Física: Corrente Elétrica

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Corrente Elétrica

• Materiais condutores elétricos possuem elétrons com ligações fracas com núcleo (elétrons livres), que possibilitam movimentos aleatórios entre átomos.

• Quando o condutor é submetido a uma tensão elétrica (ao conectar uma pilha ou bateria, por exemplo), seus elétrons livres (de carga negativa) são atraídos para o polo positivo em movimentos ordenados, denominados corrente elétrica.

→Sentido Real: ocorre nos condutores sólidos, é o movimento dos elétrons do pólo negativo para o polo positivo.

→Sentido convencional: sentido da corrente que corresponde ao sentido do campo elétrico no interior do condutor, que vai do pólo positivo ao negativo.

• Análise de corrente pelo modo convencional (flui do pólo positivo ao negativo).

• A intensidade da corrente elétrica média (i) que atravessa a seção da área (S) é definida como a quantidade de carga (ΔQ) que percorre a seção em um determinado intervalo de tempo (Δt).

• Corrente Elétrica Contínua (CC): Pilhas e baterias (carregam eletrônicos) possuem polos elétricos fixos, estabelecendo no circuito a elas ligado, pelo período de vida útil ou carga da fonte elétrica, um campo elétrico constante e de mesmo sentido.

• Corrente Elétrica Variável (CV): A corrente elétrica pode ser variável no tempo.

• Corrente Elétrica Alternada (CA): Gerada por fonte alterada (tomada elétrica).

Potencial Elétrica

• Medida da quantidade de energia (E) consumida em um intervalo de tempo (t).

• Medida em Watts (W) = 1 joule por segundo (J/s).

• Potência Elétrica = rapidez em que a energia elétrica é transformada em outra.

• P = U・i

→U = tensão elétrica em volts.

→i = intensidade da corrente em amperes (A).

Resistência Elétrica (R)

• Oposição ou dificuldade que a corrente encontra para atravessar o material.

• Resistência é medida em ohm (Ω).

• Resistor: limita o valor da corrente elétrica como resultado da transformação de energia elétrica em calor.

• 1ª Lei de Ohm: U = R・i (resistores ôhmicos {com resistência constante}).

→Na prática isso não acontece pois, ao ser percorrido por uma corrente, o resistor aquece como consequência, ocorrendo um aumento no valor da resistência.

• 2ª Lei de Ohm: O comprimento (L), a área de seção transversal (A) e o material do que o condutor é feito influenciam na sua resistência elétrica, propriedade chamada de Resistividade elétrica (ρ), medida em Ω.m.

→σ = condutividade elétrica do condutor (Ω.m)^(-1).

• Potência elétrica (P) num resistor em Watts:

→R = Resistência em ohms (Ω).

→i = corrente elétrica em amperes (A).

→U = Diferença de potencial em volts (V).

Associação de Resistores

• Resistência total de um circuito com resistores lado-a-lado é igual a soma das resistências individuais dos resistores considerados.

→Req = R1 + R2 + R3 + … + Rn

→Se não tem nó, os resistores estão em série.

• Resistência total de resistores em paralelos:

→Se tem nó entre os fios, os resistores estão em paralelo.

Resistores

• Caso a diferença de potencial U (tensão) nos terminais do resistor seja nula, a corrente elétrica (i) através dele também será nula.

• Num fio condutor ideal percorrido por uma corrente elétrica, a tensão entre os pontos é nula.

• Quando a corrente elétrica percorre uma parte de um circuito com resistência elétrica praticamente nula, o resistor está em curto-circuito, havendo risco de incêndio por causa do aquecimento elevado dos condutores e terminais.

• Curto-Circuito: acabar com a diferença de potencial entre os resistores.

→Corrente e potência dos resistores é 0.

→Curto-circuito independe do valor dos resistores.

→Fio precisa de resistência, senão a corrente é maior, causando uma explosão.

• Ponte de Wheatstone: Quando R1. Rx = R2. R3 a tensão entre os pontos C e D é nula, a indicação do galvanômetro G (instrumento capaz de medir pequenas correntes) é 0, e a ponte está em equilíbrio.

Ponte de Wheatstone. Fonte: Brasil Escola

Instrumentos de Medida

• Galvanômetro: Ponteiro fornece valor de pequenas correntes elétricas na ordem de miliamperes. Tem alta precisão.

