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ANOTAÇÕES EM AULA Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência, resistores e leis de Ohm FÍSICA NICOLAU, TORRES E PENTEADO Capítulo 33 Corrente elétrica, potência, resistores e leis de Ohm FÍSICA NICOLAU, TORRES E PENTEADO ANOTAÇÕES EM AULA Capítulo 33 – Corrente elétrica, potência, resistores e leis de Ohm Material adaptado pelo Prof. Márcio Marinho

Corrente elétrica, 33 potência, resistores e leis de Ohmprofmarcio3.dominiotemporario.com/doc/CORRENTE_ELETRICA.pdf · Nos gases ionizados, os portadores de carga da corrente elétrica

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ANOTAÇÕES EM AULACapítulo 33 – Corrente elétrica, potência, resistores e leis de Ohm

FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO

Capítulo

33

Corrente elétrica, potência, resistores e leis de Ohm

FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO

ANOTAÇÕES EM AULACapítulo 33 – Corrente elétrica, potência, resistores e leis de Ohm

Material adaptado pelo Prof. Márcio Marinho

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FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO

ANTES DE TUDO

• TEMPERATURA

• EQUILÍBRIO

• VASOS COMUNICANTES

• EQUILÍBRIO ELETROSTÁTICO

• ELETRODINÂMICA

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Corrente elétrica

Corrente elétrica é o nome dado ao movimento ordenado de

cargas elétricas.

Nos condutores metálicos, os portadores de carga elétrica que

constituem a corrente são os elétrons.

Nas soluções iônicas, os portadores de carga elétrica da

corrente são íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions).

Nos gases ionizados, os portadores de carga da corrente

elétrica são íons e elétrons.

33.1

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FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO

Por convenção, o sentido da corrente elétrica é contrário ao do

movimento das cargas negativas livres.

A intensidade média im da corrente elétrica é dada por:

A unidade de medida recebe o nome de ampère (A).

Corrente elétrica

33.1

Cs

im =qt

coulomb (C)

segundo (s)

STU

DIO

CAPARRO

Z

oe

i

coulomb por

segundo Cs

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FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO

STU

DIO

CAPARRO

Z

oe

i

Sentido da Corrente elétricaI – real (o mesmo dos elétrons livres)

II – convencional (contrário ao dos elétrons livres)

VA

VB

VA < VB

Obs. Os elétrons se movimentam do polo de menor para o

maior potencial elétrico.

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Efeitos da corrente elétrica

Ao se estabelecer uma corrente elétrica em um material

condutor, podemos sempre identificar pelo menos um

dos cinco efeitos descritos a seguir.

33.2

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FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO

Efeitos da corrente elétrica

Efeito térmico

Também conhecido como efeito Joule,

esse efeito surge devido às colisões

entre os átomos do condutor e os

elétrons livres que constituem a

corrente elétrica. O efeito Joule ocorre

em equipamentos elétricos que geram

calor, como aquecedores e chuveiros.

33.2

Aquecedor elétrico

LU

SO

IMAG

ES/S

HU

TTERSTO

CK

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Efeitos da corrente elétrica

Efeito químico

O efeito químico é a base da eletrólise e acontece quando

uma solução eletrolítica é atravessada por uma corrente

elétrica e sofre decomposição.

33.2

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FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO

Efeitos da corrente elétrica

Efeito luminoso

A passagem de uma corrente

elétrica através de um gás

rarefeito pode ionizá-lo,

liberando energia em forma de

luz. As lâmpadas fluorescentes

e os letreiros em neon são

aplicações práticas desse efeito.

33.2

Lâmpada de plasma

MARCO

MERO

LA/L

OO

K A

T S

CIE

NCES/S

CIE

NCE P

HO

TO

LIB

RARY/L

ATIN

STO

CK

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Efeitos da corrente elétrica

Efeito fisiológico

Esse efeito acontece quando uma corrente elétrica atravessa

um organismo vivo. Nesse caso, a corrente elétrica afeta

o sistema nervoso e provoca contrações involuntárias

no organismo.

