ELETRODINÂMICA

1. ELETRODINÂMICA ESTUDA AS CARGAS ELÉTRICAS EM MOVIMENTO

2. Carga elétrica elementar Os prótons e os elétrons possuem massas diferentes, mas possuem o mesmo valor absoluto de carga elétrica, chamado de carga elementar, embora suas cargas tenham sinais contrários.

3. Quantidade de carga que um corpo pode possuir. Como a carga do elétron (próton) é a menor carga que existe, o valor total de carga que um corpo pode possuir é um múltiplo da carga elementar. n é o número de prótons ou elétrons.

4. Materiais condutores e isolantes. Materiais condutores são aqueles que possuem elétrons livres nos seus átomos, ao contrário dos isolantes. Em um corpo sólido, apenas os elétrons livres possuem mobilidade dentro do material. O movimento natural das cargas elétricas dentro de um material ocorre de maneira desordenada.

5. 1 - Corrente elétrica (i) Ocorre quando há movimento ordenado de portadores de carga elétrica. O sentido convencional da corrente elétrica corresponde ao do movimento das cargas positivas (mesmo quando só existe movimento de cargas negativas)

6. Exemplo em um fio condutor sólido

7. Observações: • A velocidade de um elétron em uma corrente é da ordem 1 mm de deslocamento em 10s. • Os aparelhos elétricos consomem ENERGIA e não CORRENTE. • O aparelho que mede corrente elétrica se chama amperímetro.

8. Cálculo da corrente elétrica Para uma corrente constante Onde Q é a quantidade de carga que atravessa uma secção reta de um condutor em um intervalo de tempo Δt A unidade de corrente elétrica no S.I. é o ampère (A) que significa Coulombs por segundo

9. Cálculo da Quantidade de carga A área do gráfico da corrente no tempo é numericamente igual à carga que atravessou o condutor. Aumento linear de corrente Corrente constante: Q = 300 C Q = 6.3 =18 C

10. Variação qualquer: Variações lineares: Cálculo muito complicado para o ensino médio Q = 320 mC

11. 2 – Diferença de potencial - d.d.p. - entre dois pontos (V) É a diferença de energia por unidade de carga que se desloca do ponto A para o ponto B. É definida pela razão entre o trabalho realizado pela força elétrica, em um deslocamento de A pra B, e a carga sobre a qual ele é realizado.

12. Cálculo da d.d.p. Matematicamente, a diferença de potencial entre um ponto A e outro ponto B de um sistema, é dada por: A unidade de d.d.p. no S.I. é o Volt (V) que significa Joule por Coulomb.

13. 3 – Potência elétrica (P) É a quantidade de energia transferida a um receptor por unidade de tempo. Pode ser determinada multiplicando a d.d.p. (energia que cada carga cede ao receptor) pela corrente (quantidade de carga que atravessa o receptor por unidade de tempo).

14. Cálculo da potência e da energia A unidade de potência no S.I. é o watt (W) que significa Joule por segundo. Portanto se quisermos calcular a energia consumida por um receptor em um determinado intervalo de tempo: Além da unidade do S.I., o Joule, é comum expressarmos energia elétrica em Quilowatt-hora (Kwh)

15. Exercícios: 1- Através de uma seção reta de um condutor, passam 1,2.102 Coulombs num intervalo de 10 minutos. Qual a corrente, em Ampères? 2- A lâmpada do farol de um automóvel é percorrida por uma corrente de 2,0 A, drante os 10 segundos em que fica acesa. Qual a quantidade de carga, em Coulombs, que passa por uma seção do filamento, durante esse tempo? Qual o número de elétrons que atravessa uma seção do filamento durante 10s? 3- Quando uma carga de 4,0 C se move de um ponto A a um ponto B, entre os quais existe uma d.d.p. de 12 V, qual o trabalho realizado sobre ela pela força elétrica? 4- Calcule a corrente elétrica através de um filamento de uma lâmpada de 100W-110V. 5-Calcule o consumo de energia elétrica, em Joules e em kWh, de uma lâmpada de 100 W que ficou ligada por 10 horas.

