua. J o gerador das usinas gera campo eltrico que se altera e, por isso, a corrente varivel. Como essa variao se repete ao longo do tempo, tanto o campo eltrico gerado pela usina como a corrente eltrica no circuito recebem a denominao de alternado (a). Em nossa residncia, a repetio ocorre 60 vezes por segundo. Por isso que aparece nas chapinhas dos aparelhos o valor de 60 Hz. A corrente eltrica nos aparelhos ligados tomada ou diretamente rede eltrica do tipo alternada, ou seja, variam com o tempo. Assim os valores indicados nesses aparelhos pelo fabricante, no indicam o valor real mas aquele que os aparelhos necessitariam caso funcionassem com uma fonte que produz corrente contnua. Para se ter uma idia, se um chuveiro a corrente 20 A, esse valor se refere corrente se a fonte produzisse corrente contnua. Na rede eltrica, entretanto, seu valor varia de + 28 at -28, sendo que os sinais + e indicam sua alterao no sentido (GREF).

Grandezas Eltricas (Eletrodinmica)

1) Escolha 3 aparelhos resistivos, 3 aparelhos motores e 3 aparelhos de comunicao e preencha a tabela como as seguintes informaes:

Categoria Aparelho P V I F

Resistivos

Motores

Comunuc.

2) A partir dos dados, responda as seguintes questes: a) Que categoria de aparelhos costuma apresentar maior potncia? b) Qual categoria de aparelhos costuma apresentar menor potncia? c) Como se d a transmisso e a recepo de informaes dos aparelhos sem fio?

3) Que informaes esto sendo fornecidas em cada um dos itens abaixo: a) 127/220VCA b) 3VCC c) 123 W d) 50/60Hz e) 2 mA f)100-250V g) 400VA h) 10 DCV i) 220 V~ j) 380 ACV k) INPUT:100 240 VAC ~ 100mA 50 -60Hz OUTPUT: 4,9 VDC 450mA


4) Numa conta de energia eltrica encontramos o seguinte valor 234 KWh. Ele se refere a: a)Potncia b)tenso c)energia d) corrente e)freqncia

Saiba mais!

Por que h regies onde a tenso de 110 volts e outras de 220 volts?

No existem apenas esses dois valores. No Brasil, a tenso da rede eltrica pblica pode ser de 115, 120, 127 ou 220 volts, explica o engenheiro Mrcio Antnio Sens, da Universidade Federal Fluminense, em Niteri, Estado do Rio de Janeiro. A escolha decorre dos equipamentos eltricos que comearam a desembarcar no pas a partir de 1879. Os de origem europia tinham tenso entre 220 e 240 volts. J os americanos variavam entre 108 e 127 volts. No fundo, os sistemas so parecidos e o consumo de energia idntico. Mas o de 220 volts tem uma vantagem: a instalao mais barata, j que podem ser usados fios de cobre menos espessos. Por isso, as regies que tm rede eltrica mais recente adotaram essa opo. A tendncia do futuro, no entanto, que s existam duas voltagens. A tenso acabar sendo padronizado em 127 e 220 volts, por imposio do mercado, prev Sens. No sem tempo (Super, 08/1999).


Condutores ou Isolantes?

(...) Algumas vezes, os eltrons que esto na parte mais distante do ncleo escapam e ficam passeando entre os tomos vizinhos. Esses eltrons so chamados de eltrons livres, e so eles que formam a corrente eltrica que nos to til em casa para fazer funcionar nossos aparelhos eletrodomsticos.

Alguns materiais, como os metais, tm muitos eltrons livres. Isso facilita a formao da corrente eltrica. Por isso, eles so chamados de bons condutores de corrente. Outros materiais tm poucos eltrons livres e so chamados de maus condutores ou isolantes de corrente eltrica. (Trecho Extrado da Revista Cincia Hoje na Escola, volume 5).

Questes e problemas

I. Do que so formados os tomos? II. Do que constitudo e como est organizado o metal? III. Por que alguns eltrons recebem a denominao de eltrons livres? IV. Que alteraes ocorrem internamente num fio com corrente eltrica? V. O que se entende por movimento trmico aplicado aos componentes de um fio metlico?

Por que levamos choques ao encostar em maanetas?

Isso acontece quando o corpo humano est to eletrizado que acaba descarregando a energia acumulada (conhecida como energia esttica) no primeiro objeto condutor que aparece pela frente. A corrente formada pelo batalho de eltrons que passa do corpo para a maaneta transita numa velocidade to grande que d para sentir esse movimento. essa sensao que chamamos de choque.

Ficamos carregados quando usamos calados com sola de borracha, blusas de l ou tecidos sintticos. Esses materiais, em movimento, acumulam carga, afirma o fsico Cludio Furukawa, da USP. E objetos de metal, como maanetas ou portas de carro, so o destino preferido das cargas extras, atradas pelos eltrons livres na estrutura.

Apesar de no terem poca certa para ocorrer, esses choques tm uma quedinha pelas estaes mais secas. Normalmente, a umidade do ar serve para descarregarmos a carga acumulada, diz o fsico Andr Luiz Belm, da Unesp. Mas nem todo vaivm de eltrons chocante: O organismo s sente correntes eltricas com intensidade a partir de 1 miliampre. Em todo caso, a corrente nesse tipo de choque pequena e tem pouca durao, por isso no tem efeito prejudicial sade, afirma Cludio (Super, 06/2004).

seguro abrigar-se em carros durante tempestades com raio? Como fugir de raios em campo aberto?

O carro um abrigo seguro, diz o fsico Adilson Gandu, da Universidade de So Paulo. Quando o raio atinge o carro as cargas eltricas se espalham pela superfcie metlica externa sem atingir quem est dentro. Se o pneu estiver molhado pela chuva, as cargas passam por ele e descarregam no solo. Mesmo com pneu seco, elas se transformam em fagulhas e se espalham pelo cho. Quem for pego por uma tempestade em local aberto, deve ficar agachado. Em p, funcionar como pra-raios.

Os ps tm que ficar bem unidos. Quando um raio atinge o solo, se espalha de forma concntrica. medida que se afasta do centro, seu potencial eltrico diminui. Se algum


estiver com as pernas afastadas, o potencial em um dos ps ser maior que em outro. A diferena permite a passagem de corrente eltrica pelo corpo, ou seja, o choque. (Super, 03/1995).

Questes e Problemas

1) Como que se define a diferena de potencial (ddp) entre dois pontos de um campo eltrico? Qual a unidade de medida?

2) Verdadeiro ou falso? Para um condutor em equilbrio eltrico: a) O campo eltrico constante no interior. b) O potencial eltrico constante no interior. c) A densidade de carga constante na superfcie.

3) Complete as frases abaixo com as palavras: eltrons, campo eltrico, fora eltrica, corrente e plos.

Quando ligamos as extremidades de um fio metlico aos _______________________ de uma pilha, estabelecemos um _____________________ no fio. Como no fio condutor existe um grande nmero de ______________________ livres, eles ficaro sob a ao de uma _______________________ devida ao campo e, sendo livres, entraro imediatamente em movimento. A este movimento de eltrons no condutor damos o nome de _______________ eltrica. 4) A ddp entre dois pontos depende do caminho percorrido pela carga de um ponto ao outro? Depende do valor absoluto da carga que se desloca?

5) Por que os pssaros que pousam no fio de alta tenso no so eletrocutados?

6) Qual a diferena de potencial entre dois pontos de um campo eltrico, se o trabalho realizado contra a fora eltrica, para mover uma carga de 2x10-5 C de um ponto para o outro, for 6x10-4 J?

7) Dois objetos carregados eletricamente repelem-se. Para aumentar a energia potencial eltrica, deve-se: a) mover os objetos mais depressa; b) mover um objeto num crculo em torno do outro objeto; c) colar uma fita de borracha aos objetos; d) afastar os objetos; e) aproximar os objetos.

8) Observe o circuito E. A diferena de potencial entre os pontos 1 e 2 :

(a) Maior quando o interruptor est aberto do que quando est fechado. (b) Maior quando o interruptor est fechado do que quando est aberto.


(c) Nula quando o interruptor est aberto. Justifique a resposta.

Pilhas e Baterias

Pilhas e baterias so fontes de energia extremamente convenientes. Leves e seguras fornecem eletricidade a qualquer hora e em qualquer lugar. Sua criao tornou possvel a construo de instrumentos teis como aparelhos para surdez, lanternas eltricas, rdios portteis, alm de computadores e aparelhos de fax.

Pilhas e baterias funcionam por meio da combinao de substncias qumicas. A reao entre essas substncias produz eletricidade. Normalmente, quando as substncias acabam de ser consumidas, o mecanismo pra de funcionar. Alguns, porm, como as baterias de automveis, podem ser recarregados. Nesses casos, uma corrente eltrica feita passar pela bateria e a reao se d ao contrrio, restaurando-se as substncias qumicas originais. Dependendo da sua ddp, a bateria pode ter uma ou mais clulas eltricas. Uma bateria de automvel de 12 V tem 6 clulas de 2 V

Uma pilha de lanterna tem dois plos, um positivo e outro negativo. O plo negativo fica numa das extremidades da pilha e contm mais eltrons que prtons, ficando negativo. O plo positivo a outra extremidade da pilha, e nele ocorre o contrrio: o nmero de prtons maior do que o de eltrons, e o plo fica positivo. A pilha tambm tem uma substncia condutora entre os plos, chamada eletrlito.

