Objetivos Fisica-e-Química - Teste Nº5

O que é um circuito elétrico?

Um circuito elétrico é um caminho por onde passa a corrente elétrica. É constituído por um conjunto de componentes ligados uns aos outros e ligados aos pólos de um gerador. No circuito elétrico há vários componentes:

Uma fonte de energia elétrica/Gerador – Fornecem energia elétrica ao circuito.Ex. Pilhas, baterias, dínamos, alternadores, fontes de tensão.

Recetores de energia elétrica – Recebem energia elétrica do gerador e transformam-na noutras fontes de energia (sol, luz, calor ou movimento).

Ex. lâmpadas, eletrodomésticos, motores elétricos.

Fios de ligação: estabelecem ligação entre os elementos do circuito.

Interruptores que permitem abrir ou fechar o circuito elétrico.

Corrente elétrica: É o movimento orientado de partículas com carga elétrica. Nos metais essas partículas com carga elétrica são os eletrões. Nos líquidos e nos gases são os iões.

Condutores elétricos: Materiais que conduzem bem a corrente elétrica.

Exemplos: Metais, grafite,água com sal, soluções ácidas.

Isoladores elétricos: Materiais que não conduzem bem a corrente elétrica.

Exemplos: Madeira, plástico, vidro, borracha

Nota 1

Só há corrente elétrica quando o circuito está fechado. Quando se abre o circuito a corrente pára.

Nota2

Os eletrões movem-se do pólo negativo para o pólo positivo (sentido real da corrente elétrica).

O sentido convencional da corrente elétrica é oposta. (Sentido convencional – Do pólo positivo para o pólo negativo).

Estes electrões fluem do Pólo Negativo para o Pólo Positivo da fonte - Sentido Real da Corrente Eléctrica. Em Física, convencionou-se que a corrente eléctrica tem o sentido do Pólo Positivo para o Pólo Negativo da fonte - Sentido Convencional da Corrente Eléctrica.

Sentido Real da Corrente

Sentido do pólo negativo para o pólo positivo da pilha.

Nota3

A grandeza física que mede a energia que um gerador pode fornecer ao circuito é a tensão ou diferença de potencial (U). A sua unidade no SI é o volt (V).

Milivolt(1mv)=0,001v. Quilovolt (1kv)=1000V

Corrente contínua e corrente alternada

Corrente contínua: Os eletrões movem-se no mesmo sentido. Simboliza-se por CC,DC ou (-) Ex. Pilhas e baterias.

Corrente alternada: Os eletrões mudam de sentido periodicamente. Simboliza-se por CA, AC ou(~) Ex. Alternadores dos carros e centrais elétricas.

Sentido Convencional da Corrente

Sentido do pólo positivo para o pólo negativo da pilha.

Circuito I Circuito II

Repara que os componentes dos dois circuitos são os mesmos: 1 pilha, 1 interruptor, 2 lâmpadas, fios de ligação e crocodilos. Com o mesmo material, podemos construir circuitos diferentes e com propriedades diferentes.

No circuito I, diz-se que as lâmpadas se encontram ligadas em série (as lâmpadas estão ligadas em sequência).

No circuito II, diz-se que as lâmpadas estão ligadas em paralelo (a segunda lâmpada encontra-se ligada aos terminais da primeira).

Circuito em Série

Circuito em Paralelo

As lâmpadas apenas funcionam simultaneamente;

Se uma das lâmpadas funde ou é desenroscada, o circuito fica aberto e a outra lâmpada apaga-se.

As lâmpadas funcionam de forma independente uma da outra;

Se uma das lâmpadas funde ou é desenroscada, a outra lâmpada continua a brilhar.

Os circuitos representam-se esquematicamente da seguinte forma:

Circuito em Série Circuito em Paralelo

Conclusão:

Se abrirmos um interruptor: Num circuito em série, todas as lâmpadas se apagam; Num circuito em paralelo, só as lâmpadas do mesmo ramo do interruptor se apagam;

Conclusão:

Se uma lâmpada fundir ou for retirada: Num circuito em série, todas as outros lâmpadas se apagam; Num circuito em paralelo, as lâmpadas dos outros ramos continuam a brilhar

Se ligarmos várias pilhas em série (ligando o pólo positivo de uma ao pólo negativo e assim sucessivamente), a tensão total é a soma das tensões de cada pilha.

