ELETRICIDADE E MAGNETISMO ELETROSTÁTICA ELETRODINÂMICA

ELETRICIDADE E MAGNETISMO

ELETROSTÁTICA ELETRODINÂMICA

ELETRICIDADE

Cargas ElétricasCampo Elétrico

Potencial ElétricoCapacitores

Elétricos

ELETROSTÁTICA ELETRODINÂMICA

Sumário

INTRODUÇÃO – HISTÓRICA

CARGA

CONSERVAÇÃO DE CARGAS

ELETRIZAÇÃO

FORÇA

Eletromagnetismo

Eletricidade e Magnetismo eram conhecido como fenômenos distintos.

Tales de Mileto foi o primeiro a relata que o âmbar (resina fossilizada de árvores) ao ser friccionado adquire a propriedade de atrair objetos leves como, penas e plumas.

Magnetita (Fe3O4) atraiam-se ou repeliam-se, dependendo de como se orientavam, e tinham propriedade de sempre atrair o ferro. (a bússola inventada pelos chineses – 3 A.C).

Tales de Mileto

Eletromagnetismo

Hans Oersted

Hans Oersted, em 1819, passando uma corrente elétrica por um fio metálico, percebeu que a agulha de uma bússola próxima se orientava sempre perpendicular ao fio.

Em 1820, André Ampère, demonstrou que dois fios paralelos conduzindo corrente se atraem ou se repelem, dependendo, respectivamente, de se as correntes elétricas têm o mesmo sentido ou sentidos opostos. Concluindo que os fenômenos magnéticos são em geral resultante de corrente elétricas e que ímãs apresentam correntes circularem em seu interior.

Eletromagnetismo

James Maxwell

No final do século XIX já se tinha uma sistematização dos fenômenos elétricos e magnéticos em uma ciência unificada, o ELETROMAGNETISMO.

Nesta ciência todos os fenômenos são decorrentes de uma única entidade, a CARGA ELÉTRICA.

Cargas em repouso interagem umas com as outras por meio da força elétrica. Quando elas se movem uma em relação às outras, aparecem outra forma de interação, a força magnética. Tal síntese se concretizou graças ao trabalho de Michael Faraday.

James Maxwell sintetizou todas as leis do eletromagnetismo em quatro equações fundamentais.James Maxwell também previu que a luz fosse um fenômeno eletromagnético, que em seguida foi comprovado por Heinrich Hertz.

Cargas Elétricas Matéria é tudo aquilo que possui massa e ocupa espaço.

Cargas ElétricasAnalisando a água

Cargas ElétricasMolécula – é a menor parte da matéria que ainda conserva suas características.

UM ÁTOMO DEOXIGÊNIO

E DOIS ÁTOMOS DE HIDROGÊNIO

Cargas Elétricas O átomo é composto de:

PROTÓNS – Possuem Cargas Positivas.

ELÉTRONS – Possuem Cargas Negativas.

NEUTRONS – Não Possuem Cargas Elétricas

Massas das partículas individuais

Prótons Neûtrons Elétrons

Massa = 1.67 * 10-27 kg Massa = 1.67 * 10-27 kg Massa = 9.10 * 10-31 Kg

Carga positiva Carga neutra Carga negativa

A massa do próton é cerca de 1.836 vezes maior que a do elétron.

Cargas Elétricas O átomos é NEUTRON

N° PROTÓNS = N° ELÉTRONS.

Átomo Ionizado

POSITIVAMENTE N° PROTÓNS >N° ELÉTRONS.

NEGATIVAMENTE N° PROTÓNS <N° ELÉTRONS.

Cargas Elétricas A carga elétrica é uma quantidade de eletricidade. É uma

grandeza física escalar. E no S.I a unidade de carga elétrica é o Coulomb ( C ).

Denominamos carga elementar o módulo da carga de um elétron, e possui o seguinte valor:

 A quantidade de carga elétrica em um corpo será sempre igual a um número inteiro de cargas elementares negativas ou positivas, de tal forma que:

  Q = n.e ( ganho de elétrons )

Q = + n.e ( perda de elétrons )

e = 1,6 . 1019 C

Cargas Elétricas Princípio da Atração e Repulsão

• Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem;

• Cargas elétricas de sinais opostos se atraem

Princípio da Conservação de Carga

• Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica das quantidades de cargas positivas e negativas é constante.

Cargas ElétricasPrincípio da atração e repulsão

--

p p

p e

e e

Cargas diferentes se atraem.

Cargas iguais se repelem.

Cargas Elétricas

N N

ELEMENTOS

NEUTROS OU

SEM CARGA,

NADA

ACONTECE

Cargas Elétricas

-

CARGAS IGUAIS

-

Cargas Elétricas

CARGAS

DIFERENTES

+ -

Cargas Elétricas

De acordo com o experimento de eletrização realizado por Benjamim Franklin, as cargas se transfere de um corpo para o outro, no entanto a quantidade de carga total sempre é a mesma, ou seja, a carga total se conserva.