33.2

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Efeitos da corrente elétrica

Efeito magnético

Esse efeito, que sempre se manifesta, é caracterizado pelo

surgimento de um campo magnético nas proximidades

do condutor por onde circula a corrente elétrica. O efeito

magnético serve como base para a construção de motores

elétricos, microfones, alto-falantes, transformadores etc.

33.2

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Corrente elétrica contínua e alternada

1 – CONTÍNUA (DC) Uma corrente é considerada

contínua quando o fluxo dos elétrons passa pelo fio do

circuito sempre em um mesmo sentido, ou seja, é sempre

positiva ou sempre negativa. É o que ocorre nas baterias e

pilhas.

2 – ALTERNADA (AC) A corrente alternada é

caracterizada por um fluxo alternado no sentido dos

elétrons. Neste contexto, eles estão mudando de direção

a todo momento, estima-se que 120 vezes por segundo.É o que ocorre nas tomadas das nossas residencias, porexemplo.

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33.1

q

AD

ILSO

N S

ECCO

q = “área” sob i tN

A área do gráfico da intensidade de correnteelétrica (i) em função do tempo (t), nos dará avariação da carga elétrica (q)

GRAFICAMENTE

Vamos entender melhor

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Corrente elétrica

Lei dos nós

Nos circuitos elétricos, o ponto para o qual concorrem três ou

mais condutores é denominado nó.

33.1

AD

ILSO

N S

ECCO

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Corrente elétrica

Lei dos nós

A partir do princípio da conservação das cargas elétricas,

podemos obter uma importante propriedade das correntes

elétricas, conhecida como lei dos nós ou primeira lei

de Kirchhoff.

33.1

Em qualquer nó de um circuito elétrico, a soma das

intensidades de correntes que chegam ao nó é igual

à soma das intensidades de correntes que saem dele.

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EXEMPLO 1Quando uma corrente elétrica é estabelecida em um

condutor metálico, quais portadores de carga elétrica entram

em movimento ordenado?

EXEMPLO 2Quando as extremidades do f io metálico indicado na f igura

são submetidas a uma diferença de potencial U = νB – νA,

em que νA = 20 V e νB = 60 V, em que sentido se movem

seus elétrons livres? Qual é o sentido convencional da

corrente elétrica gerada?

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EXEMPLO 3Cerca de 106 íons de Na+penetram em uma célula nervosa,

em um intervalo de tempo de 1 ms, atravessando sua

membrana. Calcule a intensidade da corrente elétrica

através da membrana, sendo e = 1,6 · 10-19 C a carga

elétrica elementar.

EXEMPLO 4Um fio de cobre é percorrido por uma corrente elétrica

constante, de intensidade 10 A. Sendo de 1,6 · 10-19 C a

carga elétrica elementar, determine:

a) o módulo da carga elétrica que atravessa uma seção

transversal do condutor, durante um segundo;

b) a quantidade de elétrons que atravessa a citada seção,

durante um segundo.

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EXEMPLO 5A intensidade da corrente elétrica que passa por um

condutor metálico varia com o tempo, de acordo com o

diagrama a seguir: Determine:

a) o módulo da carga elétrica total que passa por uma

seção transversal desse condutor, nos 8 segundos;

b) a intensidade média de corrente elétrica nesse intervalo

de tempo.

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EXEMPLO 6Três fios condutores de cobre, F1, F2 e F3, estão interligados por solda,

como mostra a figura, e são percorridos por correntes elétricas de

intensidades i1, i2 e i3, respectivamente, sendo i1 = 2 A e i2 = 6 A nos

sentidos indicados. Determine:

a) o sentido e a intensidade da corrente elétrica no fio F3;

b) o sentido em que os elétrons livres percorrem o fio F3;

c) a quantidade de elétrons livres que passa por uma seção transversal

do fio F3 em cada segundo, sendo e = 1,6 · 10-19 C a carga elétrica

elementar.

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EXEMPLO 7(FCC-SP) O circuito mostrado na figura é formado por uma

bateria (B) e cinco lâmpadas (L). O número junto a cada

lâmpada indica a corrente que passa pela lâmpada, em

ampères: Qual é a corrente que passa pelo ponto X?

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Potência e energia elétrica

Potência é a grandeza física que indica a rapidez com que

determinado trabalho é realizado ou a rapidez com que

determinada quantidade de energia é convertida de uma

forma em outra. Assim:

A unidade de medida recebe o nome de watt (W).

