O projeto gráfico atende aos objetivos da coleção de diversas formas. As ilustrações, os diagramas e as figuras contribuem para a construção correta dos conceitos e estimulam um envolvimento ativo com os temas de estudo. Sendo assim, fique atento aos seguintes ícones:

Imagem microscópica

Coloração artificial

Escala numérica

Coloração semelhante à natural Fora de escala

numéricaFora de proporção Imagem

ampliadaFormas em proporção

Representa-ção artística

Capítulo 1Eletricidade 2

Capítulo 2 Máquinas elétricas 38

Volume 1

capí

tulo

Eletricidade1

Os fenômenos elétricos e magnéticos estão presentes

no nosso dia a dia. Você já imaginou a sua vida sem a ener-

gia elétrica? Como ela seria? Cargas elétricas

Processos de eletrização

Campo elétrico

Corrente elétrica

Tensão elétrica

Resistência elétrica

Circuitos elétricos

o que vocêvai conhecer

©Shutterstock/Matt Drinkall

Os relâmpagos são fenômenos naturais que evidenciam as propriedades elétricas da matéria. Brisbane, Austrália

2

Ciências

Nomear as cargas elétricas que têm rela-ção com o estudo da Eletricidade.

Diferenciar os processos de eletrização.

Definir o que é campo elétrico.

Identificar os elementos de um circuito elétrico.

Definir corrente, tensão e resistência elétricas.

Construir circuitos elétricos com pilha/bateria, fios e lâmpada ou outros dispositivos.

Comparar circuitos elétricos simples com circuitos elétricos residenciais.

objetivos do capítulo

Cargas elétricas

Os primeiros estudos sistematizados sobre o comporta-

mento elétrico da matéria foram realizados no século VI a.C.

por Tales de Mileto. Utilizando uma resina fóssil, denomina-

da âmbar (em grego, elektron), Tales observou que alguns

corpos leves, como pedaços ressecados de palha, poderiam

ser atraídos pela resina após ela ser atritada em um tecido.

Foi no século XVIII que o francês Charles Du Fay (1698-

1739) observou que existem forças elétricas atrativas e

repulsivas. Alguns anos depois, o estadunidense Benjamin

Franklin (1706-1790) propôs que a atração e a repulsão elé-

trica estavam relacionadas às “eletricidades” positiva e ne-

gativa e que essa “eletricidade” poderia ser transferida de

um corpo para outro por um fluido elétrico. A compreensão de que a “eletricidade” não está

contida em um fluido elétrico, mas em partículas que compõem a matéria, só foi descoberta

no fim do século XIX.

Do que a matéria é composta?

Atualmente, compreende-se que toda matéria conhecida é

constituída por partículas menores que são denominadas átomos.

Eles, por sua vez, apresentam partículas ainda menores que são

chamadas de partículas subatômicas.

átomo: é a unidade básica da matéria, ou seja, a menor

quantidade possível de um elemento químico.

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O âmbar é uma resina fóssil que pode adquirir carga elétrica quando atritada em pedaços de pano seco.

A matéria é formada por partículas cada vez menores.

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01

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al.

3

As partículas subatômicas que constituem os átomos são os prótons, os nêutrons e os elé-trons. Os prótons e os nêutrons estão fixos em uma região denominada núcleo e os elétrons têm maior mobilidade compondo uma região chamada de eletrosfera.

O carbono, por exemplo, apresenta 12 partículas no núcleo (sendo 6 prótons e 6 nêutrons) e 6 partículas na eletrosfera (os 6 elétrons).

Os prótons e elétrons apresentam massas bem diferentes, sendo que a massa do próton é aproximadamente 2 000 vezes a massa do elétron. Para se ter uma ideia, se o elétron tives-se a massa de uma abelha, o próton teria a massa de uma orca.

Outra característica dessas partículas subatômicas é a de que algumas apresentam car-ga elétrica. O próton apresenta carga elétrica positiva e o elétron apresenta carga elétrica negativa. As cargas das duas partículas são iguais em módulo (valor), mas são diferentes por conta do sinal. O nêutron, como o próprio nome indica, não apresenta carga elétrica. Obser-ve o quadro a seguir que apresenta a carga elétrica das partículas:

Partícula Carga Símbolo Valor

Próton Positiva e+ +0,000 000 000 000 000 000 16 C

Elétron Negativa e ou e– –0,000 000 000 000 000 000 16 C

Nêutron Neutra n 0 C

Apesar do valor da carga elétrica das partículas ser muito pequeno, os corpos são com-postos por muitos átomos e, por isso, apresentam muitas partículas elétricas. É essa carga elétrica que é responsável por vários fenômenos elétricos que estudaremos neste capítulo. As cargas elétricas estão presen-tes em objetos criados pelo ser humano, como celulares, compu-tadores, lâmpadas, etc. e em fe-nômenos naturais, como os raios, as auroras polares, etc.