Diferença de Potencial

É possível encontrar à venda vários tipos de pilhas ou baterias diferentes. Para além da diferença no tamanho, algumas delas apresentam diferença na "voltagem". Por exemplo: Aquilo a que chamamos habitualmente de "voltagem" é a diferença de potencial (d.d.p.) da pilha ou bateria. Essa d.d.p. está relacionada com a energia que a pilha ou bateria transfere para as cargas eléctricas que vão percorrer o circuito.

A unidade SI para a d.d.p. é o Volt, cuja abreviatura é o símbolo V.Podemos dizer então que a bateria de 12 Volt fornece mais energia às cargas eléctricas de um circuito do que a pilha de 1,5 Volt.

Ao medir a d.d.p. aos terminais da pilha, o voltímetro regista 3 Volt:

Conclusão:

Num circuito em série, a d.d.p. da fonte de energia (pilha) é igual à soma das d.d.p. dos receptores de energia (lâmpadas);

d.d.p. pilha = 3 V d.d.p. 1.ª lâmpada + d.d.p. 2.ª lâmpada = 2 + 1 = 3 V

Ao medir a d.d.p. nas lâmpadas, os resultados obtidos foram os seguintes:

Considera um circuito eléctrico constituído por 1 pilha de 3 Volt, 1 interruptor e 2 lâmpadas ligadas em paralelo com a pilha. O material utilizado é o mesmo da actividade anterior:

Conclusão: Num circuito em paralelo como o deste exemplo, a d.d.p. do ramo principal é igual à d.d.p. em cada um dos outros ramos.

Voltímetros

Os voltímetros medem a tensão elétrica (u) em volts (V) nos terminais de um gerador ou dos recetores;

Os voltímetros instalam-se em paralelo;

Tensão elétrica

Conclusão/Nota:

Se ligarmos um aparelho a uma tensão elétrica superior à indicada pelo fabricante, esse aparelho queima imediatamente passado pouco tempo.

Se ligarmos um aparelho a uma tensão elétrica inferior à indicada pelo fabricante esse aparelho nunca queima mas não funciona, ou funciona com menor rendimento.

Intensidade de Corrente

A Intensidade de Corrente relaciona-se com o número de electrões que passa numa secção recta de determinado condutor metálico, por unidade de tempo. Quanto maior o número de electrões a atravessar o condutor por unidade de tempo, maior a Intensidade de Corrente.A unidade SI para a Intensidade de Corrente é o Ampere, cuja abreviatura é o símbolo A.

Num circuito eléctrico o amperímetro é sempre ligado em série com o componente:

Ao colocar amperímetros em diversos pontos do circuito, estes apresentaram os valores indicados em seguida:

Conclusão: Num circuito em série, a Intensidade de Corrente que percorre o circuito é a mesma em qualquer ponto do circuito.

Intensidade de Corrente em Circuitos em Paralelo

Considera um circuito eléctrico constituido por 1 pilha, 1 interruptor e 2 lâmpadas ligadas em paralelo com a pilha. O material utilizado é o mesmo da actividade anterior:

Ao colocar amperímetros em diversos pontos do circuito, estes apresentaram os valores indicados em seguida:

Pode-se então concluir que:

Num circuito em paralelo como o deste exemplo, a Intensidade de Corrente que percorre o ramo principal divide-se pelos restantes ramos de modo a que a soma das Intensidades de Corrente em cada ramo seja igual à Intensidade de Corrente no ramo principal;

Intensidade de Corrente 2 + Intensidade de Corrente 3 = 0,5 + 0,3 = 0,8A

Intensidade de Corrente 1 = Intensidade de Corrente 4 = 0,8A

Resistência elétrica

A corrente eléctrica é um fluxo de electrões que se movimentam ao longo de determinado material. Ao longo do seu movimento, os electrões chocam constantemente com os átomos do material condutor. Estes átomos opõem-se à sua passagem. Assim:

Há materiais bons condutores de corrente eléctrica, não oferecem grande resistência à passagem dos electrões;

Há materiais maus condutores de corrente eléctrica (Isoladores), que oferecem grande resistência à passagem dos electrões

A Resistência eléctrica oferecida por determinado condutor não depende apenas do tipo de material de que este é constituído. Também depende...