33.3

P =τt

joule (J)

segundo (s)

Js

joule porsegundo

Js

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Potência e energia elétrica

Para a maioria dos equipamentos elétricos, a quantidade de

energia correspondente a 1 J é muito pequena. Por essa

razão, as companhias elétricas medem a quantidade de

energia elétrica consumida em quilowatt-hora (kWh).

33.3

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Potência e energia elétrica

Um quilowatt-hora (1 kWh) corresponde à energia elétrica

consumida por um equipamento de potência 1 kW (1.000 W)

durante 1 hora (3.600 s). Portanto:

1kWh = 1kW · h

1kWh = 1.000 W · 3.600 s

1kWh = 3,6 · 106 J

33.3

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P = U · i

Potência elétrica

A potência elétrica P é dada por:

watt (W)

33.3

ampère (A)

volt (V)

Eel = P·t

Energia elétrica

A energia elétrica Eel é dada por:

watt (W)

ampère (A)

volt (V)

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EXEMPLO 8(UFRGS-RS) O rótulo de um chuveiro elétrico indica 4

500 W e 127 V. Isso significa que, ligado a uma rede

elétrica de 127 V, o chuveiro consome:

a) 4 500 joules por segundo.

b) 4 500 joules por hora.

c) 571 500 joules por segundo.

d) 4 500 calorias por segundo.

e) 4 500 calorias por hora.

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EXEMPLO 9Por um chuveiro elétrico circula uma corrente de 20 A

quando ele é ligado a uma tensão de 220 V.

Determine:

a) a potência elétrica recebida pelo chuveiro;

b) a energia elétrica consumida pelo chuveiro em 15

minutos de funcionamento, expressa em kWh.

c) a elevação da temperatura da água ao passar pelo

chuveiro com vazão igual a 50 gramas por segundo,

supondo que ela absorva toda a energia dissipada. Use:

calor específico da água = 4,0 J/g°C.

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EXEMPLO 10A diferença de potencial U entre os terminais de um fio metálico

ligado a uma pilha é igual a 1,2 V e a intensidade da corrente que

o percorre é 5 A. Analise, então, as seguintes afirmações:

I. Os portadores de carga elétrica que percorrem o fio são

elétrons.

II. A soma dos módulos das cargas dos portadores que passam

por uma seção transversal do fio, em cada segundo, é igual a 5

coulombs.

III. O f io recebe 1,2 J de energia de cada coulomb de carga que

o percorre de um terminal ao outro.

IV. A potência elétrica consumida pelo fio é igual a 6 W e isso

significa que o fio recebe 6 joules de energia por segundo, na

forma de energia térmica.

São corretas as seguintes afirmações:

a) Nenhuma. d) Apenas II e III.

b) Apenas I, II e IV. e) Todas.

c) Apenas I, III e IV.

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EXEMPLO 11Um aquecedor elétrico de imersão, ligado a uma tomada de

110 V, eleva de 20 °C a 100 °C a temperatura de 660

gramas de água, em 4,0 minutos. Supondo que a água

aproveite toda a energia térmica produzida e sendo 1,0

cal/g°C o seu calor específico, calcule:

a) a potência do aquecedor (use 1,0 cal = 4,2 J);

b) a corrente elétrica no aquecedor.

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EXEMPLO 12(Unicamp-SP) O gráfico abaixo mostra a potência elétrica (em kW)

consumida em uma certa residência ao longo do dia. A residência é

alimentada com a voltagem de 120 V. Essa residência tem um fusível

que se queima se a corrente ultrapassar um certo valor, para evitar

danos na instalação elétrica. Por outro lado, esse fusível deve suportar

a corrente utilizada na operação normal dos aparelhos da residência.

a) Qual o valor mínimo da corrente que o fusível deve suportar?

b) Qual é a energia em kWh consumida em um dia nessa residência?

c) Qual será o preço a pagar por 30 dias de consumo se o kWh custa

R 0,12?

