Aula de Física Aplicada - Conceitos de eletrodinâmica

CONCEITOS DE
ELETRODINÂMICA
LABORATÓRIO DE FÍSICA
Prof. Me Adriano Rodrigues

Carga Elétrica
• A matéria é formada de
pequenas partículas, os
átomos. Cada átomo, por sua
vez, é constituído de
partículas ainda menores, no
núcleo: os prótons (positivos)
e os nêutrons (sem carga); na
eletrosfera: os elétrons
(negativos). Às partículas
eletrizadas, elétrons e
prótons, chamamos "carga
elétrica".

Condutores e Isolantes
• Condutores de eletricidade
São os meios materiais nos quais há facilidade de movimento
de cargas elétricas, devido à presença de "elétrons livres". Ex:
fio de cobre, alumínio, etc.
• Isolantes de eletricidade
São os meios materiais nos quais não há facilidade de
movimento de cargas elétricas. Ex: vidro, borracha, madeira
seca, etc.

Medida da Carga Elétrica
Δq = - n.e (se houver excesso de elétrons)
Δq = + n.e (se houver falta de elétrons)
e = 1,6.10-19
C
Onde:
Δq = quantidade de carga (C)
n = número de cargas
e = carga elementar (C)
unidade de carga elétrica no SI é o coulomb (C)

Campo Elétrico
Existe uma região de
influência da carga Q
onde qualquer carga de
prova q, nela colocada,
estará sob a ação de
uma força de origem
elétrica. A essa região
chamamos de campo
elétrico.

Movimento dos elétrons
• Nos metais, os elétrons das últimas camadas são fracamente
ligados a seu núcleo atômico, podendo facilmente locomover-se
pelo material. Geralmente, este movimento é aleatório, ou seja,
desordenado, não seguindo uma direção privilegiada.

Quando o metal é submetido a uma diferença de
potencial elétrico (ddp), como quando ligado aos
dois pólos de uma pilha ou bateria, os elétrons livres
do metal adquirem um movimento ordenado.

A esse movimento ordenado de elétrons damos o
nome de corrente elétrica.

Intensidade e Medida
da Corrente Elétrica
A intensidade de corrente elétrica é dada por:
Onde :
Δq é a quantidade de carga que atravessa a secção reta
do condutor num determinado intervalo de tempo (Δt).

• A quantidade de carga não é igual ao número de elétrons
que atravessam a secção reta do condutor; pois |Δq| =
n|e| (e é a carga do elétron).
• No SI, a intensidade de corrente elétrica, medida em
coulomb(C) por segundo(s), é denominada ampère (A),
designação que homenageia o matemático francês
André Marie Ampère, que tinha grande interesse pela
Eletricidade.
• 1Coulomb/segundo = 1C/s = 1A
• Na Corrente Contínua (CC), o sentido do campo elétrico
E permanece sempre o mesmo e o sentido de i também
não se altera.

Fonte elétrica
• As fontes elétricas são fundamentais na compreensão da
eletrodinâmica, pois elas que mantém a diferença de
potencial (ddp) necessária para a manutenção da corrente
elétrica. Num circuito elétrico, a fonte elétrica é representada
pelo símbolo abaixo:
Símbolo de fonte elétrica no circuito.
O pólo positivo (+) representa o terminal cujo potencial
elétrico é maior. O pólo negativo (-) corresponde ao
terminal de menor potencial elétrico.

Circuito elétrico simples
• O sistema formado por um fio condutor com as extremidades
acopladas aos pólos de um gerador é considerado um circuito
elétrico simples, no qual a corrente elétrica se dá através do fio.
• No fio condutor os elétrons se deslocam do pólo negativo para o
pólo positivo. Nesse deslocamento há perda de energia elétrica,
devido a colisões dos elétrons com os átomos do material.

Exemplo de Circuito Simples
A figura abaixo mostra a representação gráfica de um circuito
elétrico contendo um gerador, uma lâmpada e fios
condutores.

