Eletrodinâmica
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Eletrodinâmica. Ramo da eletricidade que estuda as cargas em movimento. Corrente elétrica. Observe o movimento dos elétrons em um condutor. Movimento caótico. V B. V A. Criando uma ddp nos terminais deste condutor, verificamos que os elétrons passam a se mover ordenadamente. - PowerPoint PPT Presentation
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Corrente elétrica Observe o movimento dos elétrons em um condutor.
E
VA
VB
Movimento caótico
Criando uma ddp nos terminais deste condutor, verificamos que os elétrons passam a se mover ordenadamente. À este movimento ordenado dos elétrons damos o nome de corrente elétrica.
Sentido da corrente elétrica
Sentido real: movimento dos elétrons é contrário à linha de campo elétrico
Sentido convencional: considera-se o movimento imaginário dos prótons.
Cálculo da corrente elétrica
Para calcular a corrente elétrica, basta medirmos a quantidade de carga elétrica que passa por uma secção transversal de um condutor por unidade de tempo.
Área da secção transversal t
Qi
Efeitos da corrente elétrica Efeito Joule: quando a corrente elétrica atravessa um condutor e verifica-
se a transformação de energia elétrica em energia térmica.
Chuveiro elétrico Chapinha Ferro
Efeito químico: a corrente elétrica ao atravessar uma solução de ácido sulfúrico em água, por exemplo, observa-se que da solução se desprende hidrogênio e oxigênio. A corrente elétrica produz, então, uma ação química nos elementos que constituem a solução. Esta ação, que se chama eletrólise.
Efeito magnético: Quando a corrente elétrica passa em um condutor, ao redor do condutor se produz um campo magnético. A corrente elétrica se comporta como um ímã, tendo a propriedade de exercer ações sobre ímãs e, sobre o ferro.
Efeito luminoso: a corrente ao atravessar um gás ela transforma a energia elétrica em energia luminosa
Observação: Lâmpadas incandescentes
Efeito fisiológico: A corrente elétrica tem ação, de modo geral, sobre todos os tecidos vivos, porque os tecidos são formados de substâncias coloidais e os colóides sofrem ação da eletricidade. Mas é particularmente importante a ação da corrente elétrica sobre os nervos e os músculos.
Na ação sobre os nervos devemos distinguir a ação sobre os nervos sensitivos e sobre os nervos motores. A ação sobre os nervos sensitivos dá sensação de dor. A ação sobre os nervos motores dá uma comoção (choque).
A corrente elétrica passando pelo músculo produz nele uma contração.
Elementos de um circuito elétrico
Temos aqui um circuito elétrico simples
-+
gerador
Chave liga/desliga lâmpada
ch
Elementos de um circuito elétrico
Geradores
transformam qualquer modalidade de energia em energia elétrica
Representação de um gerador
i
Receptores
Transformam energia elétrica em qualquer outra modalidade de energia.
i
Dispositivo de controle Instrumentos para medir a intensidade de corrente elétrica e tensão
elétrica.
A
V
Amperímetro
Voltímetro
Dispositivo de segurança
Ao serem atravessados por uma corrente maior que a especificada, impede a passagem da mesma garantindo a integridade dos demais elementos de um circuito.
Estudo dos resistores Resistência elétrica
Ri
U
U(V)
i(A)
U1
U2
U3
i1 i2 i3
1ª Lei de Ohm George Simon Ohm, verificou que
a razão entre as diferentes tensões e as correntes elétricas geradas por cada uma dessas tensões, apresentavam um valor constante k. n
n
i
U
i
U
i
U
i
Uk ...
3
3
2
2
1
1
i
UR
Concluiu então que o valor obtido pelo k era na realidade o valor da resistência do condutor.
Ou seja,
iRU .
A unidade da resistência elétrica é o ohm [ ], que é a razão entre volt e ampère
Conclusão
Potência elétrica e Energia Elétrica
QU .t
P
iUP .t
QU
t
.
UiP .
Lembrando que:
Então, dividindo a equação do trabalho pela variação de tempo teremos:
e
Unidade da Potência no S.I. é o W ( watt ), que é o produto das unidades V.A (volts . ampère)
Para calcular a energia elétrica, basta conhecermos a potência utilizada e o tempo de utilização dos equipamentos elétricos.