Próton = (+)

Elétron= ( -)

“ A soma algébrica de todas as cargas em um sistema isolado nunca se altera.”

Princípio da Conservação de Cargas

A eletrização de um corpo inicialmente neutro pode ocorrer de

três maneiras:

- Atrito- Contato- Indução

Cargas ElétricasEletrização

Na eletrização por atrito, os dois corpos adquirem a mesma quantidade de cargas, porém de sinais contrários.

Atrito

AtritoExemplo:

Durante uma tempestade, a movimentação das gotículas de água vão atritando as nuvens, formando duas seções: uma com cargas elétricas positivas e outra com cargas elétricas negativas.

AtritoSérie Triboelétrica

Os condutores adquirem cargas de mesmo sinal. Se os condutores tiverem mesma forma e mesmas dimensões, a carga final será igual para os dois e dada pela média aritmética das cargas iniciais.

Contato

Contato

A eletrização de um condutor neutro pode ocorrer por simples aproximação de um outro corpo eletrizado, sem que haja o contato entre eles. 

No processo da indução eletrostática, o corpo induzido será eletrizado sempre com cargas de sinal contrário ao das cargas do indutor.

Indução

Indução

Condutores elétricos

Meios materiais nos quais as cargas elétricas movimentam-se com facilidade.

Isolantes elétricos ou dielétricos

Meios materiais nos quais as cargas elétricas não têm facilidade de movimentação.

Condutores e isolantes

Condutores e isolantesO que determina se um material será bom ou mau condutor térmico são as ligações em sua estrutura atômica ou molecular. Assim, os metais são excelentes condutores de calor devido ao fato de possuírem os elétrons mais externos "fracamente" ligados, tornando-se livres para transportar energia por meio de colisões através do metal.

Condutores e isolantesPor outro lado temos que materiais como lã, madeira, vidro, papel e isopor são maus condutores de calor (isolantes térmicos), pois, os elétrons mais externos de seus átomos estão firmemente ligados

Condutores

Átomos com :

Poucos elétrons na última camada.

Têm facilidade de perder elétrons.

No átomo de um material (considerado condutor), os elétrons da última camada (elétrons livres), ficam trocando constantemente de átomo.

Isolantes

Muitos elétrons na última camada são isolantes.

Tem facilidade de receber elétrons.

Átomos com :

Condutores e isolantes

exemplos:

Além ...Semicondutores

Condutividade elétrica é intermediária entre os condutores e isolantes. Podemos controlar uma corrente elétrica.

Supercondutores

Materias que apresentam resistência nula (ou condutividade infinita) ao fluxo de carga.

Lei de Coulomb Experimento da balança de Torção

Charles Coulomb

A balança de torção foi um aparato experimental desenvolvido por Coulomb para determinar a força entre duas partículas carregadas.

Lei de CoulombCoulomb chegou às seguintes conclusões:

A força elétrica é diretamente proporcional a cada uma das duas cargas.

A força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas.

Lei de CoulombUnidades:

A força elétrica é muito mais intensa que a força gravitacional.

A força elétrica é cerca de 1039 vezes mais intensa que a força gravitacional. Considerando o r = 5.3*10-11.

Lei de Coulomb

Mantendo-se a distância entre as cargas e dobrando a quantidade de carga, a força elétrica será multiplicada por 4.

Mantendo-se as cargas elétricas e dobrando-se a distância a força elétrica será dividida por 4.

Exemplos:1. Determine a magnitude da força elétrica em um elétron

no átomo de hidrogênio, exercida pelo próton situado no núcleo atômico. Assuma que a órbita eletrônica possui uma distância de d = 0,5.10-10 m.

Sabemos que a carga elétrica do elétron é -1,6.10-19C e a carga do próton 1,6.10-19C, na aplicação da Lei de Coulomb temos:

Corrente Elétrica

Corrente Elétrica

Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas.

•Nos sólidos: elétrons livres. Ex.: Metais•Nos líquidos: cátions e ânions. Ex.:

H2O+NaCl•Nos gases: cátions e elétrons. Ex.: Gás

ionizado

t

Qi

i→ intensidade da corrente elétrica (A)Q→ quantidade de carga(C)

t→ tempo (s)

A = C/s

Intensidade da Corrente Elétrica

Sentidos da corrente elétrica

Real

Convencional

Efeitos da corrente elétrica

Efeito Joule: Quando uma corrente passa por um condutor metálico, há a transformação de energia elétrica em

energia térmica. Esse efeito é denominado EFEITO JOULE.