• Amperímetro: mede uma corrente elétrica que percorre um resistor; associado sempre em série, em uma faixa de corrente elétrica maior que o galvanômetro; deve ter a menor resistência interna possível.

• Voltímetro: mede a diferença de potencial (ddp/tensão elétrica) entre 2 pontos de um circuito; deve ser associado paralelo ao resistor; deve ter maior resistência interna possível.

Geradores Elétricos

• O gerador fornece energia elétrica a um circuito elétrico com a transformação de outra forma de energia (química, cinética, radiante, mecânica…).

• As pilhas são exemplos de geradores reais de corrente contínua presentes em nosso cotidiano. Nelas, a energia química é transformada em energia elétrica.

• U = ɛ - r・i

→r = resistência interna

→ɛ = força eletromotriz (tensão total produzida pelo gerador)

→U = tensão do circuito

→i = corrente.

→tensão do circuito = tensão total do gerador - tensão na resistência interna.

• Quando o gerador não está em operação, está em aberto (ex: pilha na caixa).

• Gerador ideal: dispositivo que não apresentaria resistência interna à passagem de corrente. U = ɛ, pois não haveria energia dissipada na resistência interna.

Lei de Pouillet

• Resistores em série são percorridos pela mesma corrente elétrica e a resistência equivalente (Req) é obtida por: Req = R1 + R2 + R3 + … + Rn

→η = rendimento

→U = tensão real

→i = corrente.

Associação de Geradores

• Para resistores em série:

→Req = R1 + R2 + … + Rn

→εeq = ε1 + ε2 + … + εn

• Para resistores em paralelo:

→εeq = ε

→Req = Rn

• ε = força eletromotriz de cada bateria (tensão total do interior do gerador)

• r = resistência interna de cada bateria.

• U = ɛ - r・i

• Para geradores, a maior barra indica o maior potencial (+), e a menor indica menor potencial (-).

Receptores Elétricos

• Receptores absorvem energia elétrica fornecida por um gerador elétrico e a converte em energia mecânica, tendo parte da energia dissipada em forma de energia térmica.

• U = ɛ’ + r・i ; quando a corrente é nula, ɛ’ = U.

→ɛ’ = força contra eletromotriz.

Leis de Kirchhoff

• 1ª Lei: a soma das corrente que chegam a um nó é igual a soma das correntes que saem dele.

• 2ª Lei: Ao percorrer uma malha em um sentido qualquer a partir de um ponto inicial aleatório, até retornar ele, a soma das tensões de todos os elementos é nula.

→Ao passar por um resistor, se o sentido escolhido para o percurso é o mesmo do sentido da corrente, use o sinal negativo para a ddp associada a ele, e se o percurso é contrário à corrente, considere a ddp positiva.

→Ao passar por uma fonte de tensão, se o potencial aumentar (- a +), atribua o sinal positivo a ela; se o potencial diminuir (+ a -), atribua o sinal negativo a ela.

→Tudo que o ponto ganhar nos geradores, ele tem que perder nos resistores.

→Busque escolher as correntes do sentido do maior valor para o menor, pois assim você começa do gerador, e pode escolher o sentido das correntes dos resistores, e se não der certo, é o sentido oposto daquele que você escolheu.

→Lembre que os resistores têm sentido corrente + para -.

→Se eu estou percorrendo o sentido da corrente e encontro um gerador, se encontrar a maior barra (+), eu coloco o sinal + antes dele. Se encontrar a menor barra (-), coloco o sinal negativo (-) antes dele.

Capacitores

• Capacitores são elementos de circuito que servem para armazenar carga elétrica.

→Ex: 1 lâmpada, flash de câmera, desfibrilador.

• O tipo de capacitor comum é formado por 2 placas paralelas de material condutor, separadas por uma distância d, com um material isolante em seu meio.

• Q = C・U

→Q = carga em coulomb (C).

→U = tensão elétrica entre placas em volt (V).

→C = capacitância (constante de proporcionalidade QxU) do capacitor em farad (F).

→Proporcional ao tamanho (área) das placas e inversamente proporcional à distância entre as placas.

→ε0 = permissividade de isolamento entre as placas em F/m

→A = área das placas em m2

→d = distância entre placas em m.

→E = intensidade do campo elétrico em joules (J).