Unidades:
hkW .
Energia elétrica
tP . JsW .
Associação de resistores 1. Ligação em série
lâmpadas de natal
2. Ligação em paralelo
Farol de um automóvel
Série
UDesvantagem: Se um dos resistores queimar, os outros deixam de funcionar. A potência é menor em cada um dos resistores, pois a tensão total é dividida proporcionalmente ao valor das resistências.
Req = R1 + R2
Paralelo
Vantagem: a tensão em cada resistor é a mesma o que temos maior potência em cada resistência, no caso de lâmpadas, o brilho é mais intenso. Se uma das resistências parar de funcionar, ou queimar, as outras continuam funcionando
𝑅𝑒𝑞=𝑅1 .𝑅2
𝑅1+𝑅2
Ponte de WheatstoneDispositivo para determinar o valor de uma resistência desconhecida.
A
B
D
C
UAB = Rx.i1
UAD = R2.i2
UBC = R1.i1
UDC = R3.i2
Como VB=VD
Rx.i1 = R2.i2
R1.i1 = R3.i2
Dividindo-se esses termos:
= =
Exercícios01. O circuito da figura é alimentado por um gerador de 12 V. A corrente no galvanômetro é nula. Determine:
a)O valor da resistência R.b)O valor da resistência equivalente.c)A potência dissipada no resistor R.
02. Nos circuitos esquematizados a seguir, o galvanômetro não é percorrido por corrente elétrica. Determine o valor de resistência Rx.
a)
03. O circuito da figura é alimentado por um gerador de 12 V. A corrente no galvanômetro é nula. Determine:
gerador
2Ω
6Ω
3Ω
4Ω
1Ω
R 1Ω
Ga)O valor da resistência R.b)O valor da resistência equivalente.c)A potencia dissipada no resistor R.
O gerador
Transformar qualquer modalidade de energia em energia elétrica.
E = Força eletromotriz
r = resistência interna
U = tensão nos terminais
i – corrente elétrica
Equação dos geradores
GeradorPtotal
Pdissipada
Pútil
Ptotal = Pdissipada + Pútil
𝐸 . 𝑖=𝑟 .𝑖2+𝑈 . 𝑖𝐸=𝑟 . 𝑖+𝑈𝐸−𝑟 . 𝑖=𝑈
=
Curva Característica
= E
i
Quando:
i = 0 U = E
Gerador em aberto
U = 0
Gerador em curto circuito
Corrente de curto circuito
Lei de Ohm-Pouillet
U
𝑈 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡 ê𝑛𝑐𝑖𝑎𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎=𝑈𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟
𝑅 . 𝑖=𝐸−𝑟 .𝑖𝑅 . 𝑖+𝑟 . 𝑖=𝐸𝑖(𝑅+𝑟 )=𝐸
𝑖=𝐸
𝑅+𝑟
Exercícios01. Uma pilha de força eletromotriz de 12V tem resistência interna de 0,2Ω. Determine a intensidade de corrente que a atravessa quando a tensão entre seus terminais é de 8V.
02.Uma bateria de automóvel tem força eletromotriz de 12V resistência interna de 0,5Ω. Calcule a intensidade da corrente máxima que podemos observar com essa bateria.
03. O gráfico da figura representa a curva característica de um gerador. Qual o rendimento desse gerador quando a intensidade da corrente que o percorre é de 1A?
04. Um gerador de força eletromotriz de 1,5V tem resistência interna de 0,10Ω é ligado a um condutor externo de R = 0,65 Ω. Calcule a ddp entre os terminais desse gerador.
05. O gráfico representa a curva característica de um gerador. Liga-se aos seus terminais um resistor de resistência igual a 10Ω. Determine a intensidade de corrente elétrica que se estabelece no circuito.
