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Univercidade Anhaguera Trabalho de Introdução a Eletricidade

1

1.1 Associe cada termo da coluna um ao seu significado mais adequado na coluna dois.

Coluna 1 Coluna 2 1. Elétron (a) Carga positiva 2. Nêutron (b) Mesmo número de elétrons e prótons 3. Composto (c) Elétrons na primeira camada 4. Neutro (d) Elétrons liberados 5. Elétron de valência (e) Carga neutra 6. Número Atômico (f) Elétrons na camada mais externa 7. Elétrons Livros (g) Cota preenchida na camada mais externa 8. Camada K (h) Número de elétrons no núcleo 9. Íon (i) Carga Negativa 10. Inerte (j) Cota de 2 elétrons

(k) Elétrons combinados (l) Número de prótons no núcleo (m) Átomo carregado

Resposta: 1.(i); 2.(e); 3.(l); 4.(b); 5.(f); 6.(m); 7.(d); 8.(j); 9.(n); 10.(g).

1.2 Mostre a estrutura atômica do elemento alumínio com número atômico 13. Qual é a sua

valência eletrônica?

Pelo fato do alumínio ter 13 prótons no núcleo, ele deve ter 13 elétrons orbitais para ser

eletricamente neutro. Começando pelas camadas mais internas, temos:

Camada K 2 elétrons Camada L 8 elétrons Camada M 3 elétrons

Total 13 elétrons

A estrutura atômica do alumínio apresenta uma distribuição de elétrons como mostra a figura

1-11. A sua valência eletrônica é -3, porque ele possui 3 elétrons de valência.


2

1.3 Observando o número máximo de elétrons nas camadas K, L, M e N na figura 1-3 verificamos

que eles são 2, 8, 18,32 elétrons, respectivamente. Desenvolva a formula que descreva essa

relação, onde n é o número da camada em ordem sequencial a partir do núcleo.

A formula é 2n² porque o número máximo de elétrons na camada.

K ou primeira (n = 1) é 2(1²) = 2(1) = 2

L ou segunda (n = 2) é 2(2²) = 2(4) = 8

M ou terceira (n = 3) é 2(3²) = 2(9) = 18

N ou quarta (n =4) é 2(4²) = 2(16) = 32

Essa relação é verdadeira para a maioria dos elementos.

1.4 Qual é a carga efetiva de um corpo que contenha 8 prótons e 4 elétrons?

O valor numérico da carga efetiva é obtido subtraindo-se o número de um tipo de carga do

número de outo tipo de carga. Logo, uma carga positiva de 8 (+8) e uma carga negativa de 4 (-

4) resulta em uma carga positiva de 4 (+4).

1.5 Um isolante carregado tem um déficit de 50 x 10¹8 elétrons. A deficiência de elétrons implica

um excesso de prótons. Portanto, o isolante tem uma carga elétrica de 8C ou +Q = 8C.

1.6 Escreva a palavra que completa mais corretamente cada uma das seguintes informações:

(a) Uma haste de borracha repele outra haste de borracha, de forma que ambos têm carga

Igual (ais) (lei das cargas).

(b) Uma haste de vidro atritado com um tecido de seda atrai uma haste de borracha atritada

com pele de animal. Se a haste de borracha for negativa, a haste de vidro deve ser

positiva (lei das Cargas).

1.7 Determine a corrente necessária para carregar um dielétrico para que ele acumule uma carga

de 20 C após 4 s.

Valores conhecidos: Q= 20C; T=4s

Incógnitas: I ==?

I = Q/T = 20/4 = 5 A

1.8 Uma corrente de 8 A carrega um isolador por 3 s. Qual é a carga acumulada?

Valores obtidos: I = 8 A; T = 3 s.

Incógnita: Q = ?

Q = IT = 8 x 3 + 24 C

1.9 Escreva a palavra ou palavras que completam mais corretamente as seguintes afirmações:

(a) A capacidade de uma carga realizar trabalho é o seu Potencial.

(b) Quando uma carga é diferente de outra, há uma diferença de potencial.

(c) A unidade de diferença de potencial é o Volt.

(d) A soma das diferenças de potencial de todas as cargas é chamada de Força eletromotriz.

(e) O movimento de cargas produz uma Corrente.


3

(f) Uma grande quantidade de cargas em movimento representa um valor maior de corrente.

(g) Quando a diferença de potencial for zero, o valor da corrente será zero.

(h) O aparecimento de fluxo de cargas é chamado de Corrente.

(i) O sentido do fluxo convencional da corrente é do ponto de potencial maior para o ponto

menor.

