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    PROF CRISTINA DE MOURA RAMOS 2017

    Eletricidade

    Conceitos Fundamentais de Eletricidade Constituio da matria e carga eltrica A matria constituda de molculas, que por sua vez so formadas por tomos. Um modelo bastante conhecido e de fcil compreenso o modelo de Bohr. Veja abaixo uma representao simblica do tomo de Bohr.

    Neste modelo, o tomo constitudo por um pequeno ncleo ao redor do qual partculas chamadas eltrons descrevem uma rbita fechada. No ncleo atmico, por sua vez, encontram-se partculas chamadas prtons e nutrons. Atravs de diversas experincias e estudos tericos, verificou-se que o prton e o eltron possuem uma grandeza fsica associada a eles. Tal grandeza a carga eltrica que est relacionada com a fora de interao entre partculas carregadas. Desta forma, arbitrariamente, batizou-se o tipo de carga eltrica do eltron de negativa e o tipo de carga eltrica do prton de positiva. Assim; Cargas eltricas de mesmo tipo se repelem e cargas eltricas de tipos diferentes se atraem. Um corpo eletricamente neutro se o nmero de partculas com carga eltrica positiva (prtons) igual ao nmero de partculas com carga eltrica negativa (eltrons). Como o nutron no manifestou nenhuma influncia devido carga eltrica do prton ou do eltron, diz-se que a carga eltrica do nutron nula. Milikan, aps alguns experimentos, determinou o valor da carga eltrica, conhecida como carga elementar (qel):

    |qel| = 1,6.10-19 C

    Eletrosfera

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    Um corpo pode tornar-se positivo ou negativo perdendo ou ganhando eltrons atravs de algum processo de eletrizao. Para determinar a carga total de um corpo (Q), basta fazer a carga elementar (qel) vezes o numero de eltrons cedidos ou adquiridos pelo corpo (n)

    Q = n . qel Processos de Eletrizao Existem vrios processos de eletrizao, dentre os quais podemos citar: a) Eletrizao por atrito: baseado na frico de um corpo com outro de modo

    que um deles acabe cedendo eltrons ao outro. b) Eletrizao por contato: ocorre quando um corpo j eletrizado posto em

    contato fsico com outro eletricamente neutro. c) Eletrizao por Induo: um corpo j eletrizado colocado nas

    proximidades de outro eletricamente neutro, provocando uma polarizao das cargas deste ltimo. A, feita uma conexo do lado mais distante terra, promovendo o escoamento ou acesso dos eltrons. Ambos os corpos tornam-se eletrizados, mas com sinais opostos. Veja o esquema a seguir onde: (a) estado inicial dos corpos; (b) polarizao das cargas; (c) ligao terra; (d) corpos eletrizados.

    H ainda outros processos, como bombardeamento de partculas carregadas ou incidncia de luz em metais. Condutores e Isolantes Podemos classificar os materiais quanto a mobilidade ou no das cargas eltricas em seu interior. Isolantes: Materiais onde as cargas eltricas permanecem estticas, ou seja, no se movem dentro do corpo macroscpico. Condutores: Materiais em que as cargas eltricas movimentam-se dentro do corpo macroscpico.

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    Fora eltrica, campo eltrico e potencial eltrico. Fora Eltrica (ou Coulombiana): interao entre as cargas eltricas (atrao ou repulso).

    F = K. q1.q2 d2

    Onde: F = fora [N] K = constante que representa a influncia do meio onde se encontram as partculas eletrizadas. Para o vcuo e tambm para o ar, com

    boa aproximao, o valor de K 9.109 N.m2/C2. d = distncia entre as partculas [m2] q1, q2 = cargas eletrizadas [C] Campo Eltrico: descreve a regio do espao onde se manifesta a fora eltrica devido presena de alguma carga. Uma partcula carregada origina ao seu redor um campo eltrico que interage com o campo de outra partcula carregada colocada na presena desta atravs da fora coulombiana. Potencial Eltrico: est relacionado o trabalho necessrio para deslocar uma carga eltrica de um ponto para outro na presena de um campo eltrico.

    Diferena de Potencial (d.d.p.) ou Tenso Eltrica: diferena entre os potenciais dos dois pontos em questo. A unidade no Sistema Internacional o Volt (V). Em eletricidade, utiliza-se muito um dispositivo bipolar (com dois terminais de acesso) que mantm de alguma forma uma diferena de potencial constante entre seus plos, chamado gerador ou fonte de tenso.

    O trao horizontal maior indica o plo positivo, ou seja, aquele onde h falta de eltrons. O trao horizontal menor representa o plo negativo, onde h um excesso de eltrons.

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    Corrente Eltrica: fluxo ordenado de cargas eltricas. Os eltrons saem da regio de menor potencial buscando sempre o maior potencial (sentido real da corrente eltrica).