Como cargas contrrias se atraem, quando ligamos, por um fio bom condutor, os plos de uma pilha, os eltrons passam pelo fio, formando uma corrente de eltrons, chamada corrente eltrica. Antigamente, quando no se sabia que a corrente eltrica era formada por eltrons, pensava-se que a corrente ia do plo positivo para o negativo. Agora se sabe que ela vai do plo negativo para o positivo, embora a maioria dos livros de eletricidade adote o sentido positivo-negativo, que chamado de sentido convencional.

Os eltrons ao passarem por um fio, se chocam como os tomos e produzem calor, como nos ferros de passar roupa, nos fornos e chuveiros eltricos... (Cincia Hoje na Escola, volume 5).

Bateria de discos

O cientista italiano Alessandro Volta inventou a pilha em 1800. Sua pilha era composta de trs discos: Um de cobre, um zinco e, no meio, um disco de papelo molhado com gua e sal ou com cido fraco, como vinagre.

A reao do cobre e do zinco com a soluo salina ou cida produz a corrente eltrica. Ao colocar os discos um sobre o outro, o cientista estabeleceu uma ligao e somou a ddp de cada pilha. A corrente eltrica sai por fios ligados aos discos de cima e de baixo dessa pilha, chamada pilha voltaica. A inveno de volta se baseou em uma observao feita por anos antes pelo anatomista Luigi Galvani. Este observou que as pernas de uma r morta se contorciam quando tocadas simultaneamente por dois metais diferentes. Volta percebeu que a reao dos metais com os sais do corpo da r produzia uma corrente capaz de ativar os msculos do animal (Globo Cincia, Como as coisas funcionam, volume 2).

Pilha alcalina

A clula desse tipo de pilha tem uma cpsula de ao e um bastonete central de metal. Entre a cpsula e o bastonete ficam eletrodos de zinco em p e xido de mangans misturado


com carbono. Ela se chama alcalina porque se mistura uma substncia alcalina, o hidrxido de potssio, aos eletrodos. O zinco e o mangans dos eletrodos produzem a corrente eltrica. Ela conduzida pelo bastonete e pela cpsula interna aos plos da pilha, positivo no topo e negativo na base (Globo Cincia, Como as coisas funcionam, volume 3).

verdade que d para recarregar pilhas usadas colocando-as no congelador? (Michel Lopes Granjeiro, Fortaleza, CE)

No! Esse macete caseiro rende, no mximo, alguns minutos de sobrevida s pilhas. Elas funcionam convertendo energia qumica em energia eltrica, pela reao entre duas substncias: zinco e cloreto de amnio. Esse processo acaba liberando gases de hidrognio e amnio, em bolhas que se movimentam, dificultando a passagem de corrente eltrica no interior da pilha. Tudo o que a baixa temperatura faz congelar esses gases, imobilizando-os em bolhas menores. Isso desobstrui o trnsito daquela carga eltrica que ainda resta, fazendo uma pilha gasta voltar a funcionar mais um pouquinho, nada, alm disso,, diz o fsico Cludio Hiroyuki Furukawa, da Universidade de So Paulo USP (Super, 05/2001).

Questes e Problemas

1) A partir dos textos, complete a tabela:

Tipo eletrodos eletrlito Bateria de discos

Pilha alcalina

Bateria de carro

Pilha caseira

2) Qual a diferena entre fem e ddp?

3) Sobre pilhas e baterias, podemos afirmar que: a) O campo eletrosttico. b) O campo eltrico de natureza eletroqumica. c) O campo eltrico induzido eletromagneticamente. d) A energia armazenada a energia eletrosttica. e) As cargas livres (cargas responsveis pela corrente eltrica) no so os eltrons como nos metais, so os ons positivos e os ons negativos. f) Armazenam grandes quantidades de carga eltrica. g) A associao de geradores eltricos (pilhas, baterias, etc.) em srie para obter, entre os terminais da associao em srie, uma ddp que seja maior do que entre os terminais de apenas um dos geradores. h) Durante a vida de uma pilha, a fem permanece praticamente inalterada, ao passo que sua resistncia interna cresce. i) As pilhas pequenas novas tm resistncia interna menor do que as pilhas grandes novas. j) A resistncia interna de uma pilha diminui com o aumento do seu tamanho. k) A associao de duas fontes em srie comporta-se como uma nica fonte.


l) Uma associao de dois geradores em paralelo utilizada para se obter uma intensidade da corrente eltrica maior que em um nico gerador e para aumentar a energia qumica armazenada, a fim de operarem por um tempo maior. m) A associao em paralelo de duas fontes equivalente a uma nica fonte. n) A ddp, entre os terminais de uma fonte, menor que a fem quando a fonte efetivamente alimenta um dispositivo externo.

4) Quais so as principais diferenas entre uma bateria de carro e uma pilha de lanterna?

5) Um estudante possui um rdio que funciona com uma tenso de 6V. a) Quantas pilhas secas ele deve associar em srie para fazer o rdio funcionar? b) Faa um desenho mostrando como deve ser disposio das pilhas na associao feita pelo estudante.

6) De acordo com a tabela abaixo (valores determinados experimentalmente para pilhas novas de 1,5 V), qual a influncia que o tamanho e a natureza da pilha tm sobre sua resistncia interna?

Tipo de pilha Intensidade da corrente de curto circuito (A)

Resistncia Interna ()

Pilha grande alcalina 16,0 0,10

Pilha grande convencional 7,5 0,22

Pilha pequena alcalina 13,3 0,12

Pilha pequena convencional 4,6 0,36

Pilha pequena de vendedor ambulante

2,7 0,56

7) O que significam os smbolos A e (tabela acima)?

Por que sentimos choque? (Eltrons em movimento provocam sensao dolorosa que faz arrepiar nossos cabelos!)

Geladeira, freezer, chuveiro, ferro de passar, liquidificador... Todos esses utenslios fazem parte de nosso dia-a-dia e precisam da eletricidade para funcionar. Mas, assim como os eles tornam nossa vida mais fcil, tambm podem nos proporcionar algo nada agradvel: o choque! Isso mesmo! Aquela sensao dolorosa que faz arrepiar nossos cabelos. Para senti-la, basta, por exemplo, tocar sem querer em algum fio desencapado de um eletrodomstico que esteja em funcionamento. Ou mesmo colocar o dedo, por descuido, em alguma tomada. um susto e tanto. Mas se h algo de bom nessa experincia a pergunta que aparece com ela: por que isso ocorreu?

A resposta a seguinte: quando ligamos um eletrodomstico na tomada, uma corrente eltrica comea a passar por seus fios. ela que fornece energia necessria para o aparelho funcionar. A corrente eltrica constituda por eltrons, minsculas partculas com cargas


eltricas que se movimentam, formando um fluxo. Algo que, se voc visse, acharia parecido com uma corrente de gua, s que feita de eltrons.

Os eltrons, no entanto, no se movimentam livremente em qualquer material. Eles s fazem isso dentro dos que tm a capacidade de receber e transmitir energia eltrica. Os materiais com essa caracterstica -- como os metais -- so chamados de bons condutores de eletricidade. Mas o curioso que ns, seres humanos, tais como os metais, tambm podemos receber e transmitir eletricidade. E por isso que levamos choque!

Vejamos: quando tocamos em algum fio desencapado ou em uma tomada, a corrente eltrica que passa por ali, se conseguir atravessar a nossa pele, ir seguir livremente pelo nosso corpo. Tudo porque ele possui gua e sais e, por essa razo, um bom condutor de eletricidade. Como a corrente eltrica a circulao de cargas preciso que essas cargas possam entrar e sair pelo corpo. Por isso, se estivermos descalos, sentiremos choque porque a corrente passar por ns, do fio ao p. Tambm teremos essa sensao se alguma parte do nosso corpo estiver em contato com algum material ou superfcie condutora, como a mo numa parede, por exemplo.

Por outro lado, se estivermos usando um chinelo com sola de borracha e no houver contato entre o nosso corpo e outro material, no levaremos choque. A razo simples: a borracha um material isolante. Isto , ela no um bom condutor de eletricidade. Ento, no permite que a eletricidade chegue ao solo e seja descarregada.

bom saber disso para evitar acidentes! E vale saber tambm que os impulsos que o crebro manda para controlar os nossos msculos so tambm correntes eltricas (que circulam pelos neurnios). Assim, quando a gente leva um choque, os msculos confundem a corrente eltrica trazida por ele com os comandos do crebro. Resultado: nossos msculos se contraem fortemente.

Ento, anote: nunca encoste em fios desencapados, nem mexa em objetos condutores de eletricidade sem conferir se a chave geradora de toda energia da casa est desligada! (Cincia Hoje das Crianas 134, abril 2003).

Efeitos da corrente no corpo humano3 Corrente eltrica4 (60 Hz)

Durao Efeitos mais graves5 0 0,5mA Qualquer Nenhum 0,5 2mA Qualquer Limiar de percep-o

2 10mA Qualquer Dor/contrao muscular/descon-trole muscular

10 25mA minutos

Contrao muscular/dificulda-de respirat-ria/aumento da presso arterial.

3 Os resultados so deduzidos de experincias e eventuais acidentes.

4 Faixas de valores muito aproximadas devem ser consideradas como ordem de grandeza. Os valores da corrente

vo depender: percurso da corrente no corpo, da umidade da pele e rea de contato, freqncia da corrente/valor da tenso, e do acoplamento entre os ps do indivduo e o piso e entre o piso e a terra. 5 Grande probabilidade de ocorrncia.