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EXEMPLO 13

(Fuvest-SP) Um certo tipo de lâmpada incandescente comum, de

potência nominal 170 W e tensão nominal 130 V, apresenta a

relação da corrente (I), em função da tensão (V), indicada no

gráfico a seguir. Suponha que duas lâmpadas (A e B), desse

mesmo tipo, foram utilizadas, cada uma, durante 1 hora, sendo:

A – em uma rede elétrica de 130 V;

B – em uma rede elétrica de 100 V.

Ao final desse tempo, a diferença entre o consumo de energia

elétrica das duas lâmpadas, em watt · hora (Wh), foi

aproximadamente de:

a) 0 Wh.

b) 10 Wh.

c) 40 Wh.

d) 50 Wh.

e) 70 Wh.

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Resistores e resistência elétrica

Denomina-se resistor o elemento de circuito elétrico cuja

função é converter energia elétrica em energia térmica ou

limitar a intensidade de corrente que passa por determinados

componentes de um circuito.

33.4

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33.4

Resistores e resistência elétrica

Lâmpada de tungstênio

IGO

R K

OVALCH

UK/S

HU

TTERSTO

CK

SÉRG

IO D

OTTA/C

ID

Resistência de chuveiro

Nas figuras, vemos alguns exemplos de resistores e alguns

aparelhos equipados com resistores encontrados em nosso

dia-a-dia.

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FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO

Nas figuras, vemos alguns exemplos de resistores e alguns

aparelhos equipados com resistores encontrados em nosso

dia-a-dia.

33.4

Resistores e resistência elétrica

Resistência de chuveiro

SÉRG

IO D

OTTA/C

ID

Fritadeira

SU

TSAIY

/SH

UTTERSTO

CK

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FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO

33.4

A grandeza física que indica a dificuldade imposta à

movimentação das cargas elétricas que constituem a corrente

através do condutor é denominada resistência elétrica.

Resistores e resistência elétrica

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Nos circuitos elétricos, um resistor com resistência elétrica R

costuma ser representado pelos símbolos mostrados a seguir.

ou

33.4

Resistores e resistência elétrica

R R AD

ILSO

N S

ECCO

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Consideremos um condutor submetido a uma diferença de

potencial U e percorrido por uma corrente elétrica de

intensidade i.

33.4

Resistores e resistência elétrica

STU

DIO

CAPARRO

Z

U

i

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Leis de Ohm

Primeira lei de Ohm

Quando se aumenta a ddp U aplicada aos terminais de um

resistor, a intensidade de corrente elétrica i que o atravessa

aumenta na mesma proporção. Assim, a razão entre ddp U

e a intensidade de corrente elétrica i permanece constante.

Matematicamente, escrevemos:

33.5

U1 U2 U3 Un

i1 i2 i3 in= = = … = = constante = R

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FÍSICANICOLAU, TORRES E PENTEADO

Por definição, a resistência elétrica R do condutor é dada por:

A unidade de medida recebe o nome de ohm (Ω).

33.4

Resistores e resistência elétrica

R =Ui ampère (A)

volt (V)

VA

volt por ampèreVA

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U = R · i

volt (V)

ampère (A)

ohm (W)

Primeira lei de Ohm

De acordo com a primeira lei de Ohm: os resistores cuja

resistência elétrica é constante são denominados resistores

ôhmicos.

33.5

Leis de Ohm

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Primeira lei de Ohm

O diagrama U × i de um dado componente de circuito elétrico

é denominado curva característica do componente.

Para um resistor ôhmico, vale a relação:

R = constante = tg

Diagrama U × i para diversos tipos de resistores

33.5

R crescente com iR = constante

(resistor ôhmico)

R decrescente com i

STU

DIO

CAPARRO

Z

i0

U

Leis de Ohm

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Segunda lei de Ohm

A resistência elétrica de um condutor homogêneo de seção

transversal constante depende do material de que é feito e é

diretamente proporcional ao seu comprimento L e inversamente

proporcional à sua área de seção transversal S.

33.5

Leis de Ohm

L

S

STU

DIO

CAPARRO

Z

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Segunda lei de Ohm

Consideremos o condutor mostrado na figura.

A resistência elétrica R desse condutor é dada por:

resistividade do material

33.5

Leis de Ohm

L

S

STU

DIO

CAPARRO

Z

R = ρ ·LA