Ex.: Ferro de passar roupa Chuveiro

Efeitos da corrente elétrica

Efeito Fisiológico: Os impulsos nervosos no corpo humano são

transmitidos por estímulos elétricos, ela provoca contrações musculares no

nosso organismo dependendo da sua intensidade pode causar parada

cardíaca, porém, a tensão necessária para produzir uma parada cardíaca é de dezenas de volts, pois o corpo humano

é um péssimo condutor quando comparado com os metais.

Efeitos da corrente elétricaEfeito químico: Esse efeito resulta de um fenômeno elétrico molecular, sendo

objeto de estudo da Eletroquímica. O aproveitamento do efeito químico se dá,

por exemplo, nas pilhas, na eletrólise, como também na cromação e na

niquelação de objetos.

Efeito luminoso: Esse efeito resulta também de um fenômeno elétrico

molecular. A excitação eletrônica pode dar margem à emissão de radiação visível, tal como observamos nas

lâmpadas fluorescentes.

Efeitos da corrente elétrica

Efeitos da corrente elétrica

Efeito magnético: Toda corrente elétrica gera ao seu redor um campo magnético. Essa efeito é inerente à corrente elétrica e a sua descoberta

consolidou a associação entre a eletricidade e o magnetismo, dando

origem ao eletromagnetismo.

Definição e Análise; Tensão

Elétrica

UNIDADE DE MEDIDA DA

TENSÃO ELÉTRICA

UNIDADE DE MEDIDA DA

TENSÃO ELÉTRICA

VOLT (V).VOLT (V).

TENSÃO ELÉTRICA - É A FORÇA EXERCIDA

SOBRE OS ELÉTRONS LIVRES PARA QUE ESTES

SE MOVIMENTEM NO INTERIOR DE UM CONDUTOR.

TENSÃO ELÉTRICA - É A FORÇA EXERCIDA

SOBRE OS ELÉTRONS LIVRES PARA QUE ESTES

SE MOVIMENTEM NO INTERIOR DE UM CONDUTOR.

SÍMBOLO - VSÍMBOLO - V

UNIDADE - VOLTS (V)UNIDADE - VOLTS (V)

MÚLTIPLOSE

SUBMÚLTIPLOS

PARA VALORES

ELEVADOS, UTILIZAMOS OS

MÚLTIPLOS

E PARA VALORES MUITO BAIXOS, OS

SUBMÚLTIPLOS

V

kV

MV

GV

nV

V

mV

APARELHO DE MEDIDA

DA

TENSÃO ELÉTRICA

VV

O VOLTÍMETRO... ... DEVE SER LIGADO

EM PARALELO COM A CARGA.

CUIDADOS NA

UTILIZAÇÃO DO

VOLTÍMETRO

CUIDADOS NA

UTILIZAÇÃO DO

VOLTÍMETRO

A GRADUAÇÃO MÁXIMADA ESCALA MAIOR QUE

A TENSÃO MEDIDA

A LEITURA DEVE SER AMAIS PRÓXIMA POSSÍVEL

DO MEIO DA ESCALA

V

0 10

AJUSTAR O ZERO(SEMPRE NA AUSÊNCIA DE

TENSÃO)

NÃO MUDAR A POSIÇÃO DE UTILIZAÇÃO DO

APARELHO

0 10

V

0

10

EVITAR CHOQUES MECÂNICOS

Conversões de Unidades

• Faça as seguintes conversões:a) 0,07 V = _______________mV;b) 1,04 V = _______________mV;c) 1500 mV = _______________V;d) 100 mV = _______________ V;e) 150 MV = _______________ V;f) 6200 V =_______________ kV;g) 12854 V=_______________MV;h) 0,000001MV_____________ V;i) 1,65 V =________________ MV;j) 0,5 mV =________________ uV.

RESISTÊNCIA ELÉTRICA

•Comparando as correntes ao aplicarmos a mesma tensão em duas lâmpadas diferentes

A

100 V

VV0,5 A

0,5 A

100 V

100 V

A

V

0,5 A

100 V

A

100 V

V1 A

0,5 A

100 V

VA

100 V

100 V

1 A

A 1ª lâmpada possui maiorRESISTÊNCIA ELÉTRICA.

1,0 A

100 V

0,5 A

100 V

A 2ª lâmpada possui menorRESISTÊNCIA ELÉTRICA.

•A oposição oferecida à passagem da corrente elétrica chamamos de

•RESISTÊNCIA ELÉTRICA

Todas as cargaspossuem uma resistência

•Todas as cargas possuem uma resistência•que representaremos assim:

OHM ().OHM ().