25 50mA Segundos Paralisia respiratria/in-conscincia/fibrila-o ventricular

50 200mA Mais de um ciclo cardaco

Fibrilao ventricu-lar/inconscincia/ Paralisia respirat-ria/marcas visveis.

Acima de 200mA

Menos de um ciclo cardaco

Fibrilao ventri-cular/inconscin-cia/marcas visveis

Acima de 200mA

Mais de um ciclo cardaco

Parada cardaca re-versvel/inconsci-ncia/queimaduras

Saiba Mais!

A velocidade de deslocamento dos eltrons num fio condutor bem pequena (por exemplo, um fio de cobre de 0,8 cm de raio, percorrido por uma corrente de 10 A possui uma velocidade de aproximadamente 3,8 cm/s). Por que, imediatamente aps o interruptor de luz ser acionado, a luz da lmpada acende? (Snia Silveira Peduzzi, Depto. de Fsica, UFSC)

O acender imediato da lmpada no depende da velocidade de deslocamento dos eltrons, mas sim da velocidade com que se propaga a mudana de configurao do campo eltrico ao longo do fio (esta se aproxima da velocidade da luz). Ou seja, os eltrons que iro provocar o acender da lmpada no so os do interruptor e sim os que esto no prprio filamento desta (Caderno Catarinense de Ensino de Fsica, 08/1987)

Questes e Problemas

1) Verdadeiro ou Falso?

(a) O estabelecimento de um campo eltrico em um condutor metlico provoca um fluxo de eltrons neste condutor, fluxo este denominado corrente eltrica. (b) A corrente eltrica gasta na produo de calor e luz. (c) Nos metais a corrente eltrica constituda de ons positivos e ons negativos. (d) Nos lquidos as cargas que se movimentam so eltrons livres. (e) Nos gases as cargas eltricas livres que se movimentam so ons positivos, ons negativos e eltrons livres. (f) Uma carga negativa em movimento pode ser sempre imaginada como se fosse uma carga positiva (on positivo) movendo-se como mesma velocidade em sentido contrrio. (g) A corrente eltrica real constituda apenas por cargas negativas, movendo-se no sentido contrrio ao do campo eltrico. E a corrente convencional no sentido contrrio da real. (h) Denomina-se intensidade da corrente eltrica, a razo entre a quantidade de carga Q, atravs de uma seo reta de um condutor, e o intervalo de tempo t, ou seja, i = q/t. (i) A unidade de medida de corrente eltrica C/s ou A (ampre). (j) O aparelho usado para determinar a corrente eltrica de um circuito chamado voltmetro. (k) Uma corrente eltrica em um condutor cria um campo magntico sua volta. (l) 2) Quando ligamos os plos de uma bateria por meio de um fio condutor, qual o sentido:


a) da corrente que passa neste fio? b) do movimento dos eltrons livres?

3) Explique como surge a corrente eltrica em um condutor lquido, ligado a uma pilha, usando os conceitos de: on positivo, on negativo, fora eltrica e campo eltrico.

4) Explique como surge a corrente eltrica em um condutor gasoso, ligado a uma pilha, usando os conceitos de: on positivo, on negativo, eltron livre, fora eltrica e campo eltrico.

5) Com base no circuito eltrico (figura ao lado) podemos afirmar que: a) A corrente flui de um dos plos da pilha at a lmpada, no sendo necessrio o uso do outro plo da pilha. b) A corrente flui de ambos os plos da pilha em direo lmpada, onde colidem liberando energia para acend-la. c) A corrente flui em um nico sentido de um plo ao outro, mas a sua intensidade diminui ao passar pela lmpada, onde parte da energia liberada. d) Existe uma corrente dentro da pilha. e) A corrente desaparece em um plo da pilha para misteriosamente reaparecer no outro plo. f) H continuidade e conservao da corrente mesmo dentro da pilha. g) Neste circuito esto presentes tomos, cargas e corrente eltrica. h) A corrente eltrica constituda por cargas eltricas negativas, flui e tem sentido de percurso. i) A energia eltrica est associada com a origem e a natureza microscpica do material onde est presente (pilha ou condutores). j) O filamento da lmpada no faz parte do circuito. k) O fio condutor no constitudo de tomos e eltrons. l) A corrente eltrica s se estabelece em um circuito fechado. m) As partculas da corrente eltrica saem da pilha e os condutores so caminhos abertos para esse fluir.

Lei de Ohm

A acelerao de um eltron no vcuo provocada pela ao de um campo eltrico o exemplo mais simples do efeito de uma diferena de potencial sobre uma partcula carregada. Um exemplo comum a passagem de corrente eltrica num fio metlico. Neste tipo de montagem, as extremidades do fio esto ligadas aos terminais de uma bateria. As transformaes qumicas que ocorrem no interior de uma bateria vo produzir um campo eltrico que conduz continuamente as cargas para os terminais, estando um deles carregado negativamente e o outro positivamente. A tenso nos terminais da bateria diz-nos qual o valor da energia disponvel por unidade de carga, quando as cargas se deslocam num circuito exterior qualquer constitudo.

Verifica-se experimentalmente uma relao simples, descoberta por Georg Wilhelm Ohm e que , pelo menos, aproximadamente, vlida para a maioria dos condutores metlicos: A intensidade total da corrente I que passa num condutor proporcional a diferena de potencial V que se aplica entre as extremidades do condutor. Usando o smbolo I para a intensidade de corrente e o smbolo V para a diferena de potencial, podemos escrever:

I V


ou I V= constante x

A esta relao de proporcionalidade d-se o nome de Lei de Ohm. Escreve-se geralmente na forma:

IVR

=

ou V R I=

Onde R uma constante que se designa por resistncia eltrica do condutor. A Lei de Ohm considera, portanto, que a resistncia de um dado condutor no depende da intensidade de corrente, nem da tenso. A resistncia depende da natureza do material () e de suas dimenses, nomeadamente, da rea da seo transversal (s) e do comprimento do fio (l). A resistncia no , no entanto, rigorosamente constante para todos os materiais: varia, por exemplo, com as mudanas de temperatura.

Rls

=

Questes e problemas

1) Como variar a intensidade de corrente que passa por um condutor metlico se a diferena de potencial entre os extremos do condutor duplicar?

2) Como verificar experimentalmente se a Lei de Ohm se aplica a um determinado comprimento de fio?

3) Uma corrente eltrica de 0,5A flui num resistor de 10. Qual a ddp ou tenso eltrica entre as extremidades do resistor?

4) Um condutor atravessado por uma corrente de 2A quando a tenso em seus terminais vale 100V. Qual a resistncia eltrica do condutor?

5) A figura abaixo mostra o grfico V x I para certo condutor. a) Esse condutor hmico? b) Qual o valor de sua resistncia quando submetido a uma ddp de 10V? c) Qual o valor de sua resistncia quando submetido a uma ddp de 15V?

6) Quais so os fatores que influenciam no valor da resistncia de um fio condutor metlico?

7) Considerando que o dimetro do filamento de tungstnio de uma lmpada de 127V 100W cerca de 3,6.10-2 mm, seu comprimento 50 cm e sua resistividade 5,6. 10-8 .m a 20 C, determine a resistncia do filamento da Lmpada, quando ela est desligada.


8) Os resistores R1= 2, R2= 4 e R3= 2 esto associados como indicam as figuras abaixo. Qual a resistncia equivalente entre os pontos A e B?

9)Assinale os parnteses: (a) Caracterstica da associao de resistores em srie. (b) Caracterstica da associao de resistores em paralelo.

( ) todos os resistores esto submetidos a uma mesma ddp. ( ) a resistncia equivalente igual a soma das resistncias associadas. ( ) a ddp total a soma das ddps parciais. ( ) A intensidade de corrente total igual a soma das intensidades de correntes parciais. ( ) o inverso da resistncia equivalente igual `a soma dos inversos das resistncias associadas. ( ) todos os resistores so percorridos pela mesma corrente eltrica.

Alguns Instrumentos de Medidas Eltricas

Tipo Grandeza Eltrica Caractersticas do circuito a ser medido Galvanmetro Corrente CC ou CA Voltmetro Tenso CC ou CA Ampermetro Corrente CC ou CA Ohmmetro Resistncia O circuito deve estar desenergizado Wattmetro Potncia ativa CC ou CA Fasmetro Fator de potncia CA Alicate-ampermetro digital

Tenso/corrente/ potncia/freqncia

CC ou CA e resistncia com o circuito desenergizado

Osciloscpio Formas de onda de tenso

CC ou CA

Multiteste Tenso/corrente/ resistncia

CC ou CA e resistncia com o circuito desenergizado

Frequencmetro digital Freqncia CA


Questes e Problemas

1) Se montssemos os circuitos A e B, o brilho de L1 seria: (d) Maior no circuito A. (e) Igual nos dois circuitos. (f) Menor no circuito A. (g) Nulo no circuito B. 2) Se montssemos o circuito C, o brilho de L1 seria: (h) Maior no circuito A. (i) Igual nos dois circuitos. (j) Menor no circuito A. (k) Nulo no circuito C. 3) Se montssemos o circuito D, o brilho de L1 seria: (l) Maior no circuito A. (m) Igual nos dois circuitos. (n) Menor no circuito A. (o) Nulo no circuito D.

4) Se montssemos o circuito F, o brilho de

L1 seria: (p) Maior no circuito A. (q) Igual nos dois circuitos. (r) Menor no circuito A. (s) Nulo no circuito F. 5) Qual circuito acima (A a F) no usual?

