Habilidade 05 06_enem_fisica_eletricidade
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ELETRICIDADE
Habilidades 05 e 06
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A importância da eletricidade
Eletricidade é necessária para o funcionamento de boa parte do que usamos na nossa época.
Ela permite que tenhamos:
Video-games, computadores, televisões, aparelhos de rádio, geladeiras, fornos de micro-ondas, chuveiros, lâmpadas, chapinhas, etc.
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O que é a eletricidade?
A base da eletricidade é a carga elétrica.
Carga elétrica é uma propriedade fundamental da matéria que pode ter sinal positivo ou negativo.
Cargas de sinais opostos se atraem e cargas de mesmo sinal se repelem.
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Na prática...
A matéria é feita de átomos.
Um modelo atômico usual considera que há um núcleo com prótons (que possuem a carga elétrica positiva fundamental) com elétrons em volta (que possuem a carga elétrica negativa fundamental)
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Na prática...
Como os elétrons em volta são muito mais fáceis de retirar (ou colocar) do que os prótons do núcleo, alteramos a carga elétrica total de um corpo tirando ou colocando elétrons.
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Então
Um corpo que tenha mais elétrons do que prótons está carregado negativamente.
Um corpo que tenha mais prótons do que elétrons está carregado positivamente.
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Então
O valor da carga elétrica total de um corpo é o número de elétrons (ou prótons) em excesso multiplicado pelo valor da carga elementar.
A carga elétrica elementar é definida como 1,6x10-19 C (Coulomb).
Q = n.e
Onde Q é a carga total, e é a carga elementar e n é o número de prótons ou elétrons em excesso.
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Intensidade de Corrente Elétrica
Quando cargas elétricas se deslocam de um ponto a outro de forma ordenada temos uma corrente elétrica.
O valor da corrente elétrica é a quantidade de carga deslocada em um certo intervalo de tempo. No Sistema Internacional, a corrente elétrica é medida em A (Ampére).
i = Q / Δt
Onde i é a intensidade de corrente, Q é a carga total e Δt é o intervalo de tempo em que isso ocorre.
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Intensidade de Corrente Elétrica
Quando cargas elétricas se deslocam de um ponto a outro de forma ordenada temos uma corrente elétrica.
O valor da corrente elétrica é a quantidade de carga deslocada em um certo intervalo de tempo. No Sistema Internacional, a corrente elétrica é medida em A (Ampére).
i = Q / Δt
Onde i é a intensidade de corrente, Q é a carga total e Δt é o intervalo de tempo em que isso ocorre.
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Diferença de Potencial
Para a carga elétrica se mover, é preciso que ela saia de uma região com potencial elétrico maior e se desloque para uma região com potencial elétrico menor. Portanto, para haver corrente, é preciso que haja uma diferença de potencial (d.d.p.)
Pense numa pilha: quando ela é colocada no aparelho, a fiação do aparelho permite mandar os elétrons do potencial negativo para o potencial positivo.
No Sistema Internacional,potencial e d.d.p. são medidos em V (Volts).
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Sentido da corrente elétrica
Nós convencionamos que a corrente elétrica é o deslocamento da carga elétrica do potencial positivo para o negativo (sentido convencional).
Porém, o que realmente ocorre é que os elétrons saem do potencial negativo para o positivo (sentido real).
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Resistência Elétrica
Materiais podem facilitar a passagem de corrente elétrica (nesse caso, são condutores) ou podem dificultar a passagem da corrente (nesse caso, são isolantes).
Um material condutor (como um metal) tem baixa resistência elétrica, já um material isolante (como plástico) tem alta resistência elétrica.
Resistência seria a dificuldade que o material apresenta à passagem de corrente. No Sistema Internacional é medida em Ω (Ohm).
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Primeira Lei de Ohm
A resistência elétrica de um corpo atravessado por uma corrente é a diferença de potencial em seus extremos dividida pelo valor da corrente.
R = U/i
Onde R é a resistência, U é a diferença de potencial e i é o valor da corrente elétrica.
Normalmente, guardamos essa equação como U = R.i
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Segunda Lei de Ohm
A resistência elétrica também pode ser definida pelo tipo de material, seu comprimento e sua área de secção transversal (“grossura”). Nesse caso, a resistência é definida por:
R = ρ.L / A
Onde:R é a resistência (medida em Ω)ρ é a resistividade do material (medida em Ω.m)L é o comprimento do resistor (medido em m)A é a área de secção do resistor (medido em m2)
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Circuitos Elétricos
Quando um fio é colocado nos terminais de uma pilha ou bateria gerando diferença de potencial, formamos um circuito elétrico.
