⚡ ELETRICIDADE ⚡

⚡ ELETRICIDADE ⚡

1. Equipamentos Elétricos

   • Fornecedor de Energia Elétrica
     • Entra
     • Sai
   • Consumidor de Energia Elétrica
     • Entra
     • Sai
   • E. Elétrica
   • Outros tipos de Energia

2. Carga Elétrica

   • Fenômenos Elétricos e Magnéticos
     • Próton
       • Têm Q= +e
     • Nêutron
       • Têm Q= 0
     • Elétron
       • Têm Q= -e
     • No Campo Elétrico o :
   • Num Corpo
     • Eletricamente Neutro
       • n prótons = n elétrons
     • Eletrizado
       • n próton ≠ n elétrons
         • Excesso ou Falta de elétrons
           • Se for excesso = Corpo Negativo Se for falta =  Corpo Positivo 
     • (Q=n.e)
       • e
       • n
         • Numero de elétrons sobrando ou faltando
     • Mecanismos de Eletrização
       • Atrito
         •    Na eletrização por atrito, pode-se concluir que: . 1. Como o conjunto caracteriza um sistema eletricamente isolado, de acordo com o princípio da conservação da carga elétrica, a soma algébrica das cargas permanece constante. . Q'vidro + Q'lã = Q vidro + Q lã
         • 2. Como os corpos possuem diferentes tendências de trocar elétrons, após a eletrização eles ficam eletrizados com cargas de sinais opostos, indicando que um corpo ganhou elétrons (no caso, o pedaço de lã) e outro corpo perdeu elétrons (no caso, o bastão de vidro).
         • 3. As cargas dos corpos após a eletrização possuem o mesmo valor em módulo, pois a quantidade de elétrons que o pedaço de lãganhou corresponde à quantidade de elétrons que o vidro perdeu. . |Q'vidro|=|Q'lã| .
         • 4. Como os corpos do exemplo estão inicialmente neutros, os itens 2 e 3 podem ser expressos em uma única equação: . Q'vidro+Q'lã=0 . 
       • Contato
         • Os portadores de cargas de corpos condutores possuem grande facilidade de locomoção. Por esse motivo, quando é realizado um contato elétrico entre dois corpos condutores, sendo que pelo menos um está eletrizado, as cargas elétricas são redistribuídas entre eles. Esse processo é conhecido como eletrização por contato. Deve-se ressaltar que o contato elétrico entre os corpos pode ser realizado encostando os corpos diretamente ou conectando-os por meio de um fio condutor.
         • 1. Como não há nenhum elemento externo ao conjunto fornecendo ou retirando cargas elétricas, o conjunto formado pelos corpos A e B é um sistema eletricamente isolado. Sendo assim, pode-se afirmar que: . Q'a+Q'b = Qa+Qb .
         • 2. Após a eletrização por contato, os corpos ficam eletrizados com cargas de mesmo sinal.
         • 3. Ao se considerar corpos condutores esféricos, a carga final de cada um deles é diretamente proporcional ao raio. Em símbolos: . Q'a/ra=Q'b/rb . Sendo assim, o corpo que possuir maior raio irá adquirir maior carga elétrica (em módulo) após o processo de eletrização.
         • 4. Considerando os itens anteriores, para corpos idênticos, tem-se: . Q'a+Q'b=(Qa+Qb)/2
         • 5. Caso os corpos sejam considerados condutores esféricos e um deles possua um raio muito maior em relação ao outro, ele vai ad- quirir praticamente toda a carga do outro. Nesse caso, o corpo de maior raio é denominado corpo terra, e o fio condutor que conecta esses corpos é conhecido como fio terra. Sendo assim, pode-se dizer que o corpo terra irá descarregar totalmente o corpo eletrizado . Como o maior corpo nas proximidades do sistema é o planeta Terra, pode-se dizer que o melhor corpo terra que existe é a própria Terra.
       • Indução Eletrostática
         • 1°passo: Aproximação de um corpo eletrizado (indutor) e consequente polarização de cargas no sistema formado pelos corpos B e C (induzidos): . 2° passo: Na presença do indutor, ocasionar a separação elétrica dos corpos B e C. Dessa maneira, eles ficarão eletrizados com cargas de sinais opostos. A eletrização por indução também pode ser compreendida quando se considera o corpo C como sendo a Terra.
       • Eletrizados Por:
   • Carga Elementar (e) e = 1,6.(10^-19) C
     • O coulomb (símbolo: C) é a unidade de carga elétrica no Sistema Internacional (SI). É, por definição, a carga elétrica transportada em 1 segundo por uma corrente de 1 ampere. Seu nome foi dado em homenagem a Charles de Coulomb.
     • Submúltiplos Nome             Símbolo   Valor femtocoulomb   fC   (10^-15)C picocoulomb     pC   (10^-12)C nanocoulomb    nC    (10^-9)C microcoulomb   μC    (10^-6)C milicoulomb      mC   (10^-3)C 
     • Múltiplos  Nome            Símbolo   Valor  kilocoulomb      Kc     (10^3)C   megacoulomb   MC    (10^6)C  gigacoulomb     GC   (10^9)C  teracoulomb     TC  (10^12)C  petacoulomb     PC   (10^15)C