Nome do conceito

Letra que representa o conceito

Definio Relao funcional

Unidade de

medida (SI)

Smbolo da

unidade de medida

Relao com outras grandezas eltricas

V=/q

I

Potncia Eltrica

Oposio oferecida por um material a passagem de corrente eltrica.


6) Com base no circuito ao lado, podemos afirmar que (considere as lmpadas iguais): a) As lmpadas esto em srie. b) as pilhas esto associadas em srie. c) Com a associao das pilhas em paralelo haver maior brilho nas lmpadas. d) Quanto Maior a corrente que passa na lmpada maior o brilho da lmpada. e) As lmpadas B e C esto desligadas. f) a corrente eltrica que passa por A diferente da corrente que passa por D. g) A corrente que passa por A igual a corrente que passa por B. h) A lmpada A brilha com a mesma intensidade que D. 7) Em uma seo reta de um fio condutor passa uma carga de 10C a cada 2s. Qual a intensidade da corrente eltrica? 8) Um aquecedor eltrico dissipa 240W quando ligado a uma bateria 12 V. Qual o valor da corrente que percorre a resistncia? 9) A transmisso de energia eltrica grande distncia acompanhada de perdas causadas pela transformao da energia eltrica em que tipo de energia? 10) Como varia a potncia dissipada num condutor sob a forma de calor quando se duplica a intensidade de corrente nesse condutor? 11) Ligam-se 12 lmpadas prprias para a rvore de natal em srie e, em seguida, a uma tomada de 120 V.

(a) Se cada lmpada dissipar 10 W de energia calorfica e luminosa, qual a intensidade da corrente no circuito?

(b) Qual a resistncia de cada lmpada?

(c) Suponha que queramos ligar as doze lmpadas de 10 W em paralelo a uma tomada de 120 V. Neste caso, o que vai acontecer com cada lmpada?

(d) Que intensidade de corrente passar em cada lmpada?

12) Considerando que o dimetro do filamento de tungstnio de uma lmpada de 127V 100W cerca de 3,6.10-2 mm, seu comprimento 100 cm e sua resistividade 5,6.10-8 .m a 20 C, determine: a) A resistncia do filamento da lmpada, quando ela est desligada; b) A resistncia do filamento da lmpada ligada. 13) Um ferro eltrico tem potncia de 1000W e funciona ligado tenso de 110V. a) Calcule o valor da corrente eltrica no circuito em funcionamento. b) Qual o significado do valor encontrado? 14) Os metais de forma geral, tais como o ouro, o cobre, a prata, o ferro, e outros so fundamentais para a existncia da sociedade moderna, no s pelo valor que possuem, mas principalmente pela utilidade que tm. a) Ao ligar dois fios de cobre de mesma bitola, porm de comprimentos diferentes, numa mesma pilha, notei que o fio curto esquenta muito mais que o fio longo. Qual a explicao para este fato? b) Ao ligar dois fios de cobre de mesmo comprimento, porm de bitolas diferentes, numa mesma pilha, notei que o fio mais grosso esquenta mais que o fio mais fino. Qual a explicao para este fato? 15) possvel calcular o consumo de energia de uma residncia sem usar a informao da conta? Caso sim que dados so necessrios? 16) Numa residncia um secador de 1200 W/127V foi usado durante 2 horas por dia durante 30 dias:

a) Qual o consumo de energia devido ao secador neste ms?

b) Qual o custo (1 KWh = R$ 0,50)?


c) O consumo do secador maior ou menor que o de um chuveiro de 2800W/220V usado 30 horas por ms?

Na residncia as pessoas tambm dispem de um secador de 700W/127 V. Discuta as vantagens e desvantagens em se utilizar um e outro. 17) A intensidade da corrente que foi estabelecida em um fio metlico 400mA (1mA = 1 miliampre = 10 -3A). Supondo que esta corrente foi mantida, no fio, durante 10 minutos, calcule: a) A quantidade total de carga que passou atravs de uma seo do fio. b) O nmero de eltrons que passou atravs desta seo. 18) Qual a intensidade de corrente eltrica que passa por um fio de cobre durante 1s, sendo que, por ele, passam 1,6 x 10 19 eltrons? 19) Explique a diferena no filamento das lmpadas com tenses nominais 110V e 220V, porm com mesmas potncias, usando o modelo de corrente. 20) O que acontecer se ligarmos uma lmpada com inscries (60W 110V) na tenso 220 V? Por qu? 21) Preencha a tabela a seguir, utilizando setas na vertical, cujo tamanho indique o valor da grandeza indicada. lmpada brilho potncia Espessura

do filamento

corrente

25 W 60 W 100 W 22) Numa instalao eltrica residencial ocorre freqentemente a queima do fusvel de 15A. Para resolver o problema, um vizinho sugere que se troque por um de 30A. esse procedimento correto? Justifique, levando em conta sua funo no circuito. 23) Numa rede de 220V ligado um chuveiro com a inscrio 220V 2800/4400W. Utilizando essas informaes e as da tabela 1, determine: a) A corrente exigida pelo aparelho para dissipar as potncias nominais quando o chuveiro est ligado com a chave na posio vero e na posio inverno;

b) a menor rea possvel do fio e o disjuntor que devem ser utilizados nessa instalao. Consulte a tabela 1; c) a energia consumida num banho de 15 min com o chuveiro ligado na posio inverno; d) a porcentagem de consumo de energia em banhos de aproximadamente 15 min de uma famlia de trs pessoas, cujo consumo mensal de 250 KWh.

Saiba mais!

- Os disjuntores tambm tm a mesma funo dos fusveis, proteger a instalao eltrica. Ao contrrio dos fusveis, os disjuntores no so danificados quando a corrente no circuito maior que a permitida, ele apenas interrompem a corrente abrindo o circuito, de forma que, depois de resolvido o problema, o dispositivo pode voltar a funcionar (GREF). - Quando mais de um aparelho entra em funcionamento, em certos trechos de circuito eltrico residencial a corrente eltrica maior do que se estivesse ligado apenas um aparelho. Isso deve ser levado em conta no uso dos benjamins. O correto ligar um aparelho de cada vez numa tomada e o benjamim serve para deixar j conectada a ela. - A espessura dos fios de ligao tem um papel importante. Nas instalaes pode ocorrer perdas de energia, seja por aquecimento dos fios (efeito joule), fugas de corrente... colocando em risco a segurana das pessoas e de toda a instalao.

Tabela 1 rea da seo transversal do condutor em AWG

rea da seo

transversal do

condutor em mm2

Corrente mxima

(A)

14 1,5 15 12 2,5 21 10 4 28 8 6 36 6 10 50 4 16 68


CAMPO MAGNTICO E CAMPO ELTRICO

Um im atrai objetos de ao por uma fora tambm invisvel que atua a distncia. Dizemos que em torno do im existe um campo magntico em que os objetos de ao a colocados so atrados por ele. Todo im tem sempre dois plos. Um chamado de plo norte, e o outro, de plo sul. Plos iguais se repelem e plos diferentes se atraem.

A Terra tambm produz um campo magntico, que pode ser observado pela orientao das bssolas. Uma bssola um im na forma de uma agulha colocada num apoio sobre o qual ela pode girar livremente. O plo norte aponta aproximadamente para o norte geogrfico da Terra. A pedra magnetita dos gregos um im natural, como a Terra.

Se uma corrente de eltrons passar por um fio, alm de calor, ser produzido um campo eltrico em torno do fio. Isso j era de se esperar. Mas uma coisa estranha que uma corrente eltrica passando por um fio tambm produzir um campo magntico em torno do fio.

Se voc ligar um fio metlico entre os plos positivo e negativo de uma pilha e aproximar uma bssola deste fio, vai observar que a agulha da bssola se desloca, o que indica que a corrente eltrica produziu um campo magntico. Trocando-se os plos da pilha de lugar, o sentido da corrente fica invertido, e os campos tambm tero sentidos contrrios. O efeito dessa mudana aparecer no deslocamento da agulha para o outro lado. Agora voc j sabe que uma corrente eltrica produz campos eltricos e magnticos. (Cincia hoje na escola, n.5).

Questes e problemas

1) O que magnetismo? 2) Por que o im natural chamado de magnetita?

3) O que so ims naturais e ims artificiais? D exemplos? 4) O que so ims permanentes e ims temporrios? D exemplos. 5) Por que nos plos dos ims pedaos de ferro so atrados com mais intensidade do que no meio? 6) Cite algumas aplicaes dos ims. 7) Qual o menor im que voc conhece? 8) Qual a relao entre o campo magntico e a fora magntica? 9) O que campo magntico? 10) Para um im atrair objetos ferrosos necessita haver contato entre o im e o objeto? 11) Sobre os fenmenos magnticos podemos afirmar que: a) Todo im cria ao seu redor um campo magntico. b) Todo im apresenta dois plos, o norte e o sul. c) Plos opostos se repelem. d) Os plos dos ims podem ser separados. e) Se quebrarmos um im ao meio, cada metade apresentar novamente dois plos. f) Plos idnticos se repelem. 12) Explique resumidamente o que e d exemplos de: a) substncias paramagnticas. b) substncias diamagnticas. c) substncias ferromagnticas. 13) Considere uma barra de ferro colocada prxima a um dos plos de um im. a) Explique por que ela atrada pelo im. b) Se esta barra fosse feita de um material diamagntico ela seria atrada ou repelida pelo im? Por qu? 14) Explique o que histerese magntica. D um exemplo de substncia que apresente histerese acentuada e at uma aplicao prtica desta substncia. O mesmo para uma substncia que no apresente histerese.