Unidade de medida da resistência elétrica

Resistência elétrica

•É a oposição oferecida à passagem da corrente elétrica

•SÍMBOLO - R•UNIDADE - OHM ()

•1 ohm é a resistência que permite a passagem de 1 ampère quando submetida a tensão de 1 volt

Múltiplos e submúltiplos

•Para valores elevados, utilizamos os múltiplos e para valores muito baixos, os submúltiplos

k

M

G

n

m

Para descer umdegrau, caminhe com

a vírgula3 casas à direita

Para subir umdegrau, caminhe com

a vírgula3 casas à esquerda

Aparelho de medida da resistência elétrica

•Ohmímetro...•...ligado aos terminais da resistência.

Cuidados na utilização do ohmímetro

0 100 10

•A leitura deve ser a mais próxima possíveldo meio da escala

•Ajuste do zero•(curto-circuitar os terminais)

•Obedecer a posição de utilização indicada no aparelho

0

10

Evitar choques mecânicos

TABELA DE CORES DOS RESISTORES

Valor e tolerânciaOs resistores, a exemplo de qualquer outro componente eletrônico, apresentam pequenas variações na fabricação que fazem com que cada componente apresente valor diferente do outro mesmo que a aparência seja idêntica e que os valores nominais sejam iguais. Devido a isso, além do valor nominal do resistor, é especificada uma tolerância, ou seja, quanto o valor daquele resistor pode variar acima e abaixo do valor nominal. Os resistores mais comuns são fabricados dentro da com tolerância de 5 ou 10% e possuem 4 faixas coloridas, enquanto os resistores mais precisos, com tolerância de 2, 1% ou menos, são marcados com 5 faixas 4coloridas para permitir um digito a mais de precisão.

Como ler um resistor de 4 faixas

Para os resistores de 4 faixas há uma cor que esta mais próxima do extremo. Esta é a primeira cor a ser considerada na leitura e representa o primeiro dígito do valor. A segunda cor representa o segundo dígito. A terceira cor representa o fator multiplicativo. Por fim, a quarta cor representa o valor da tolerância. Por exemplo: Marrom = 1, Preto = 0, Vermelho = 2, Vermelho = 2%Resistência = 10 x 100 = 1000O valor deste resistor será 1000, com tolerância de 2% sobre o valor nominal.

Como ler um resistor de 5 ou 6 faixasQuando o resistor é de precisão, apresenta 5 faixas coloridas. Como a ultima faixa destes resistores normalmente é marrom ou vermelha, pode haver uma confusão a respeito de onde é o lado certo para iniciar a leitura, já que a primeira faixa que representa o valor do resistor também pode ser marrom ou vermelha. Sendo assim, a exemplo do resistor de 4 faixas, o melhor fazer é observar a faixa que esta mais próxima do extremo do resistor. Esta sera a primeira faixa, por onde se deve iniciar a leitura. Outra dica é vericar a faixa que esta mais afastada das outras. Esta é a ultima faixa de cor.A leitura nestes resistores e semelhante a dos resistores com 4 cores, mas e adicionada mais uma cor no inicio, fazendo existir mais um algarismo signicativo na medição. Assim, os três primeiros dígitos são os algarismos signicativos, o que confere maior precisão na leitura. O quarto é o elemento multiplicador. O quinto dígito é a tolerância e o sexto dígito (quando existir) fara referência ao coeficiente de temperatura, ou seja, como a resistência varia de acordo com a temperatura ambiente. Este ultimo valor e dado em PPM (partes por milhão).

POTÊNCIA

Capacidade de produzir trabalho

200 kg 50 kg

Fazendo a analogia com duas pessoas as duas são capazes de realizar trabalho

•Da mesma maneira as cargas elétricas possuem uma capacidade de produzir trabalho.

•A capacidade de produzir trabalho de uma carga elétrica é expressa em Watts

Potência da lâmpada

•Capacidade de produzir trabalho de 100 W •Se for ligada a uma fonte de 127 V

Potência da lâmpada

•Capacidade de produzir trabalho de 100 W •Se for ligada a uma fonte de 220 V

100 W60 W

220 V

Observemos o brilho das lâmpadas

A potência depende de outras grandezas

•R - Resistência •V - Tensão •I - Corrente

•Aplicando a tensão V na resistência R circula a corrente I

•Assim temos:

•P = R x I2 e P = V x I

•NOS APEGAREMOS MAIS À SEGUNDA

•

PP

VV II

•P = V x I ONDE:

AV

•P=100 x 2 = 200W

W

200 W

No lugar do voltímetro e do amperímetro

Utilizamos o WATTÍMETRO

•Como vimos a leitura do wattímetro é igual ao produto

•V x I

•

BOBINA DE

TENSÃO

BOBINA DE CORRENTE

LIGADA EM SÉRIE

LIGADA EM

PARALELO

Constituição

do wattímetro

AV

W

V=100V=100

P = 500WP = 500W

P = V x I

I=5 AI=5 A

Potência elétricaÉ a capacidade de produzir

trabalho.•SÍMBOLO - P•UNIDADE - WATT (W)