05. Observe este circuito, constituído de três resistores de mesma resistência R; um amperímetro A; uma bateria ; e um interruptor S:
Considere que a resistência interna da bateria e a do amperímetro são desprezíveis e que os resistores são ôhmicos.Com o interruptor S inicialmente desligado, observa-se que o amperímetro indica uma corrente elétrica I.Com base nessas informações, calcule, quando o interruptor S é ligado,a corrente elétrica registrada pelo amperímetro.
Para potência máxima- Verificamos que a corrente que atravessa o gerador é metade da corrente de curto circuito
i = =
𝑖=𝐸
2𝑟
- Então, a tensão em potência máxima será:
𝑈=𝐸−𝑟 .𝑖
𝑈=𝐸−𝑟 .𝐸
2𝑟𝑈=
𝐸2
- A resistência elétrica em potência máxima será de:
𝑈=𝑅 .𝑖𝐸2
=𝑅 .𝐸
2𝑟
𝑅=𝑟
- Potência elétrica máxima será de:
𝑃𝑢=𝑈 . 𝑖
=
- Rendimento em Potência elétrica máxima será de:
𝑛=𝑈𝐸
=
𝐸2𝐸
𝑛=12
Ou seja: n = 50%
Exercícios01. Um gerador de fem igual a 20V e resistência interna de 0,1 Ω é ligado em um terminal de um reostato. Determine:a) A corrente através do reostato para o qual o gerador fornece a máxima bateria.b) A resistência do reostato nas condições do item anterior. c) O rendimento do geradord) A potência máxima transferida
02. Um gerador de fem igual a 40V e resistência interna de 0,5Ω é ligado em um terminal de um reostato. Determine:e) A corrente através do reostato para o qual o gerador fornece a máxima bateria.f) A resistência do reostato nas condições do item anterior. g) O rendimento do geradorh) A potência máxima transferida
03. O gráfico mostra a potência lançada por um gerador num circuito elétrico.a) Qual a corrente de curto-circuito do gerador?b) Qual a resistência interna do gerador?
04. Um gerador de fem igual a 40V e resistência interna de 0,5Ω é ligado em um terminal de um reostato. Determine:c) A corrente através do reostato para o qual o gerador fornece a máxima bateria.d) A resistência do reostato nas condições do item anterior. e) O rendimento do geradorf) A potência máxima transferida
Associação de geradores
Paralelo
Série
Objetivo: aumentar a potência fornecida através do aumento da fem
Exercícios 1. Têm-se dois geradores associados em série: o primeiro possui fem E1= 1,5V e
resistência interna 0,5Ω e E2= 4,5V e resistência interna de 1,0 Ω. Determine a fem, resistência interna e a corrente de curto circuito do gerador equivalente.
2. Têm-se uma associação em paralelo de três pilhas iguais, cada uma com fem 9V e resistência interna de 4,8 Ω. Determine a fem, resistência interna equivalente.
3. Uma associação mista de pilhas é constituída por dois ramos cada um contendo três pilhas em série. Se cada pilha possui fem 1,2V e resistência interna 0,8 Ω, determine a fem e resistência interna equivalentes.
E´ = Força contra - eletromotriz
r´ = resistência interna do receptor
U = tensão nos terminais
i – corrente elétrica
U
ReceptoresTodo aparelho que transforma energia elétrica em qualquer outra modalidade de energia.
Ptotal
Pdissipada
Pútil
Ptotal = Pdissipada + Pútil
𝑈 .𝑖=𝑟 ´ . 𝑖2+𝐸 ´ . 𝑖U
𝑈 −𝑟 ´ .𝑖=𝐸 ´
=
Equação dos Receptores
Receptor
Exercícios01. Tem-se um motor elétrico de fcem 20V e resistência interna de 2 Ω, atravessado por corrente elétrica de 10 A. Nessas condicões, calcule:a) A ddp em seus terminaisb) O rendimento do motor
02. A figura mostra a curva característica de um receptor.
Determine:c) Sua fcemd) Resistência internae) Rendimento quando percorrido por corrente de 8A
03. Uma bateria, quando recebe do circuito externo a potência de 120W, é atravessado pela corrente de 8A. Invertendo-se seus terminais, a bateria passa a entregar ao circuito externo a potência de 40W e a corrente passa a ser 4A. Determine a fem e a resistência interna da bateria.