(j) O fluxo de elétrons tem sentido oposto ao do fluxo Convencional.

(k) A corrente continua (cc) tem somente um sentido.

(l) Uma bateria é um exemplo de uma fonte de tensão cc.

(m) Uma corrente alternada (ca) inverte sua polaridade.

1.10 Associe cada dispositivo da coluna 1 com o seu principio mais próximo da coluna 2.

Coluna 1 Coluna 2 1. Bateria (a) Indução eletromagnética 2. Gerador (b) Emissão termoiônica 3. Tubo de imagem de TV (c) Gases ionizados 4. Válvula (d) Reação química 5. Agulha de toca discos (e) Energia térmica

(f) Fotoeletricidade (g) Movimento mecânico

Respostas: 1.(d); 2.(a); 3.(f); 4.(b); 5.(g).

Problemas complementares

1.11 Associe cada termo da coluna 1 com o seu significado mais próximo na coluna 2.

Coluna 1 Coluna 2 1. Próton (a) Carga negativa 2. Molécula (b) Cota de 8 elétrons 3. Cota (c) Estado excitado 4. Camada L (d) Número máximo de elétrons em uma camada 5. Elemento (e) Átomo negativamente carregado 6. Instável (f) Carga positiva 7. Camada (g) Massa e volume 8. Cobre (h) O número atômico é 29 9. Íon negativo (i) Cota de 18 elétrons 10. Matéria (j) Órbita

(k) Menor partícula contendo características iguais

(l) O numero atômico é 14 (m) Todos os átomos são iguais

Respostas: 1.(f); 2.(k); 3.(d); 4.(b); 5.(m); 6.(c); 7.(j); 8.(h); 9.(e); 10(g).

1.12 Complete o mais corretamente possível com uma ou mais palavras as seguintes

afirmações:

(a) Os elétrons deslocam-se em torno do núcleo em percursos chamados de Camadas ou

orbitas.

(b) O núcleo de um átomo é formado por partículas chamadas de prótons e nêutrons.

(c) O número de prótons no núcleo de um átomo é conhecido como o Numero Atômico.


4

(d) Quando todos os átomos de uma substância forem iguais, a substância é chamada de

elemento químico.

(e) Uma Molécula é a menor partícula de um composto, que mantem todas as propriedades

daquele composto.

(f) O nível de energia de um elétron é determinado pela sua distância do núcleo de um átomo.

(g) Se um átomo neutro recebe elétrons, ele se torna um íon negativo.

(h) Se um átomo neutro cede elétrons, ele se torna um íon positivo.

(i) Cargas opostas se atraem mutuamente, enquanto cargas iguais se repelem.

(j) Um corpo carregado é envolvido por um campo eletrostático.

1.13 Mostre a estrutura atômica do elemento fósforo, o qual tem o número atômico 15. Qual é

sua valência?

Resposta: A valência é -5

1.14 Mostre a estrutura atômica do elemento néon, que tem número atômico igual a 10. Qual a

sua valência?

Resposta: A valência é 0, assim o néon é estável.

1.15 Qual a carga liquida se 13 elétrons forem acrescentados a 12 prótons?

Resposta: - 1 elétron.

1.16 O que acontece com o átomo de silício quando ele perde todos os elétrons que orbitam na

camada mais externa?

Resposta: Ele se torna um íon negativo com uma carga liquida de -4.

1.17 Um isolador carregado tem um excesso de 25 x 10¹8 elétrons. Determine sua carga em

Coulomb com a polaridade.

Resposta: -Q = 4C


5

1.18 Um material com um excesso de 25 x 10¹8 elétrons perde 6,25 x 10¹8 elétrons. Faz-se com

que os elétrons excedentes fluam passando por um dado ponto em 2 s. Calcule a corrente

produzida pela passagem dos elétrons resultantes.

Resposta: I = 1,5 A.

1.19 Uma carga de 10 C passa por um dado ponto a cada 2 s. Qual é a corrente?

Resposta: I = 5 A.

1.20 Qual é a carga acumulada quando uma corrente de 5 A carrega um isolante durante 5s?

Resposta: Q = 25 C

1.21 Associe cada item na seção 1 com sua aplicação na seção 2.

Seção 1 Seção 2 1. Água (a) Célula solar 2. Óxido de césio (b) Gerador 3. Silício (c) Bateria 4. Quartzo (d) Oscilador a cristal 5. Zinco – carbono (e) Célula fotoelétrica 6. Ferro – cobre (f) Turbina

(g) Conversor MHD (h) Termopar

Respostas: 1.(f); 2.(e); 3.(a); 4(d); 5.(c); 6.(h).