16. ECA Livro 3 – Eletricidade e Magnetismo – Capítulo 2 14, 16, 19, 20, 21, 24, 26, 28

17. 4 – Resistência elétrica (R) A energia é perdida pelos elétrons na colisão com os átomos do material que a corrente atravessa. Um resistor transforma energia elétrica em energia térmica. Um receptor recebe a energia elétrica e a transforma em outras formas de energia.

18. Cálculo da resistência elétrica É a razão entre a d.d.p. (V) e a intensidade de corrente (i) que atravessa o condutor. A unidade de resistência no S.I. é o Ohm (Ω) que significa Volt por Ampère.

19. Elementos que afetam a resistência elétrica: • Área da secção reta (A) • Comprimento do condutor (L) • Substância que compõe o condutor - resistividade (ρ) A unidade da resistividade no S.I. é o Ohm-metro (Ω.m)

21. Lei de Ohm – Materiais Ôhmicos Quando a resistência de um material não varia com a d.d.p. aplicada, dizemos que o material é ôhmico, e portanto a resistência é constante e o gráfico da d.d.p. pela corrente é uma reta. Materiais ôhmicos: Exemplo:

22. Materiais não ôhmicos:

23. Potência e resistência Já conhecemos a expressão que relaciona a potência com a corrente e a d.d.p. (, que combinada com a expressão da d.d.p. nos terminais de um resistor ôhmico ( nos fornece outras duas expressões: Essas expressões são muito importantes para observar como a potência se relaciona com a resistência de um receptor em diferentes situações.

24. Exercícios: 1-Qual é a resisência de um ferro elétrico de 120V-60W? 2-Quem tem maior resistência elétrica: Uma lâmpada de 120V-60W ou um ferro elétrico de 120V-600W? 3-Quando mudamos a posição da chave de um chuveiro elétrico de morno para quente, sem modificar a d.d.p. nos seus terminais, estamos aumentando ou diminuindo a resistência? 4-Uma lâmpada incandescente (100W-120V) tem um filamento de tungstênio de comprimento igual a 31,4 cm e diâmetro 4,0.10-2mm. A resistividade do tungstênio à temperatura ambiente é de 5,6.10-8ohm.m. Qual a resistência do filamento quando ele está à temperatura ambiente? Qual a resistência do filamento com a lâmpada acesa?

25. ECA Livro 3 – Eletricidade e Magnetismo – Capítulo 3 23, 26, 27, 29, 30, 32, 38, 40, 43, 45, 46, 48

26. 5 – Geradores elétricos A função do gerador é a de manter uma d.d.p. permanente nos seus terminais A d.d.p. fornecida por um gerador é denominada força eletromotriz (ε) e é a energia fornecida pelo gerador a cada carga que o atravessa.

27. A força eletromotriz pode ser calculada pela razão entre a energia que o gerador fornece à carga q que o atravessa e essa carga: A unidade da fem é o volt, e é análogo à d.d.p. de um resistor, onde a d.d.p. é a energia por carga perdida pela corrente e a fem é a energia por carga recebida pela corrente.

28. Considere que a fem do gerador seja de 12V e a resistência da lâmpada seja de 3,0 ohms. Toda a d.d.p fornecida pelo gerador é recebido pela lâmpada, de forma que: No circuito: = 12V Representado por: mas como Gerador

29. Resistência interna de um gerador (r) Um gerador que fornece toda a sua fem para o circuito é denominado gerador ideal. Numa situação real, os geradores possuem uma resistência interna que consome parte da fem, dessa forma a d.d.p. fornecida para o circuito (V) é a diferença entre a fem gerada (ε) e a d.d.p. consumida pela resistência interna (r.i).

30. Exemplo: Considere o circuito ao lado, de um gerador de fem 12 V com uma resistência interna de 1,0 Ohm ligado a um resistor de 3,0 Ohms.

31. Observe que: O valor máximo que a pode ter é quando a corrente é muito pequena, próxima de zero: O valor máximo que a corrente pode ter é quando a é muito pequena, próxima de zero: Então:

32. Potência e rendimento de um gerador Rendimento ():