Circuito Elétrico Corrente Contínua (CC)

AMPERÍMETRO é o instrumento que fornece o valor da intensidade da corrente
elétrica.
Quando a corrente elétrica é muito pequena, o aparelho usado para a sua medida é o
galvanômetro. Trata-se de um aparelho semelhante ao amperímetro, só que bem mais
sensível, com capacidade para efetuar medições de pequenas correntes elétricas.
Veja abaixo alguns exemplos de amperímetros:
Amperímetro de
Bancada
Alicate
amperímetro
Montagem de um
amperímetro num circuito
elétrico

Resistores
• De onde provém o calor fornecido por aparelhos como ferro
elétrico, torradeira, chuveiro e secadora elétrica? Por que a
lâmpada fica quente depois de acesa?
• Esse aquecimento acontece pela transformação da energia
elétrica em calor, fenômeno denominado efeito Joule,
decorrente da colisão de elétrons da corrente com outras
partículas do condutor. Durante a colisão, a transformação
de energia elétrica em calor é integral.
• Condutores com essa característica são denominados
resistores.

Resistência elétrica e Lei de Ohm
• A resistência elétrica é uma grandeza característica do resistor, e
mede a oposição que seus átomos oferecem à passagem da
corrente elétrica.
• Considere o resistor representado no trecho do circuito abaixo,
onde se aplica uma ddp U e se estabelece uma corrente de
intensidade i.

Lei de Ohm
• Define-se como resistência elétrica R do resistor o quociente da
ddp U aplicada pela corrente i que o atravessa.
R=U/i
A unidade de resistência elétrica no SI é ohm (Ω).
R=U/i => 1 ohm = 1Volt/1ampère
• O físico e professor universitário alemão Georges Simon Ohm
(1787-1857) verificou experimentalmente que para alguns
condutores, o quociente entre a ddp U e a correspondente
intensidade i da corrente elétrica é constante e que essa constante
é a resistência R do resistor.

A relação U=Ri se transformou na primeira lei da
eletrodinâmica, conhecida como Lei de Ohm. Todo resistor
que obedece à Lei de Ohm é denominado resistor ôhmico,
cujo gráfico U x i é o seguinte:

• Para resistores que não obedecem à 1a
Lei de Ohm,
conhecidos como condutores não-ôhmicos ou não-lineares, o
gráfico U x i pode ser representado como a seguir:

Potência elétrica
• Num chuveiro elétrico em funcionamento, que quantidade de
energia elétrica é transformada em calor por segundo? Será
que tanto no inverno quanto no verão essa quantidade é a
mesma?
• Em Eletrodinâmica, a quantidade de energia transformada
por unidade de tempo é denominada potência elétrica.

A partir de P = U2
/R pode-se entender o
que acontece no chuveiro elétrico
quando a chave é mudada da posição
de inverno para a de verão.
No inverno, a potência dissipada pelo
resistor do chuveiro deve ser maior
que no verão, portanto, como U é
constante, a resistência do chuveiro é
menor.
Observe que nesse caso circula pelo
resistor do chuveiro uma corrente
maior do que aquela que circula com a
chave na posição de verão.

Associação de resistores
Resistores em Série
Nesse tipo de associação, a corrente elétrica percorre todos
os resistores antes de retornar à tomada.

Resistência equivalente de um circuito
em série
A introdução da resistência equivalente em um circuito não
modifica o valor da corrente elétrica, temos:
U=Ri
Sabendo que U = U1+ U2+ U3, temos:
Req .i = R1 .i + R2.i+ R3 .i
Dividindo os membros da igualdade pela corrente i, temos:
Req= R1+ R2+ R3

Em geral, numa associação de resistores em série,
a resistência equivalente Req é igual à soma das
resistências individuais.

Resistores em paralelo
• Quando vários resistores estão associados em paralelo, a ddp entre
os terminais de cada resistor é a mesma e, conseqüentemente, a
ddp entre os terminais da associação também é a mesma. Nesse
tipo de associação, os elétrons retornam à tomada cada vez que
passam por um resistor.

Aula de Física Aplicada - Conceitos de eletrodinâmica

• De acordo com a 1ª Lei de Ohm, a corrente que
atravessa cada um dos resistores é inversamente
proporcional à respectiva resistência.
• E a corrente total que atravessa o conjunto de
resistores em paralelo é igual à soma das correntes
que atravessam cada resistor individualmente.

Resistência equivalente de um circuito em
paralelo

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