FÍSICA 12 - Site de FQfq.ciberprof.com/pdf/circuitos_electricos.pdf · • A intensidade de corrente intensidade de corrente eléctrica I é uma grandeza CORRENTE ELÉCTRICA, , escalar,

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CIRCUITOS ELÉCTRICOSCIRCUITOS ELÉCTRICOS

FÍSICA 12Marília Peres

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CORRENTE ELÉCTRICACORRENTE ELÉCTRICA

• A corrente eléctrica é um movimento orientado de cargas eléctricas através de um condutor e de cargas eléctricas através de um condutor e só ocorre se houver diferença de potencial.

• O sentido convencional da corrente é o sentido do campo eléctrico e o sentido real num condutor metálico é o opostocondutor metálico é o oposto.

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• A intensidade de corrente intensidade de corrente eléctricaeléctrica I é uma grandeza

CORRENTE ELÉCTRICACORRENTE ELÉCTRICA

eléctricaeléctrica, I , é uma grandeza escalar, que se define como a razão entre a carga que atravessa uma secção recta do condutor e o intervalo de tempo.

IdQ

• Ou se o regime é estacionário: Q

t

I

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Idt

A unidade SI é o ampére (A)1 A = 1 C / s

CCORRENTEORRENTE EE VVELOCIDADEELOCIDADE DEDE DDERIVAERIVACCORRENTEORRENTE EE VVELOCIDADEELOCIDADE DEDE DDERIVAERIVA

• O movimento orientado é descrito orientado é descrito pela velocidade de arrastamento ou de deriva: vd

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• Segundo o modelo de condução eléctricaaceite, esta velocidadeé muito baixa, devidoao choque com osátomos dos condutores.

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RESISTÊNCIA E LEI DE OHMRESISTÊNCIA E LEI DE OHM

• Num condutor existe sempre resistência à passagem da corrente: colisões dos electrões, defeitos, impurezas, etc.etc.

• Verifica-se que para o mesmo campo eléctrico aplicado, essa resistência é proporcional à diferença de potencial aplicada ao condutor.

UR

I

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I• A unidade SI é o ohm (Ω)

– 1 Ω = 1 V / A

RESISTÊNCIA E LEI DE OHMRESISTÊNCIA E LEI DE OHM

•• Lei de OhmLei de Ohm::A razão entre a diferença de potencial aplicada ao A razão entre a diferença de potencial aplicada ao ç p pç p pcondutor e a intensidade de corrente que a percorre é condutor e a intensidade de corrente que a percorre é constante, à mesma temperatura.constante, à mesma temperatura.

UR

I

Se os materiais não obedecem à lei de Ohm, dizem-se não

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óhmicos.A Lei de Ohm é apenas uma lei empírica válida para alguns materiais.

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Condutor óhmicoCondutor óhmico

Resistência e Lei de OhmResistência e Lei de Ohm

Condutor não óhmicoCondutor não óhmico

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RESISTIVIDADE, RESISTIVIDADE,

• A resistência de um condutor depende da resistividade do material de que é feito.

• A unidade da resistividade é ohm metro (Ω . m)• Para um condutor filiforme, verifica-se a

seguinte relação:

R ρ

Em que: - resistividadel – comprimentoA – área da secção recta

R ρA

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Valores da Resistividade

Valores da Resistividade

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RRESISTORESESISTORESRRESISTORESESISTORES

• Muitos circuitos possuem Muitos circuitos possuem elementos chamados resistores.

• Usam-se essencialmente para controlar a corrente em partes do circuito.

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RRESISTÊNCIAESISTÊNCIA EE TTEMPERATURAEMPERATURARRESISTÊNCIAESISTÊNCIA EE TTEMPERATURAEMPERATURA

• Fora de um determinado limite, a resistividade de um material varia com resistividade de um material varia com a temperatura.

– ρo é a resistividade de referência à t t T

[1 ( )]o oρ ρ α T T

temperatura To• To é normalmente 20° C• α é o coeficiente de temperatura do material

– A unidade SI de α é oC-1

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RRESISTIVIDADEESISTIVIDADE EE TTEMPERATURAEMPERATURARRESISTIVIDADEESISTIVIDADE EE TTEMPERATURAEMPERATURA

• Para os metais a resistividade é normalmente proporcional à temperatura.

• Existe uma região não linear a baixas temperaturas que é devida essencialmente à colisão dos electrões com impurezas.

• O aumento de temperatura leva a um aumento de vibração da rede cristalina do metal, logo a resistividade aumenta.

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SSEMICONDUTORESEMICONDUTORESSSEMICONDUTORESEMICONDUTORES

• No materiais semicondutores como semicondutores, como o germânio e o silício, a resistividade diminui com a temperatura.

C t d • Com o aumento de temperatura existe um aumento dos portadores de carga.

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SSUPERCONDUTORESUPERCONDUTORESSSUPERCONDUTORESUPERCONDUTORES

• Existe uma classe de materiais cujas resistências caíem perto de zero a temperauras muito baixas: temperaturas críticas, TCC

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TTROCASROCAS DEDE EENERGIANERGIA NUMNUM CCIRCUITOIRCUITOTTROCASROCAS DEDE EENERGIANERGIA NUMNUM CCIRCUITOIRCUITO

Considere o seguinte circuito:circuito:- Quando a uma carga se move de aa até bb, a energia potencial do sistema aumenta de qqxVV ou ou qqxUU

A gi í i d – A energia química da pilha diminui da mesma quantidade.

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A potência fornecida pelo gerador será:

W U

Se o receptor for puramente resistivo, como no circuito representado, toda a energia será convertida em energia

∆ ∆t

W q UP I U

t

g ginterna, logo a temperatura aumentará!