3. Materiais

   • Condutores
     • Gases Ionizados
       • Condutores de terceiro tipo: nesse grupo se encaixam os gases ionizados, como o gás contido em uma lâmpada fluorescente.
     • Eletrólitos
       • Condutores de segundo tipo: neles, os íons positivos ou negativos presentes em líquidos são os portadores de carga que podem se deslocar. Normalmente, isso ocorre em soluções iônicas, soluções ácidas ou em soluções básicas. Também são conhecidos como eletrólitos. Deve-se ressaltar que a água destilada (pura) não é classificada nesse tipo de condutor. Porém, a água da tor- neira possui íons provenientes de sais (normalmente, fluoreto e cloreto), fazendo com que ela se torne condutora de eletricidade.
     • Materiais Metálicos
       • Condutores de primeiro tipo: neles, os portadores de carga que podem se deslocar são os elétrons. Devido à grande quantidade de elétrons livres, os materiais metálicos são os seus grandes representantes. Como exemplo, são condutores de primeiro tipo os fios de cobre utilizados nas instalações elétricas residenciais e os cabos de alumínio utilizados nas linhas de transmissão de energia elétrica.
   • Isolantes
     • (ou dielétricos): são materiais cujos portadores de carga possuem pequena liberdade de movimento. São uti- lizados quando não há interesse na transmissão ou na transformação de energia elétrica. Existem diversos tipos de materiais isolantes, como borracha, plástico, vidro, materiais cerâmicos, madeira e ar. Dependendo da intensidade de ações elétricas externas, esses materiais podem deixar de ser isolantes e se tornar condutores. É o que ocorre, por exemplo, com o ar quando raios são trocados entre a Terra e as nuvens.
     • Gaiola de Faraday
       • Em 1836, o físico Michael Faraday realizou uma experiência que ficou conhecida como gaiola de Faraday. Nesse experimento, ele identificou que, em um corpo condutor dentro de uma gaiola metálica, não ocorre movimento de cargas devido a estímulos elétricos externos. Em alguns casos, a gaiola de Faraday pode ser considerada um dispositivo de proteção, evitando o deslocamento indevido de cargas. Uma gaiola de Faraday é capaz de proteger uma pessoa de descargas elétricas. Por esse motivo, quando uma pessoa está dentro de um automóvel em dias de chuva, ela encontra-se protegida de eventuais des- cargas elétricas que possam atingir o veículo.

4. Força Elética

   • Repulsão
     • Repulsão: Quando as cargas elétricas dos corpos A e B pos- suem os mesmos sinais.
   • Atração
     • Atração: Quando as cargas elétricas dos corpos A e B possuem sinais opostos.
   • Lei de Culomb
     • A intensidade da força elétrica trocada entre os corpos A e B, que possuem cargas elétricas respectivamente iguais a Q e q, pode ser calculada por meio da lei de Coulomb: . Fele=k.|Q|.|q|/d² .
     • A análise da lei de Coulomb permite algumas observações: 1. Como força elétrica é uma grandeza vetorial, a sua intensidade deve ser um valor positivo. Por esse motivo, ao utilizar a Lei de Coulomb, deve-se inserir apenas os módulos das cargas (| Q | e | q |). 2. A intensidade da força elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância. Como exemplo, ao se dobrar a distância entre dois corpos eletrizados, a força elétrica possuirá intensidade quatro vezes menor. 3. O símbolo k, denominado constante eletrostática, é uma grandeza relacionada ao meio em que as cargas se encontram. Normal- mente, o meio a ser considerado é o vácuo e o valor de sua constante eletrostática é: .  k0=9.(10^9)(N.(m^2))/(C^2) 4. Em alguns casos, é possível também utilizar outra grandeza relacionada ao meio, conhecida como permissividade elétrica (ε),cujo valor no vácuo é: . ε = 8,85.(10^-12) (C^2)/N.(m^2) . 5. A relação entre a constante eletrostática (k) e a permissividade elétrica (ε) é dada por: k=1/4πε .
   • Fele (A/B) = Fele (B/A) = Fele