A demonstrao de Ampre: um breve histrico.

O ano de 1820, Franois Arago, um fsico francs, refez e apresentou Academia de Cincias de Paris as experincias sobre o efeito magntico associado ao conflito eltrico (nome que ento era dado a corrente eltrica). Esse efeito foi descoberto pelo dinamarqus Christian Oersted, que o comunicou a vrios cientistas e s sociedades da poca. Entre os presentes na referida seo da Academia de Cincias de Paris encontrava-se o jovem fsico Andr Marie Ampre, que aps quinze dias apresentou uma teoria que explicava o efeito magntico associado a uma corrente eltrica (nome criado por Ampre para substituir a expresso conflito eltrico). Ampre explicou a experincia de Oersted e resolveu dvidas cruciais, tais como: Devemos considerar os efeitos magnticos da eletricidade ou os efeitos eltricos dos ims? a eletricidade derivada do magnetismo ou o magnetismo derivado da eletricidade?

Nessa poca muitos acreditavam que o fenmeno observado por Oersted era conseqncia da imantao do condutor. Para Ampre, o fenmeno fundamental era eltrico e todos os outros fenmenos reduziam-se a efeitos de corrente eltrica.

Ampre resolveu tambm outra dvida que incomodava os pesquisadores da poca, dvida essa que pode ser expressa pela seguinte pergunta: a corrente no interior da pilha igual ou diferente, em natureza, da corrente que flui pelos fios (as pilhas tinham sido inventadas por Volta no comeo do sculo XIX)? Ampre observou que a agulha de uma bssola colocada sobre um fio ligado entre os plos de uma pilha, era defletida da mesma maneira que outra bssola colocada sobre a pilha, ou seja, existia uma corrente fluindo pelo interior da pilha que provocava o mesmo efeito magntico de uma corrente fluindo pelo fio, dando evidencias de que se tratava de fenmenos de mesma natureza, alm disso, essa demonstrao criou

condies para se acreditar que a corrente eltrica era contnua e conservava-se no circuito inteiro, mesmo dentro da pilha (Caderno Catarinense de Ensino de Fsica, V.18, n. 3, p. 378, dez. 2001.)

Questes e Problemas

1) Descreva a experincia de Oersted, ilustrando sua explicao com um diagrama. 2) Qual a importante concluso que foi tirada desta experincia? 3) Diga com suas palavras o que voc entende por eletromagnetismo? 4) Em que condies existir uma fora magntica entre duas cargas eltricas? Como que se sabe que uma corrente eltrica produz um campo magntico sua volta? 5) Um campo magntico atua em uma carga em repouso? Por qu? 6) Como se deve proceder para criar um campo magntico em uma regio do espao? 7) Explique como se determina, usando-se uma pequena agulha magntica, a direo e o sentido do vetor B em um ponto do espao. 8) Escreva a expresso matemtica que fornece o valor da fora que atua em uma carga eltrica em movimento dentro de um campo magntico e a expresso que fornece o valor da fora que um campo magntico atua sobre um condutor percorrido por uma corrente eltrica coloca neste campo. Explique o significado de cada um dos smbolos que aparecem em cada expresso. a) Explique como voc pode determinar a direo e o sentido de cada fora. b) Qual a unidade de medida de B no SI? 9) Calcule a fora magntica que age sobre um fio de 0,5m de comprimento que se encontra num campo magntico cujo valor 0,005T quando a corrente eltrica vale 0,2A e o fio est perpendicular ao campo. 10) Determine a intensidade, a direo e o sentido do vetor campo magntico:


a) no centro de uma espira circular criado por uma corrente que passa nesta espira; b) de um fio condutor reto por uma corrente que passa neste fio; c) no interior de um solenide por uma corrente que passa neste solenide. 11) Explique o princpio de funcionamento de um galvanmetro e um motor cc? 12) Explique o que se entende por um im elementar em um material? 13) Complete as frases abaixo com as palavras: atrair, corrente, magntico, interrompida.

O eletrom cria um campo magntico por meio da _______________ eltrica. Quando a corrente eltrica ______________, o eletrom no consegue ______________ um objeto ferroso, pois j no existe o campo ______________ que o imanta.

ELETROIM

Como os ims funcionam? De que so feitos? Por que atraem o ferro? (Joo Paulo Melo de Sampaio, Teresina, PI).

O melhor modo para se entender como um im funciona fazer a seguinte experincia: Primeiro enrola-se um pedao de fio cobre (esmaltado) ao redor de um prego grande, dando vrias voltas. Depois se raspa com uma palhinha de ao as pontas do fio de cobre e conecta-se cada ponta a um dos plos de uma pilha. Por fim, aproxima-se o conjunto de um clipe. Sabe-se que o fio de cobre, desligado da pilha, no atrai o clipe. Mas ao lig-lo na bateria, ele passa a funcionar como um im ou um eletrom. A diferena est no movimento de pequenas partculas atmicas conhecidas como eltrons. Quando o fio ligado pilha, o movimento desses eltrons passa a ser ordenado do plo negativo ao plo positivo da bateria. Esse movimento chamado de corrente eltrica a mesma corrente que

faz a lmpada acender e os eletrodomsticos funcionarem. No eletrom cada espira (volta do fio ao redor do prego) percorrida pela corrente eltrica funciona como um pequeno im. Ao se dar vrias voltas no prego, somam-se os efeitos destes ims. No im, esta corrente eltrica acontece, de forma natural, no plano atmico, como se fossem as pequenas espiras do eletrom. Podemos, ento, imaginar um im como sendo feito de pequenos ims ordenados. Assim, magnetizar um objeto pode ser entendido como um ordenamento destes pequenos ims. Apenas algumas substncias, como ferro, cobalto, nquel e suas ligas, como o ao, tm a propriedade de se magnetizar. Quando aproximamos um im de um pedao de ferro desmagnetizado, os pequenos ims do ferro se alinharo, tornando-se ims tambm. Portanto, ocorre magnetizao e a conseqente atrao.(Galileu, novembro de 1999).

Pode existir magnetismo sem eletricidade? (Joo Moraes G. Ribeiro, Rio de Janeiro, RJ)

Embora possam se manifestar independentemente, os campos magnticos sempre esto associados aos eltricos. A razo um campo eltrico criado pela carga, um dos atributos bsicos da matria, assim como a massa. Quando a carga se movimenta devido ao movimento do corpo ou da partcula que a contm surge o campo magntico. Em princpio, tudo o que existe deveria possuir campos porque a matria formada por tomos, que possuem cargas em movimento. Mas em geral os campos gerados pelas cargas se anulam uns aos outros. Um bom exemplo de campo que no se anula so os ims: seus campos eltricos existem em escala subatmica, se anulam em larga escala, mas os campos magnticos, ao contrrio, se somam e se tornam responsveis pela fora daqueles corpos. Os campos eltricos e magnticos so manifestaes


diferentes do chamamos de campo eletromagntico, explica o fsico Luiz Agostinho Ferreira, do Instituto de Fsica Terica, da Universidade Estadual Paulista. H ainda uma teoria que afirma existir um campo magntico ligado a uma nica carga magntica, chamada monopolo, porm, at hoje, no se conseguiu detectar nenhuma dessas partculas (Super, 12/1993).


Ligamos e desligamos nossos aparelhos com tanta naturalidade, que at esquecemos como so complexas a gerao e transmisso de energia eltrica.

A eletricidade est to integrada nossa vida que acabamos esquecendo, ou nem percebemos, como grandioso e complexo o processo de gerao e transmisso de energia, at que chegue a ns para ser utilizada. De uma maneira geral, um sistema eltrico formado pelos equipamentos e materiais necessrios para transportar a energia eltrica desde a fonte at os locais em que ela ser consumida, o que exige quatro etapas bsicas: gerao, transmisso, distribuio e utilizao. Nas usinas, a gerao de energia eltrica ocorre por transformao, a partir das fontes primrias. Assim, as usinas so classificadas da seguinte forma: Usinas hidreltricas geram a energia eltrica a partir da energia mecnica das quedas dgua; Usinas termoeltricas a partir da energia trmica da queima de combustveis (carvo, diesel, gasolina); Usinas nucleares a partir da energia trmica produzida da fisso nuclear de materiais (urnio ou trio). Depois de gerada a energia, ainda em alta tenso, precisa ser transportada para os centros consumidores: a etapa de transmisso. Nas linhas areas so usados, geralmente, cabos nus de alumnio em alma de ao, que ficam suspensos em torres metlicas atravs de isoladores. Nas subterrneas so utilizados cabos isolados com borracha etilino-propileno (EPR) ou leo fluido OF. Depois da transmisso, pode haver ainda a subtransmisso, onde a tenso j um pouco abaixa. Os grandes consumidores de energia, como complexos industriais, abastecem-se diretamente das linhas de trans-misso, ficando abaixamento da tenso tambm por conta deles. Nas cidades as linhas de transmisso alimentam subestaes abaixadoras de tenso, de onde partem as linhas de distribuio primrias, que podem ser areas ou

subterrneas. Estas abastecem diretamente as indstrias e prdios de grande porte, que possuam subestao ou transformador prprio, e tambm as linhas de transmisso secundrias, com tenso mais reduzida. a partir da que os chamados pequenos consumidores (casas, pequenas indstrias, oficinas) passam a receber energia.