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2P I U R I Lei de JouleLei de Joule

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A força electromotriz de um gerador (f e m ou

FORÇA ELECTROMOTRIZFORÇA ELECTROMOTRIZ


• A força electromotriz de um gerador (f.e.m. ou , de um gerador é a maior diferença de potencial que esse gerador pode fornecer, ou a maior quantidade de energia por unidade de carga.

∆E ∆ ∆E Q∆

∆Q

E ∆ ∆

∆ ∆

E QP I

t t

Potência fornecida pelo gerador

• Como o gerador tem i ê i i


resistência interna uma parte da energia vai dissipar-se por efeito de Joule:UxI = x – rx2

U = - rx I

Equação do Gerador

U

I

U = – r x I

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TTROCASROCAS DEDE EENERGIANERGIA NUMNUM CCIRCUITOSIRCUITOSTTROCASROCAS DEDE EENERGIANERGIA NUMNUM CCIRCUITOSIRCUITOS

RRECEPTORESECEPTORES QUEQUE NÃONÃO SÃOSÃO PURAMENTEPURAMENTE RESISTIVOSRESISTIVOS:Todos receptores transformam parte da energia eléctrica


que recebem em energia interna, mas a restante energia étransformada em outro tipo de energia (luz, trabalho, …).

FFORÇAORÇA CCONTRAMOTRIZONTRAMOTRIZ -- ’’Define-se como a energia E’, que o receptor recebe etransforma noutras energias (excepto por efeito de Joule)transforma noutras energias (excepto por efeito de Joule),por unidade de carga, Q, que atravessa o receptor.

∆

∆

E''

Q

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RRECEPTORESECEPTORES QUEQUE NÃONÃO SÃOSÃO PURAMENTEPURAMENTE RESISTIVOSRESISTIVOS:

PP PP + PP


PPrecebida = PPútil + PPdissipada

2U I ' I r ' I

ou

U ' r ' I

U r I

Equação do ReceptorEquação do Receptor

RRECEPTORESECEPTORES QUEQUE SÃOSÃO PURAMENTEPURAMENTE RESISTIVOSRESISTIVOS:


PPfornecida = PPdissipada

RxI2 = x – rxI2

= Rtotal x I

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RRECEPTORESECEPTORES COMCOM FFORÇAORÇA

CCONTRAONTRA--ELECTROMOTRIZELECTROMOTRIZ


CCONTRAONTRA--ELECTROMOTRIZELECTROMOTRIZ

PPfornecida = Pútil + PPdissipada

I – r I2 = ’ I + r’I2 + R I2

– r I = ’ + r’I + R I

’

r’

–’ = (r + r’ + R) I– ’ = RT I

Lei de Ohm GeneralizadaLei de Ohm Generalizada

RRESISTÊNCIASESISTÊNCIAS EMEM SSÉRIEÉRIERRESISTÊNCIASESISTÊNCIAS EMEM SSÉRIEÉRIE

• Adicionam-se os potenciais– ΔV = IR1 + IR2 = I (R1+R2)– Consequencia da

Conservação da Energia

RReqeq = = RR11 + + RR22 + + RR33 + …+ …

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• A diferença de potencial é a mesma em cadaresistência, pois cada uma está ligada aos terminais dapilha

RRESISTÊNCIASESISTÊNCIAS EMEM PPARALELOARALELORRESISTÊNCIASESISTÊNCIAS EMEM PPARALELOARALELO

pilha.• A corrente, I, sofre uma derivação: I = I 1 + I 2

Mas a soma é igual à inicial, consequência daconservação da carga.

RRESISTÊNCIASESISTÊNCIAS EMEM PPARALELOARALELORRESISTÊNCIASESISTÊNCIAS EMEM PPARALELOARALELO

1 2 3

1 1 1 1

eqR R R R

• A resistência equivalente é qsempre inferior ao menor resistor do circuito.

• A menor resistência irá ter a maior corrente

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ResistênciasResistências emem ParaleloParalelo: : ExemploExemploResistênciasResistências emem ParaleloParalelo: : ExemploExemplo

CIRCUITOS RC (RESISTÊNCIA E CONDENSADOR)CIRCUITOS RC (RESISTÊNCIA E CONDENSADOR)

• Um circuito de corrente contínua pode ter condensadores e resistores, podendo a corrente variar com tempo.

• No início o condensador começa a carregar, até atingir a carga máxima que é: QQ = = C C εε

• Quando o condensador está todo carregado a corrente no circuito é nula.

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Quando um condensador d é i d id

DDESCARREGANDOESCARREGANDO UMUM CCONDENSADORONDENSADOR NUMNUM CCIRCUITOIRCUITO RCRCDDESCARREGANDOESCARREGANDO UMUM CCONDENSADORONDENSADOR NUMNUM CCIRCUITOIRCUITO RCRC

carregado é introduzido num circuito, a sua carga é descarregada segundo a função:

Q (t)Q (t)= = QQ00 ee--tt//RCRC

• A carga diminui gexponencialmente

• Se t = = RC, a carga diminui para 0.368 Qmax– Por outras palavras, o condensador perde 63,2% da sua

carga inicial.

CCARREGANDOARREGANDO UMUM CCONDENSADORONDENSADOR NUMNUM CCIRCUITOIRCUITO RCRCCCARREGANDOARREGANDO UMUM CCONDENSADORONDENSADOR NUMNUM CCIRCUITOIRCUITO RCRC

A carga do condensador varia com o tempo

Q(t)Q(t) = = CC (1 (1 –– ee--tt//RCRC) )

t é a constante do tempo• = RC (SI -> s)

A constante de tempo representa o tempo requerido para aumentar a carga de um condensador de 0 até 63,2 % da sua carga total.

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