5. Campo Elétrico

   • Carga de prova (q)
     • É responsável...
       • ... pela identificação das perturbações elétricas.
     • Sua análise aborda...
       • ... o efeito do campo elétrico.
     • Imersa em um campo elétrico
       • Se positiva
         • Fele->=q.E-> Quando a caraga de prova é positiva (q > 0), a força elétrica e o vetor campo elétrico têm a mesma direção e o mesmo sentido. Como q>0, então Fele->=|q|.E->
       • se negativa
         • Fele->=q.E-> Quando a carga de prova é negativa (q < 0), a força elétrica e o ve- tor campo elétrico têm a mesma direção e sen- tidos opostos. Como q<0, então Fele->=|q|.E->
   • Carga Fixa (Q)
     • É responsável...
       • ... pelas perturbações elétricas em uma determinada região (campo elétrico).
     • Sua análise aborda...
       • ... a causa do campo elétrico.
     • Gera Campo Elétrico
       • E-> = • Intensidade: E = k. |Q|/d^2 • Direção: radial. • Sentido: carga: positiva : afastamento  negativa: aproximação
   • Vetor campo elétrico (E)
     • O vetor campo elétrico em um dado ponto P é definido como a razão do vetor força elétrica pelo valor da carga de prova. Algebricamente, tem-se: . E->=Fele->/q . Por consequência, uma carga elétrica q, colocada no ponto P, sofre ação de uma força elétrica: . Fele->=q.E-> .
   • Uniforme
     • Se o campo elétrico em uma região é uniforme, então o vetor campo elétrico em cada ponto dessa região apresenta a mesma in- tensidade, a mesma direção e o mesmo sentido. E-> = • Intensidade: constante • Direção: constante • Sentido: constante

6. epe & ddp

   • Observando as aulas dedicadas ao entendimento do campo elétrico, é possível perceber que o estudo desenvolvido até o mo- mento foi com base em duas grandezas de natureza vetorial: força elétrica e vetor campo elétrico. Entretanto, também é possível compreender o comportamento de uma carga elétrica imersa em um campo elétrico por meio de grandezas escalares. Tais grandezas, de grande importância para a eletricidade, são: energia potencial elétrica e diferença de potencial elétrica (ddp).
   • epe
     • Na situação apresentada a seguir, como a carga de prova está sob a ação da força elétrica, ela tem tendência de entrar em movi- mento. Sendo assim, é possível garantir que o sistema de cargas Q e q armazena certa quantidade de energia potencial, denominada energia potencial elétrica.
     • Caso a carga de prova se desloque espontaneamente no cam- po elétrico, a energia potencial elétrica armazenada no sistema é transformada em outra modalidade de energia. É dessa maneira, por exemplo, que eletrodomésticos transformam a energia elétrica em outros tipos de energia.
   • ddp
     • Para o cálculo da quantidade de energia transformada, quando uma carga de prova se desloca em um campo elétrico entre dois pontos A e B, é possível utilizar uma grandeza conhecida como diferença de potencial (ddp). Essa grandeza escalar expressa a quantidade de energia potencial elétrica transformada por unidade de carga quando um corpo eletriza- do se desloca no interior de um campo elétrico entre dois pontos A e B.
     • • A diferença de potencial entre os pontos A e B (UAB) é o trabalho realizado pela força elétrica (energia elétrica transformada) para cada unidade de carga que se desloque entre esses dois pontos. • No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de diferença de potencial elétrico é: [U] = J/C =V(Volt)
   • +
     • 1.Energia Potencial Elétrica: E(a)pot =  k.Q.q  / d(a)
     • 2. Trabalho da força elétrica .  Considerando-se Q uma carga fixa, quando uma carga de prova q se desloca entre uma posição inicial A e outra posição final B, a força elétrica realiza trabalho..De acordo com o teorema da energia potencial, o trabalho da força elétrica pode ser calculado por meio da expressão: . T(Felé,A->B)= E(a)pot -  E(a)pot= [ k.Q.q / d(a) ] - [ k.Q.q / d(b) ] . Como a força elétrica é uma força conservativa, o seu trabalho não depende da trajetória realizada, mas da posição inicial e da posição final.
     • 3. Potencial elétrico (V) A energia potencial elétrica pode ser determinada por meio da expressão: E(a)p = q. V(a)  . 1. Como a energia potencial elétrica é grandeza escalar, o potencial elétrico também é. 2. No Sistema Internacional, a unidade de potencial elétrico é: [V] = J/C= V (volt). 3. O potencial elétrico pode ser interpretado como a quantidade de energia associada a uma carga de 1 C. Como exemplo, se o potencial elétrico de um ponto é de 50 V, isso significa que, se for colocada uma carga de 1 coulomb nesse ponto, pode-se associar a essa carga uma quantidade de energia elétrica de 50 J. 4. O potencial elétrico resultante em um ponto é a soma algébrica dos potenciais elétricos parciais gerados no mesmo ponto. 5. Usualmente, associa-se o potencial elétrico 0 V a um ponto muito afastado (infinito).
     • 4. Diferença de potencial (U) Telé (A->B)=q.(Va-Vb)=q.u
     • 5. Potencial elétrico gerado por uma carga fixa . V(a)= k.Q  / d(a) .1. O potencial elétrico é uma grandeza escalar, portanto não admite informações de orientação espacial. Pelo mesmo motivo, o sinal da carga fixa deve ser levado em conta na expressão. 2. A definição do potencial elétrico indica que ele só depende do valor da carga fixa e do ponto considerado.