1.22 Preencha a tabela com os valores que estão faltando.

I(A) Q(C) T(s)

5 10 2 5 20 4

4,5 9 2 7 21 3 2 6 3

Justificativa das respostas dos problemas complementares:

Questão 1.11

1. Próton: é uma partícula encontrada no núcleo de um átomo, cujo sua carga é positiva,

sendo 1,6*10-19 C.

2. Molécula: é a menor partícula de qualquer composto que ainda contenha suas

características originais.

3. Cota: numero máximo de elétrons que uma camada suporta.

4. Camada L: 2ª camada da eletrosfera, cujo a sua cota elétrica é 8 elétrons.

5. Elemento: São todos os atomos que possuem o mesmo número de prótons em seu núcleo.

6. Instavel: é todo atomo cujo se encontra em seu estado exitado, ou seja o número de próton

e elétrons não se encontram iguais.


6

7. Camada: são as órbitas cujo circulam os elétrons, os átomos podem ser constituídos por

até 7 camadas K, L, M, N, O, P e Q.

8. Cobre: é um metal cujo seu numero atômico é 29, ou seja, possui 29 prótons em seu

núcleo.

9. Íon negativo: são todos os átomos cujo se tem mais elétrons do que prótons, sua carga é

negativa.

10. Matéria: é tudo que possui massa e ocupa lugar no espaço.

Questão 1.12

a- Todos os elétrons que consiste em um átomo tem uma camada pré-estabelecida, quanto

mais próxima essa camada estiver do núcleo mais forte ela é, essas camadas são as

chamadas de eletrosfera.

b- O núcleo atômico é constituído por prótons e nêutrons, os prótons possuem cargas

elétricas positivas e pelas leis de repulsão e atração tenderiam a afastarem-se umas das

outras, porem isso não acontece devido a uma atração que os neutros exercem sobre os

prótons.

c- O numero de prótons no interior do núcleo é conhecido como numero atômico

d- Átomos que possuem o mesmo número de prótons em seu núcleo são conhecidos como

elemento químico.

e- Molécula é a menor partícula de um composto que contenha as características originais.

f- Cada camada da eletrosfera, esta classificada segundo o seu nível de energia, quanto

mais próximo essa camada for do núcleo, mais energia ela contem, portanto, elétrons em

camadas próximas ao núcleo tem maior energia do que elétrons que se encontram em

camadas longe do mesmo.

g- A carga do elétron é negativa e sua compensação se da pelo numero de prótons

existentes no núcleo, pois se um átomo recebe elétrons, o numero de prótons ficará menor

que o numero de elétrons, portanto prevalecera o sinal da maior quantidade de carga.

h- Conforme o item anterior doando elétrons, o átomo ficará com maior numero de prótons, e

prevalecerá o sinal positivo.

i- Toda carga tende a se estabilizar, portanto se uma carga contem muitos prótons, ela

atrairá muito elétrons, com o intuito de tornar-se neutra, e se a mesma for muito negativa, ela

doara elétrons, a fim de estabilizar-se.


7

j- A característica fundamental de uma carga elétrica carregada, é a sua capacidade de

exercer força, com isso temos um campo elétrico em torno de qualquer carga carregada.

Questão 1.13

Como visto nos exercícios anteriores, cada camada suporta uma determinada quantidade de

elétrons, como o fosforo tem seu numero atômico 15, ele tem 15 prótons, e por sua vez 15

elétrons, distribuindo 15 nas respectivas camadas, temos:

K – 2 L – 8 M – 5

Se a camada M é a ultima cama, ela é a camada de valência, que contem 5 elétrons, que são

cargas negativas.

Questão 1.14

Conforme explicada na figura anterior, se o numero atômico do elemento é 10, na primeira

camada tem-se 2 elétrons e na segunda 8 elétrons, completando a cota das duas camadas,

tornando-o um elemento estável.

Questão 1.15

Conforme já visto, o numero de elétrons tem que ser igual ao numero de prótons para que o

átomo esteja estável, neste caso, tem-se 1 elétron a mais do que os prótons, pelo elétron ser

negativo logo a sua carga liquida é -1.

Questão 1.16

Questão 1.17

1 Coulomb é igual a 6,25.1019 , portanto a carga será 25.1018/6,25.1018 que será 4. Por ser

elétron é negativa.