Dentro de nossas casas e no trabalho, acontece a ltima etapa: a utilizao da energia. Atravs das instalaes eltricas a energia gerada, nas usinas e transportada pelas linhas de transmisso e distribuio, pode ser utilizada. Cada aparelho que ligamos transforma a energia eltrica em energia mecnica, luminosa ou trmica.

Uma Espira arrastada perpendicularmente a um campo magntico uniforme e estacionrio. Surgir nela uma fora eletromotriz induzida?

Sim. Os eltrons livres dentro da espira, arrastados com ela no campo magntico, sofrem uma fora magntica descrita por F = e.V x B (B entrando na folha) que desloca-os para o lado de baixo, deixando uma concentrao de cargas positivas no lado de cima. Nesse caso, pode-se mostrar que a fora eletromotriz induzida dada pelo produto B.d.V, onde d representa o dimetro da espira. um caso tpico de fora eletromotriz induzida devida ao movimento, princpio bsico no qual se fundamenta a construo da maioria dos geradores de energia em uso atualmente. Para enfatizar que se trata de um caso de fora eletromotriz, podemos imaginar conectar um resistor aos plos positivo e negativo de nossa fonte por meios de fios condutores paralelos ao campo magntico, ficando o resistor fora da regio de atuao do campo e movendo-se todo o conjunto solidrio espira. Uma corrente eltrica induzida percorrer o resistor, embora no se possa identificar


circuito algum atravs do qual haja variao do fluxo magntico. Na verdade, o argumento todo continua vlido substituindo-se a espira por um simples fio. A sugesto de uma espira foi apenas para enfatizar que pode haver fora eletromotriz induzida mesmo quando no h variao do fluxo magntico atravs de qualquer circuito fechado (Caderno Catarinense de Ensino de Fsica, 12/2001)

Questes e Problemas

1) Qual foi o acontecimento que conduziu ao comeo da era da energia eltrica? 2) Qual a definio geral de induo eletromagntica? 3) Em quais dos casos ocorrer a induo eletromagntica?

(a) Liga-se uma bateria a um enrolamento em espiral, colocado nas proximidades de outro enrolamento.

(b) Desliga-se a ligao entre uma bateria e um enrolamento que est perto de outro enrolamento.

(c) Faz-se mover um im atravs de um enrolamento.

(d) Coloca-se uma espira dentro de um campo magntico estacionrio.

(e) Desloca-se um enrolamento ou uma espira metlica num campo magntico estacionrio

4) Descreva uma montagem que produza correntes induzidas por meio de um campo magntico e explique em que que esta montagem difere de uma que produza um campo por meio de uma corrente. 5) Esquematize uma situao em que exista um fio perpendicular a um campo magntico e use a regra da mo direita para determinar a direo e o sentido da fora que atua sobre a corrente. Imagine que o fio se move lateralmente em resposta a esta fora. Este movimento lateral corresponde a um movimento adicional e, por isso, cada carga existente no fio atuada por uma fora adicional. Qual a direo e sentido desta fora adicional que se exerce sobre as cargas?

6) Como construir um motor a partir de um gerador? 7) Por que que os transformadores no funcionam se fornecermos uma corrente contnua ao enrolamento primrio? 8) Para um transformador, a razo entre as tenses dos terminais do secundrio e do primrio igual a razo entre o nmero de voltas do fio da bobina do secundrio e o nmero de voltas do fio da bobina do primrio. Se um transformador tivesse um rendimento de 100%, a potncia de sada era igual a potncia de entrada. Considere que este o caso e deduza uma expresso para a razo entre a intensidade de corrente eltrica nos enrolamentos primrio e secundrio e o nmero de voltas do fio nas duas bobinas. 9) Um transformador foi construdo com o primrio constitudo por uma bobina de 400 espiras e o secundrio com 2000 espiras. Aplica-se ao primrio uma ddp alternada de 120V. a) Qual a ddp no secundrio? b) Suponha que este transformador esteja sendo usado para alimentar uma lmpada fluorescente ligada ao seu secundrio. Sabendo que a corrente no primrio vale 1,5A, qual o valor da corrente no secundrio? (Considere o transformador com rendimento de 100%) 10) O que diz a Lei de Lenz? 11) Considere que se deixem cair ao mesmo tempo duas barras magnticas ambas suspensas ao mesmo nvel por uma das extremidades e afastadas de alguns centmetros. Uma delas passa atravs da espira metlica. Qual dos ims chega primeiro ao cho? Por qu? 12) Por que mais difcil fazer rolar um gerador de bobina quando este est ligado a um aparelho a que fornece corrente (uma lmpada, por exemplo) do que quando no est ligado a qualquer receptor?

Como funciona uma usina nuclear? Como gerada a energia eltrica?

O princpio de funcionamento de uma usina nuclear muito parecido com o de uma usina trmica: o calor serve para fazer


evaporar a gua de uma caldeira e o vapor aciona uma turbina. O processo comea dentro do reator. L existe uma grande quantidade de urnio 235, uma substncia radioativa. Os ncleos dos tomos desse elemento qumico so bombardeados com nutrons e se dividem em dois, liberando mais nutrons, que iro quebrar outros ncleos atmicos. Essa reao em cadeia (fisso nuclear) provoca calor. Ele aquece a gua do chamado circuito primrio, que circunda o ncleo do reator. O lquido chega a atingir a 320 Celsius, mais ou menos a temperatura da chama de um fsforo. Para que ela no entre em ebulio ao atingir os 100 Celsius, h uma estrutura chamada pressurizador que mantm a presso elevada cerca de 157 vezes atmosferas (ou seja, 157 vezes maior que em um ambiente normal). Se a presso maior, o lquido entra em ebulio apenas com temperatura mais alta, porque suas molculas ficam mais comprimidas. A gua do sistema primrio passa, por meio de tubulaes, dentro de outra estrutura tambm cheia de gua, chamada gerador de vapor. Ao entrar em contato com as tubulaes aquecidas, o contedo do ltimo recipiente se transforma em vapor. Este se expande e, por meio de outras tubulaes, atinge uma turbina fazendo-a girar. A energia trmica se transforma ento, em energia mecnica. A energia do movimento de rotao do eixo da turbina transferida para o eixo de um gerador, produzindo energia eltrica. O vapor, depois de passar de passar pela turbina, vai para um condensador onde resfriado, transformando-se novamente em lquido e voltando para o reator para ser reutilizado. Esse o processo de funcionamento da maioria das usinas nucleares, incluindo a Central Nuclear de Angra, no estado do Rio de Janeiro (Super, 06/1995).

Atividade de Reviso 1

1. Analise as afirmativas abaixo dizendo se so verdadeiras ou falsas.

a) No circuito abaixo o voltmetro e o ampermetro esto conectados lmpada de modo a efetuar nela medidas corretas de diferena de potencial e de intensidade corrente eltrica ( )

b) Diferena de potencial a causa e tem a corrente eltrica como possvel efeito ( ) c) Diferena de potencial uma grandeza puntual, corrente eltrica uma grandeza bipuntual ( ) d) Corrente eltrica flui pelo circuito, diferena de potencial flui tambm ( ) e) A tomada uma fonte de diferena de potencial. Na tomada a corrente eltrica normalmente se mantm estvel ( ) f) Em uma mesma tomada so conectados trs circuitos diferentes: um com uma lmpada comum, outro com um secador de cabelos e outro com barbeador eltrico. Nesses circuitos provavelmente a ddp no difere de um para o outro ( ) g) Na representao do campo eltrico criado por uma carga puntiforme em repouso, o valor do campo no ponto A maior que em B ( )

h) Voc tem duas lmpadas ligadas, La (60W / 127V / 60Hz) e Lb (100W / 220V / 60Hz). A intensidade de corrente eltrica que passa pelo filamento de Lb maior que em La ( ) i) Se La ficasse ligada 3h por dia durante um ms (30 dias) o consumo de energia seria de 5,4 kWh ( ).

.

B

.

A

.

Q


j) A lmpada ligada bateria, conforme a figura, ir acender ( ) k) Quando um pedao de ferro posto nas proximidades de um m, a atrao do ferro pelo im mais intensa do que a do im pelo ferro ( ) l) O campo magntico produzido por uma bobina deve-se corrente eltrica que circula em seus fios. No momento que a bobina desligada, o campo magntico produzido por ela no deixa de existir.( ) m) O motor eltrico uma aplicao prtica do eletromagnetismo.( ) n) Faraday descobriu que uma corrente eltrica s pode ser gerada quando um circuito eltrico fechado colocado num campo magntico varivel. ( ) o) O plo norte geogrfico da Terra o seu plo sul magntico. ( ) p) O chuveiro eltrico uma aplicao prtica do efeito joule. ( ) q) A Lei de Lenz determina o sentido da corrente induzida numa espira quando empurra-se um im na direo da espira. ( ) r) possvel um transformador funcionar se a corrente eltrica no primrio for contnua. ( ) s) A obteno do movimento de um motor eltrico s possvel se o m for colocado na parte fixa do motor e a

bobina na parte mvel, uma vez que s ela pode sentir o campo magntico criado pelo m ( ) t) Dois fios com corrente eltrica paralelos entre si ficam sujeitos a foras magnticas ( ) u) Os plos magnticos e geogrficos da Terra so absolutamente coincidentes ( ) v) Quando o ar est mido os fenmenos eletrostticos so mais atenuados ( ) w) Alguns aparelhos trazem a seguinte informao do fabricante: 60 Hz. A informao corresponde freqncia da rede eltrica ( ) O maior valor do campo eltrico que pode ser aplicado a um isolante sem que ele se torne condutor denominado rigidez dieltrica do material. A rigidez dieltrica varia de um material para o outro. Experimentalmente a rigidez dieltrica do vidro pirex 1,4 x 107 N/C, enquanto a da mica (malacacheta) pode atingir 1,0 x 108 N/C e a do ar vale cerca de 3,0 x 106 N/C. Sabendo que existe um campo eltrico uniforme na atmosfera terrestre de 100 N/C (dirigido verticalmente para baixo), pode-se afirmar que: x) O valor do campo eltrico na atmosfera suficiente para vencer a rigidez dieltrica do ar, ocasionando os relmpagos ( ) y) O vidro pirex pode ser usado como isolante eltrico em um aparelho submetido a um campo eltrico de 2,0 x 10 7 N/C ( )