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Associação de Resistores
Mais de um resistor pode ser agrupado para gerar diferentes efeitos.
Associação em série: a corrente que passa pelos resistores é sempre a mesma (mas cada resistor está submetido a diferenças de potencial distintas).
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Associação de Resistores
Associação em paralelo: a corrente entre os resistores se divide, mas eles estão submetidos a uma mesma diferença de potencial.
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Resistência Equivalente
Quando temos uma associação de resistores, podemos substituir toda essa associação por um resistor só que chamamos de resistor equivalente.
O valor desse resistor depende do tipo de associação.
Para uma associação em série, basta somar todas as resistências:
Req
= R1 + R
2 + … + R
n
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Resistência Equivalente
Para uma associação em paralelo é um pouco mais complicado...
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Gerador
Um gerador é simplesmente a pilha ou bateria que alimenta um circuito.
Força Eletromotriz (ou f.e.m.)
É a diferença de potencial máxima entre os terminais do gerador, simbolizada pela letra E (às vezes aparece como ε).
Resistência Interna
É a resistência do próprio gerador. Nenhum gerador é capaz de fornecer a d.d.p. máxima para um circuito devido a essa resistência.
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Gerador
Resistência Interna
É a resistência do próprio gerador. Nenhum gerador é capaz de fornecer a d.d.p. máxima para um circuito devido a essa resistência.
A diferença de potencial U que um gerador fornece para o circuito é dada por:
U = E – r.i
Onde E é a força eletromotriz, r é resistência interna e i é a corrente que atravessa o circuito.
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Receptor
É a contra-parte do gerador, enquanto o gerador alimenta o circuito, o receptor utiliza energia do circuito.
A diferença de potencial U que um receptor utiliza do circuito é dada por:
U = E' + r.i
Onde E' é a força contra-eletromotriz do receptor, r é resistência interna e i é a corrente que atravessa o circuito.
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Lei de Pouillet
Fórmula que mede a corrente elétrica total i que passa por um circuito. É dada por:
i = (E – E')/(Req
+ req
)
Onde E é a força eletromotriz do gerador, E' é a força contra-eletromotriz do receptor, R
eq é a resistência
equivalente do circuito e req
é a resistência interna equivalente do gerador E do receptor.
Se o circuito não tiver um receptor, use apenas E e o r do gerador na fórmula.
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Voltímetros e Amperímetros
Voltímetro é um aparelho que mede diferença de potencial. Um voltímetro ideal apresenta resistência elétrica MUITO alta e é colocado em paralelo com o resistor que desejamos analisar.
Amperímetro é um aparelho que mede corrente elétrica. Um amperímetro ideal apresenta resistência elétrica MUITO baixa e é colocado em série com o resistor que desejamos analisar.
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Potência Elétrica
Potência é energia dividida por tempo.
Portanto, potência elétrica é a energia elétrica utilizada em um certo intervalo de tempo, dada por:
P = Eel / Δt
Na prática, recebemos nossa conta de luz em kWh, ou seja, é considerada a potência dos aparelhos em kW (1 kW vale 1000 W) e o tempo é contado em horas.
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Potência Elétrica
A potência nominal de um aparelho é dada em suas especificações. Exemplo: 100 W
Se você colocar um aparelho de 100 W sob uma diferença de potencial de 110 V pode calcular a corrente que passa em sua fiação.
Pois potência também é definida por:
P = i. U
Ou seja, potência é a corrente elétrica multiplicada pela diferença de potencial.
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Potência Dissipada
Se a corrente libera energia ao passar por um resistor, então ela dissipa energia elétrica e, portanto, dissipa uma potência elétrica em um certo tempo.
A potência dissipada P em um resistor é dada porP = R.i2 ou P = U2 / R
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Efeito Joule
Vimos que quando a corrente elétrica passa pelo resistor, ela libera calor, logo, ela pode ser usada para aquecimento.
Isso se chama Efeito Joule.
Exemplo: O resistor de um chuveiro aquece a água graças ao efeito Joule.
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Disjuntores
Um disjuntor (ou fusível) é um dispositivo que queima quando uma corrente elétrica maior do que a que ele suporta passa.
Serve para proteger os circuitos de serem danificados por uma corrente muito alta.