Questão 1.18

𝑖 = 𝑄

𝑡


8

𝑄 = 𝑛 ∗ 𝑒

25.1018 - 6,25.1018 = 18,75.1018

Q = 18,75.1018 . 1,6.10-19 = 3

𝑖 = 3

2 = 1,5 A

Questão 1.19

𝑖 = 𝑄

𝑡

𝑖 = 10

2 = 5 A

Questão 1.20

𝑖 = 𝑄

𝑡

5 = 𝑄

5 = 25C

Questão 1.21

1 A agua é o agente principal para movimento de turbinas.

2 O oxido de césio, ao ser atingido pela luz, emitem elétrons.

3 O silício são semicondutores que converte a energia luminosa, em energia elétrica.

4 Quartzo são cristais que geram energia aquando se tem movimentos mecânico.

5 Zinco – carbono São materiais utilizados em baterias, onde ha a conversão de energia

química em energia elétrica.

6 Ferro – cobre, pelas propriedades destes materiais, ao serem aquecidos eles geram uma

fem.


9

Questão 1.22

Todos os cálculos utilizaram a seguinte formula:

𝑖 = 𝑄

𝑡


10

1.3


11


12

1.4

Estrela - Triangulo

Rac = 𝑹𝒃.(𝑹𝒂+𝑹𝒄)

𝑹𝒃+(𝑹𝒂+𝑹𝒄) = R1 + R3

Rab = 𝑹𝒄.(𝑹𝒂+𝑹𝒃)

𝑹𝒄+(𝑹𝒂+𝑹𝒃) = R1 + R2

Rbc = 𝑹𝒂.(𝑹𝒃+𝑹𝒄)

𝑹𝒂+(𝑹𝒃+𝑹𝒄) = R2 + R3

𝑹𝒃.𝑹𝒄+𝑹𝒄.𝑹𝒂

𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄 -

𝑹𝒃.𝑹𝒂+𝑹𝒃.𝑹𝒄

𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄 = (R1+R2)-(R1+R3)

𝑹𝒂.𝑹𝒄−𝑹𝒃.𝑹𝒂

𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄 = R2 - R3

𝑹𝒂.𝑹𝒃+𝑹𝒂.𝑹𝒄

𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄 -

𝑹𝒂.𝑹𝒃+𝑹𝒂.𝑹𝒄

𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄 = (R2+R3)-(R2+R3)

𝟐.𝑹𝒃.𝑹𝒂

𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄 = 2R3

R3 = 𝑹𝒃.𝑹𝒂

𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄

Para R1 e R3 temos:

R1 = 𝑹𝒃.𝑹𝒄


R2 = 𝑹𝒂.𝑹𝒄


Triangulo - Estrela

𝑹𝟑

𝑹𝟏 =

(𝑹𝒂.𝑹𝒃)/(𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄)

𝑹𝒃.𝑹𝒄 /(𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄) =

𝑹𝒂

𝑹𝒄

𝑹𝒄.𝑹𝟑

𝑹𝟏 = Ra

𝑹𝟑

𝑹𝟐 =

(𝑹𝒂.𝑹𝒃)/(𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄)

𝑹𝒂.𝑹𝒄 /(𝑹𝒂+𝑹𝒃+𝑹𝒄) =

𝑹𝒃

𝑹𝒄

𝑹𝒄.𝑹𝟑

𝑹𝟐 = Rb

(𝑹𝒄.𝑹𝟑/𝑹𝟏)𝑹𝒄

𝑹𝟑.𝑹𝒄/𝑹𝟐 + 𝑹𝒄.𝑹𝟑

𝑹𝟏 +𝑹𝒄

(𝑹𝒄.𝑹𝟑/𝑹𝟏)𝑹𝒄

𝑹𝟑

𝑹𝟐 +

𝑹𝟑

𝑹𝟏 +𝟏

(𝑹𝟑.𝑹𝒄/𝑹𝟏)

(𝑹𝟏.𝑹𝟐+𝑹𝟏.𝑹𝟑+𝑹𝟐.𝑹𝟑)/(𝑹𝟏.𝑹𝟐) = R2

(𝑹𝟐.𝑹𝟑.𝑹𝒄)

𝑹𝟏.𝑹𝟐+𝑹𝟏.𝑹𝟑+𝑹𝟐.𝑹𝟑

Rc = 𝑹𝟏.𝑹𝟐+𝑹𝟏.𝑹𝟑+𝑹𝟐.𝑹𝟑

𝑹𝟑

Para Ra e Rb temos:

Ra = 𝑹𝟏.𝑹𝟐+𝑹𝟏.𝑹𝟑+𝑹𝟐.𝑹𝟑

𝑹𝟏

Rb = 𝑹𝟏.𝑹𝟐+𝑹𝟏.𝑹𝟑+𝑹𝟐.𝑹𝟑

𝑹𝟐

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