Atividade de reviso 2

Questes (1 e 2) adaptadas da prova da CESPE PETROBRS, 2004. 1. A figura ao lado mostra um circuito alimentado por cinco pilhas secas de 1,5 V cada uma, em perfeito estado de funcionamento, ligadas em srie. As trs lmpadas so, cada uma, de 2,5 V e precisam ser rosqueadas nos suportes. Suponha que as resistncias internas das pilhas sejam desprezveis e que as ligaes foram feitas de forma adequada. Com base nessas informaes podemos afirmar que:


(a) Se uma das lmpadas no for rosqueada corretamente as outras duas acendero. (b) A tenso equivalente da fonte constituda a partir das pilhas igual a 7,5 V. (c) Se cada lmpada ficar ligada ininterruptamente por 12 minutos e a energia consumida por cada lmpada individualmente for igual a 0,5 W.h, a corrente que flui pelas pilhas no intervalo considerado igual a 0,5 A.

2. A figura ao lado mostra um circuito eltrico constitudo por uma fonte ideal e uma rede de resistores. Com base no circuito apresentado, podemos afirmar que: (a) A potncia fornecida pela fonte igual a 120 W. (b) A tenso v igual a 8 V. (c) Se ocorrer um curto-circuito nos terminais do resistor de 4 ligado em srie com a fonte, a corrente i triplica em relao a situao em que o resistor funcionava normalmente no circuito.

3. Considere trs lmpadas com as seguintes caractersticas:

L1: 110V 75W L2: 220V 75W L3: 220V 150W

a) Classifique por ordem crescente a resistncia eltrica de cada lmpada;

b) Classifique por ordem crescente a intensidade de corrente eltrica que atravessa cada lmpada.

4. Considerando-se que a gravidade local vale 10m/s2, correto afirmar que um campo magntico uniforme de 0,5T capaz de equilibrar um condutor retilneo com 10 cm de comprimento e 10g de massa posicionado na horizontal perpendicularmente s linhas de induo magntica, quando por ele passa uma corrente de 2 A? (Justifique a sua resposta).

5. O transdutor de presso ilustrado na figura ao lado possui um diafragma que se move quando a presso p aumenta ou diminui. Esse diafragma est conectado a um ncleo de material ferromagntico, colocado dentro de um conjunto de bobinas, de forma que, ao se mover, altera a quantidade de linhas de campo magntico que atravessam o conjunto de bobinas. Acerca do dispositivo mostrado na figura e de seu funcionamento, marque a(s) alternativa(s) verdadeira(s). (Questo adaptada da prova CESPE PETROBRS, 2008). a) A partir do diagrama mostrado, correto inferir que a esse transdutor aplica-se o mesmo princpio de


funcionamento de um transformador. b) Uma das formas de se conectar esse transdutor ligar uma bateria entre os terminais D e E e um voltmetro de corrente contnua entre os terminais A e B para medir o sinal eltrico, que funo da presso. c) Se as resistncias entre os terminais A e B e entre os terminais B e C forem ambas de 5, nesse caso, a corrente eltrica que circular entre os terminais A e C, se estes forem conectados a uma fonte de corrente contnua de 1 V, ser igual a 200 mA. d) Se os terminais D e E forem conectados a uma fonte de corrente alternada e os demais terminais forem mantidos eletricamente desconectados, o ncleo de material ferromagntico estar sujeito a um campo magntico que mudar de sentido com a mesma freqncia com que o sentido da corrente na bobina se alterar.

6. Duas lmpadas de 220V 150 W em srie alimentadas por uma tenso de 220V fornecem tanta luz quanto uma lmpada de 110V-75W (com mesmo rendimento luminoso)? Considere o filamento da lmpada um resistor puramente hmico (caracterstica linear). Justifique a sua resposta.

O que so Ondas eletromagnticas?

A energia eltrica chega s nossas casas atravs de fios metlicos e ser para acender as lmpadas, ligar os motores de liquidificadores e enceradeiras e fazer funcionar rdios e televisores. Todos os aparelhos costumam ser ligados s tomadas.

Voc pode ser tentado a achar que msicas, notcias e imagens so recebidas pela rede eltrica, mas logo vai se lembrar de que existem rdios e televisores alimentados com pilhas e que no so ligados s tomadas. Rdios de automveis e telefones celulares tambm funcionam sem fio. As informaes chegam s nossas casas no pelos fios, mas por ondas eletromagnticas.

Onda j se sabe o que . So coisas vindas do oceano e arrebentando na areia. Se voc mora no interior e nunca viu Omar, j observou ondas em rios e em lagos. Se voc jogar uma pedra num lago, vai reparar que ela forma pequenos morros circulares de gua que se afastam do ponto em que a pedra caiu. Essas so ondas de gua. A distncia entre dois morros consecutivos chamada de comprimento de onda. Todos os morros circulares so

separados por um comprimento de onda. A velocidade com que as ondas se afastam do centro chamada de velocidade de propagao das ondas.

Tente fazer um desenho de como veria essas ondas se estivesse bem em cima do lugar em que a pedra caiu. Diga qual seria o comprimento de onda no seu desenho.

A quantidade de ondas que passam num determinado ponto num intervalo de tempo chamada de Freqncia das ondas. Pense na freqncia das ondas na praia. Imagine que durante um minuto voc contou 1o ondas chegando areia. A Freqncia uma coisa dada em hertz (Hz). O nmero de ondas no intervalo de 1 segundo a freqncia em hertz. Ento qual a freqncia das ondas que voc contou na praia?

Ondas de gua j entendemos. Agora vamos s ondas eletromagnticas.

Vamos lembrar dos campos eltricos e magnticos produzidos por correntes eltricas que passam por um fio ligado aos plos de uma pilha. Como foi explicado, se os plos forem trocados, os campos tambm sero trocados (lembre-se da experincia com o eletroim). assim que


funciona um transmissor de rdio ou de televiso.

Um circuito eletrnico chamado oscilador faz com que os eltrons percorram um fio ora num sentido, produzindo campos eltricos e magnticos que se alteram e so transmitidos no espao. As ondas de som no se propagam no vcuo, mas as ondas eletromagnticas, sim.

Esses campos fazem com que eltrons livres de um condutor, a antena do receptor, se movimentem, produzindo uma corrente alternada, isto , que troca de sentido, no receptor. Esta corrente amplificada, detectada e atua no alto-falante, produzindo som.

Quando os sons de vozes e msicas variam o valor da corrente, isto , a amplitude da corrente do oscilador, a transmisso chamada de amplitude modulada (AM).

Quando variam ligeiramente a corrente do oscilador, a transmisso chamada de freqncia modulada (FM).

O nmero de inverses do sentido da corrente que percorre a antena em 1 segundo a freqncia de transmisso em hertz. Normalmente so usados o quilohertz (kH), que so mil hertz, e o megahertz (MHz), que um milho de hertz.

Portanto, o que quer dizer a expresso Antena 3, light FM, 103 MHz? (Cincia Hoje na Escola, no 5).

Questes e problemas

1) O que uma onda eletromagntica? 2) O que causa o aparecimento de uma onda eletromagntica? E a sua propagao? 3) Qual a perturbao que se propaga em cada uma das seguintes ondas: a) Ondas superfcie da gua b) Ondas sonoras c) Ondas eletromagnticas

4) Que prova existe para supor que as ondas eletromagnticas transportam energia? 5) As descargas eltricas, sinais de non, relmpagos e algumas perturbaes atmosfricas produzem ondas de rdio. O resultado a esttica ou rudos nos receptores de rdio de ondas mdias. Indique outras fontes possveis de tais interferncias.

6) Por que que as ondas de rdio podem ser detectadas a distncias maiores do que as usadas na televiso e nas estaes de FM? 7) Explique porque que os avies que passam por cima de ns provocam perturbaes na imagem da TV. 8) Se existirem seres extraterrestres, com civilizaes bem avanadas, que mtodos poderiam usar para obter informaes sobre a populao terrestre? 9) Suponha que a corrente que circula nas espiras de um eletroim esteja oscilando com uma freqncia de 600 kHz. Lembrando-se de seus conhecimentos sobre ondas eletromagnticas, responda: a) Qual ser a freqncia f da onda eletromagntica que irradiada? b) Qual a velocidade V que est onda se propaga? c) Qual a relao entre f, V e (comprimento de onda) para uma onda qualquer? d) Qual , ento, o valor do da onda eletromagntica medida a partir do eletroim? 10) Considere o espectro eletromagntico, esquema ao abaixo, em que o comprimento de onda, e responda as questes a seguir:


a) Onde se situam os comprimentos de onda da luz visvel? b) Qual o comprimento de onda das ondas curtas de rdio? c) Coloque em ordem crescente de suas freqncias as seguintes radiaes eletromagnticas: Raios X, Ultravioleta, Raios , microondas, ondas de rdio e luz azul. d) Medindo-se o comprimento de onda de uma radiao eletromagntica, propagando-se no vcuo, encontrou-se o valor = 7,5 x 10-9 m. Determine que tipo de onda eletromagntica constitui esta radiao.