... do comprimento do condutor

Quanto maior o comprimento, maior a Resistência que o condutor oferece à passagem da corrente eléctrica.

... da espessura do condutor

Quanto maior a espessura, menor a Resistência que o condutor oferece à passagem da corrente eléctrica.

Num condutor em funcionamento num circuito eléctrico pode ser determinada se conhecermos a Diferença de Potencial aos terminais do condutor e a Intensidade dse Corrente Eléctrica que o atravessa. A Resistência Eléctrica pode ser determinada da seguinte forma:

Para obteres a Resistência Eléctrica em Ohm (Ω), a Diferença de Potencial deve ser convertida a Volt (V) e a Intensidade de Corrente a Ampere (A). Considera o seguinte exemplo:

Neste caso, a Resistência Eléctrica pode ser calculada da seguinte forma:

A Resistência Eléctrica deste condutor é de 3 Ω.

Condutores Óhmicos e Não -Óhmicos

Há materiais que mantém sempre o mesmo valor de resistência, qualquer que seja a Diferença de Potencial aos seus terminais e a Intensidade de Corrente que os atravessa. A estes chamamos de Condutores Óhmicos ou Lineares.

Por outro lado, há materiais cujo valor de resistência varia, consoante a Diferença de Potencial aos seus terminais e a Intensidade de Corrente que os atravessa. A estes chamamos de Condutores Não-Óhmicos.

Lei de Ohm - Condutores Óhmicos

A Lei de Ohm permite identificar um condutor Óhmico. Diz o seguinte:

" A Diferença de Potencial nos terminais de qualquer condutor metálico filiforme e homogéneo, a temperatura constante, é directamente proporcional à Intensidade de Corrente que o percorre. "

Ou seja, para um condutor ser Óhmico, nas condições referidas, deve apresentar uma relação de proporcionalidade directa entre a Diferença de Potencial aos seus terminais e a Intensidade de Corrente que o atravessa. Essa relação de proporcionalidade directa indica-nos que a Resistência Eléctrica é sempre constante. A representação gráfica da Diferença de Potencial em função da Intensidade de Corrente será uma recta a passar na origem das posições:

Condutores Não-Óhmicos

Um condutor Não-Óhmico apresenta, tal como já foi dito, diferentes valores de Resistência Eléctrica, consoante a Diferença de Potencial aos seus terminais e a Intensidade de Corrente que o atravessa. Nesse caso, não há proporcionalidade directa entre a Diferença de Potencial aos terminais do condutor e a Intensidade de Corrente que o percorre. A representação gráfica da Diferença de Potencial em função da Intensidade de Corrente já não é uma recta a passar na origem das posições. Pode ser, por exemplo:

Potência Eléctrica

A Potência de um componente eléctrico indica-nos a quantidade de energia gasta por unidade de tempo por esse componente A unidade de Sistema Internaciona SI para a potência é o Watt (W). Para determinar a potência eléctrica de um componente eléctrico em funcionamento num circuito, é necessário conhecer a Diferença de Potencial (U) aos seus terminais e a Intensidade de Corrente (I) que o atravessa. Para calcular a potência basta multiplicar a Diferença de Potencial (U) pela Intensidade de Corrente:

Potência = Diferença de Potencial x Intensidade de Corrente

ou

P = U x I

Considera o exemplo seguinte:

Sabendo que a Diferença de Potencial aos terminais da lâmpada é de 3 V, e a Intensidade de COrrente que a percorre é de 0,5 A, a potência eléctrica da lâmpada será:

P = U x I ⟺P = 3 x 0,5 ⟺P = 1,5 W

A Potência eléctrica da lâmpada é de 1,5 W, ou seja, a cada segundo que passa a lâmpada consome 1,5 Joule de Energia.

Energia

Uma vez que a Potência eléctrica nos informa sobre a quantidade de energia consumida por unidade de tempo, para calcular a energia(E) consumida por um condutor precisamos de saber durante quanto tempo (t) este esteve em funcionamento e qual a sua potência (P). Assim:

E = P x t

ou

E = U x I x t

Considera o exemplo anterior e admite que a lâmpada funcionou durante 10 segundos.

A energia consumida pela lâmpada nos 10 segundos de funcionamento calcula-se da seguinte forma:

E = U x I x t ⟺E = 3 x 0,5 x 10 ⟺E = 15 J