    Principais efeitos ocasionados pela passagem da corrente eltrica em um condutor: Efeito trmico (Efeito Joule): relacionado com a produo de calor em um condutor, devido aos choques que ocorrem entre os eltrons livres com os tomos no condutor durante a passagem da corrente. Exemplos: chuveiros, aquecedores, secadores de cabelo. Efeito qumico: certas reaes qumicas que ocorrem quando a corrente eltrica atravessa solues eletrolticas. Exemplos: recobrimento de metais, como niquelao, cromao. Efeito magntico: relacionado com a criao de campo magntico ao redor de um condutor percorrido por corrente eltrica. Exemplo: carregador de celular sem fio. Efeito fisiolgico: passagem da corrente eltrica em organismos vivos, atuando diretamente em seu sistema nervoso e provocando o que chamado choque eltrico. Abaixo, a tabela ilustra os efeitos observados em funo da intensidade da corrente que atravessa o corpo humano.

    1 mA Sensao de ccegas e formigamento 1 a 10 mA Contrao muscular de 10 mA a 3A Valores mortais

    Porm, por razes histricas, adota-se o sentido convencional da corrente eltrica, em que os eltrons dirigem-se do maior para o menor potencial. A corrente eltrica mdia (I

    M) a quantidade de

    carga (Q) que atravessa a seo transversal de um condutor em um

    intervalo de tempo (t). No SI, a corrente eltrica expressa em Ampre (A), que equivale a Couloumbs/segundo.

    IM = Q [A = C]

    t s

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    Resistncia Eltrica Resistncia Eltrica: grandeza relacionada com a oposio passagem de

    corrente eltrica. expressa em Ohm () no Sistema Internacional. Resistores: bipolos eltricos que apresentam um valor de resistncia eltrica especfico. 1 Lei de Ohm A resistncia eltrica relacionada com outras grandezas fundamentais da eletricidade, a corrente eltrica e a tenso eltrica, atravs de uma expresso matemtica muito simples. I I R = V + I V R V ou I = V V = R .I R Os resistores que obedecem a 1 Lei de Ohm so chamados resistores hmicos. Estes resistores apresentam uma relao linear entre a tenso aplicada sobre eles e a corrente que os atravessa, de modo que a curva caracterstica de tenso versus corrente seja uma reta que passa pela origem. Por outro lado, aqueles resistores que no apresentam tal linearidade entre tenso e corrente so chamados resistores no-hmicos, como por exemplo o LDR (resistor dependente de luz), o NTC e o PTC (resistores dependentes da temperatura). V V I I Resistor hmico Resistor no-hmico

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    2 Lei de Ohm Relaciona alguns fatores que influenciam no valor da resistncia de um resistor. O material com que construdo o resistor ou o condutor influencia fundamentalmente no valor da resistncia. A grandeza que define este

    parmetro a resistividade eltrica () do material. Alm disso, a dimenso fsica, ou seja, o comprimento (L) e a rea de seo transversal (A) do condutor, tambm influem decisivamente para o valor da resistncia.

    R = . L A

    A tabela a seguir traz os valores de resistividade dos materiais mais comuns:

    Material Resistividade a 20C

    (x 10 2 .mm2 / m)

    Prata 1,6

    Cobre 1,7

    Ouro 2,2

    Alumnio 2,8

    Tungstnio 5,6

    Nquel 6,8

    Ferro 10

    Ao 18

    Manganina 44

    Carbono 3500

    Comercialmente, os resistores utilizam um cdigo de cores para identificao de seus valores.

    Fonte: http://eletrinform.blogspot.com.br/

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    Fundamentos Matemticos: Notao Cientfica: Apenas um algarismo antes da vrgula, diferente de zero, seguido da potncia de dez correspondente. Notao de Engenharia: Expoentes de 3 em 3 unidades e utilizao de prefixos numricos.

    Potncia de Dez: um recurso matemtico utilizado para representar, de forma simplificada, quantidades muito grandes ou muito pequenas por meio da multiplicao do algarismo significativo pela base dez elevada a um expoente positivo ou negativo.

    Exemplos: a) 2.540 = 2,54 x 1000 = 2,54 x 103

    b) 0,00834 = 8,34 x 0,001 = 8,34 x 10-3

    Operaes com Potncias de Dez

    Soma e Subtrao: Ajustar as potncias de dez dos operandos para um mesmo expoente e somar ou subtrair os seus algarismos significativos, conforme a operao desejada.

    Exemplos:

    a) 35 x 10-5

    + 8,6 x 10-3

    = 0,35 x 10-3

    + 8,6 x 10-3

    = 8,95 x 10-3

    b) 95 x 104

    3,8 x 105

    = 9,5 x 105

    3,8 x 105

    = (9,5 3,8)x105

    = 5,7x105

    Multiplicao: Multiplicar os algarismos significativos dos operandos e somar

    os expoentes das po