Saiba Mais!

(...) Por que o som de um rdio perturbado por rudos durante uma tempestade? (Snia Peduzzi, Depto. de Fsica, UFSC)

As Ondas de rdio so ondas eletromagnticas geradas pela antena da emissora. Essas ondas so captadas pela antena do receptor.

Durante uma tempestade, as descargas eltricas dos raios geram ondas eletromagnticas. Assim os raios atuam como uma estao emissora propagando sinais desordenados que so tambm captados pelo receptor de rdio. O resultado disso so os rudos, mais comumente chamados de esttica (Caderno Catarinense de Ensino de Fsica, 08/1984).

O que a Gaiola de Faraday? Como funciona? (Daniel Ferreira Tosta, Marica, RJ)

O Fsico ingls Michael Faraday (1791-1867) descobriu que superfcies metlicas impedem a passagem de campos eltricos. Para provar, ele se colocou de p sobre um tablado de madeira ou borracha isolante, no interior de uma caixa de

paredes feitas com tela metlica como uma gaiola.

Evitando o contato das mos e do corpo com o metal, ele fazia passar pela parede uma corrente eltrica, provocando fascas entre a caixa e o exterior. Comprovou, assim, que no sentia nenhum efeito no interior da gaiola. A experincia mostra o que ocorre quando raios atingem avies ou acidentes eltricos atingem um trem, sem afetar os passageiros. O fsico descobriu que a blindagem valia tambm para ondas eletromagnticas, como as de rdio. por isso que um rdio porttil no funciona dentro de um carro, a menos que sua antena esteja esticada fora da janela. O mesmo ocorre com o rdio, mesmo instalado no carro, quando ele entra em um tnel: a malha metlica das paredes de concreto bloqueia as ondas eltricas, funcionando como uma Gaiola de Faraday. (Galileu, 02/1999).

Colocar palha de ao na antena da TV realmente melhora a recepo?

Depende! A qualidade do som e da imagem determinada, em primeiro lugar, pela posio da antena em relao fonte transmissora. Se a antena da sua televiso estiver perfeitamente alinhada com a antena da emissora, a palha de ao s vai piorar a recepo, afirma o engenheiro eltrico Renato Giacomini, da USP. Mas a palha pode funcionar. Isso acontece porque o ao, como material condutor, altera o perfil das correntes eltricas no interior da antena. Quando a palha metlica colocada na ponta dessa vareta, ele passa a captar os sinais transmitidos em todas as direes. Dessa forma, uma antena alinhada pode repassar sinais mais completos enquanto uma antena alinhada acabaria sofrendo interferncias indesejveis, fazendo a recepo perder qualidade. D at para fazer um teste: Sae voc colocar a palha de ao e a imagem da TV piorar, porque a antena j est na melhor posio possvel (Super, 10/2001).


verdade que o alimento preparado no forno de microondas faz mal sade? A comida perde as protenas? (Elizete de Paula Intrieri Ribeiro, So Bernardo do Campo, SP)

No. As refeies preparadas no forno de microondas no fazem mal sade. As ondas eletromagnticas produzidas pelo aparelho so de alta freqncia e, ao penetrar nos alimentos, so imediatamente convertidas em calor, sem deixar nenhum resduo. Ao contrrio das ondas de raio X, raios gama e ultravioleta, as microondas no so ionizantes, ou seja, no modificam as molculas do alimento atingido. Do ponto de vista nutricional, os alimentos cozidos em microondas so iguais ou at melhores que os preparados de forma convencional, pois a comida passa menos tempo em cozimento, perdendo, assim, menor quantidade de vitaminas e sais minerais. Tambm no h perda de protenas nas refeies preparadas em microondas. O que pode ocorrer em temperaturas acima de 45oC, a desnaturao protica, processo que transforma as protenas e destri suas propriedades fisiolgicas, dificultando seu congelamento e sua mistura gua, por exemplo. Mas isso no implica perda de suas propriedades (Fonte: Renata Faggion Bortoluzzo, nutricionista ps-graduanda da Unifesp Escola Paulista de Medicina, Galileu, 02/1999).

O que luz negra? (Thalita Dol, Rio de Janeiro, RJ)

Todo mundo j viu aquela iluminao especial em pistas de dana, que d um fantasmagrico brilho roxo a qualquer objeto de cores claras ou fluorescentes especialmente roupas brancas. A receita de fabricao muito simples: basta pegar uma lmpada fluorescente, dessas usadas em escritrios, e remover a camada de p branco, formada por sais de fsforo. O vidro tem de ser

trocado, ento, por outro mais escuro, para barrar radiaes claras. Na lmpada fluorescente normal, a luz branca vem da incidncia da radiao ultravioleta na tal camada de fsforo. Com a luz negra, esse fenmeno de fosforescncia muda de lugar: quando estamos num ambiente escuro, as roupas claras fazem o papel do fsforo e reemitem a luz que recebem, dando a impresso de que esto brilhando, diz o fsico Mikiya Muramatsu, da USP. Criada durante a Segunda Guerra pelo inventor americano Philo Farnsworth (19061971) considerado o pai da televiso -, a luz negra tinha a inteno original de melhorar a viso noturna e tambm costuma ser utilizada para identificar falsificaes ou cdulas de dinheiro. Atualmente, a Universidade Federal de Lavras, em Minas Gerais, pesquisa seu uso na deteco de fungos em sementes (Super, 10/2002).

Tinta denuncia o flego da bateria Como funciona o medidor de carga que algumas pilhas trazem?

um mecanismo simples, que fica escondido no rtulo de uma fina camada de plstico. Para permitir a medida de carga pelo usurio, o fabricante coloca l dentro uma tira de metal coberta por uma substncia que ganha cor ao ser aquecida, disse SUPER o engenheiro Robert Milanese, da Duracell, empresa que j adota o sistema. Quando a pilha est carregada, o metal se aquece e a cor aparece. A frmula do corante trancada a sete chaves pelos fabricantes. um composto obtido a partir da mistura entre metais e elementos orgnicos. O resultado uma molcula muito peculiar que absorve calor e devolve a energia para o meio ambiente na forma de luz visvel. A voc v se est na hora de trocar as pilhas do rdio.

Em outras palavras, ao pressionar os dois pontos indicados com os dedos na pilha, uma tira de metal escondida embaixo do rtulo encosta nos plos da


pilha e cria uma corrente. A passagem da eletricidade gera calor. Encostada no metal, uma camada de corante emite luz ao receber o calor. Como a extremidade mais larga precisa de mais corante para esquentar, este lado no se ilumina quando a pilha est descarregada. Quando nem o zero da escala acende, hora de jogar a pilha fora (claro, em local adequado). Uma curiosidade: aquecido de outra forma, o aparato tambm se colore. Voc pode tirar a prova colocando a pilha num copo com gua quente. Mas jamais use fogo para fazer a experincia, pois a pilha pode explodir (SUPER, setembro de 1999).

O que so semicondutores e quais as suas aplicaes? (Nivaldo Marschalk Filho, Canonhas/SC)

Os materiais semicondutores atraem muita ateno principalmente porque so matria-prima indispensvel preparao de uma srie de dispositivos pticos e eletrnicos (transistores, retificadores, clulas fotoeltricas, lasers, clulas solares etc.) responsveis, nas ltimas dcadas, por uma revoluo tecnolgica em nossas vidas, sobretudo nas reas de comunicaes e informtica. Mas o que diferencia um material semicondutor dos materiais isolantes e dos condutores (ou metais)? A denominao justifica-se por sua resistividade eltrica, situada entre a dos materiais bons condutores e a dos isolantes. As diferenas de condutividade eltrica desses materiais podem ser mais bem entendidas com o auxlio da mecnica quntica. Admite-se que os eltrons que nos tomos isolados possuem nveis discretos de energia tm, em um material slido, seus nveis de energia agrupados, formando regies largas de energia chamadas bandas de energia. Estas so separadas por regies (barreiras) de energia proibidas aos eltrons. Para a conduo ocorrer em um dado material, seus eltrons devem poder vencer a barreira de energia proibida, atravs do fornecimento de energia externa. Em um

caso extremo, em que a barreira muito grande, impossvel ocorrer a transposio entre as bandas, o que explica a existncia dos materiais isolantes. Mas nos metais a ligao dos tomos se d de tal forma que os eltrons livres tornam-se disponveis aps a formao das bandas; resulta da a inexistncia da regio de energias proibidas. Por isso possvel conseguir a conduo eletrnica fornecendo pequenas quantidades de energia. O caso intermedirio em que a barreira entre as bandas existe mas moderada corresponde aos semicondutores. Outra caracterstica que sua condutividade pode ser controlada atravs da introduo de impurezas a chamada dopagem. Para um dado semicondutor, dependendo da impureza (elemento) dopante, a dopagem pode produzir um material carregado negativa ou

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22824578 Microsoft Word Apostila Eletricidade Basica P G