Ang

ela

Gis

eli.

2018

. Dig

ital

.

O modelo da ilustração foi proposto por Rutherford e é conhecido também como

constituem o núcleo e estão no centro do átomo. Os elétrons orbitam ao seu redor na região denominada eletrosfera.

©Shutterstock/Sdecoret

A pilha e o raio apresentam propriedades elétricas, as quais se relacionam com as cargas elétricas das partículas subatômicas.

4

Ciências

A carga elétrica é simbolizada pela letra Q e sua unidade, no Sistema Internacional de Unidades (SI), é o coulomb (C).

A carga de um elétron é conhecida como carga ele-mentar. Seu valor foi determinado em 1909, pelo físi-co estadunidense Robert Millikan (1868-1953) e é igual a 0,000 000 000 000 000 000 16 C.

Um dos principais fenômenos observados quando aproximamos cargas elétricas é a força elétrica que pode ser de natureza atrativa ou repulsiva.

Ao aproximarmos duas partículas com cargas elétricas, a força elétrica é de

repulsão se as cargas elétricas têm sinais iguais.

atração se as cargas elétricas têm sinais opostos.

Foi o físico francês Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) que formulou uma lei para a obtenção da intensidade da força elétrica entre duas partículas carregadas e separadas uma da outra por uma distância conhecida – lei de Coulomb. A força de atração entre duas partículas com cargas elétricas depende da distância. A força elétrica aumenta com a apro-ximação entre as cargas elétricas. Assim, quanto mais próximo estiverem as cargas elétricas, maior é a intensidade da força elétrica.

O número 0,000 000 000 000 000 000 16 C pode ser representado em notação científica. Essa maneira de representação é estudada em Matemática neste mesmo volume e facilita a leitura de números muito pequenos ou muito grandes. Por exemplo: 0,000 000 000 000 000 000 16 C = = 1,6 10–19 C

Força de repulsão

Força de atração

Força de repulsãoCargas elétricas de mesmo sinal geram forças de repulsão e cargas elétricas de sinais opostos geram forças de atração.

Percebe-se experimentalmente que, quando a distância entre duas esferas carregadas eletricamente dobra de tamanho, a força elétrica reduz quatro vezes.

Força de atraçãoForça de repulsão

distância d

distância 2ddistância 2d

distância d

5

atividades

1 Com base no modelo atômico de Rutherford, qual o nome das duas partículas subatômicas que estão presentes no átomo e que têm cargas elétricas? Quais os sinais das cargas elétricas dessas partículas? Qual outra partícula, sem carga elétrica, pode compor os átomos?

2 A carga elétrica está relacionada a que partículas subatômicas? Qual sua unidade no SI?

3 A ilustração a seguir representa, sem escala, um modelo atômico. Identifique onde estão as partícu-las de carga negativa e onde se encontram as partículas de carga positiva.

4 Em cada uma das situações, determine se a força originada pela aproximação das partículas é uma força de atração ou uma força de repulsão.

a) Aproximação de dois prótons.

b) Aproximação de um próton e um elétron.

c) Aproximação de dois elétrons.

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6

Ciências

Processos de eletrização

Os átomos apresentam o mesmo número de cargas positivas e negativas, ou seja, o nú-mero de elétrons é igual ao número de prótons. Os átomos compõem todos os corpos que conhecemos, por isso, os corpos também são eletricamente neutros. Porém, os corpos podem perder ou ganhar elétrons e ficar eletrizados. A quantidade de elétrons que um corpo pode ganhar ou perder é inferior ao número de elétrons que o corpo possuía quando neutro.

O processo pelo qual um corpo neutro perde ou ganha elétrons se chama eletrização. Normalmente estudamos os processos de eletrização em corpos sólidos e nesse estado da matéria são os elétrons que têm a capacidade de se movimentar dentro da estrutura dos corpos. Por isso, a eletrização nos sólidos ocorre pelo ganho ou perda de elétrons.

Quando os corpos perdem elétrons, eles ficam positivamente carregados.

Quando os corpos ganham elétrons, eles ficam negativamente carregados.

A carga elétrica adquirida por um corpo depende da quantidade de elétrons perdidos ou ganhos pelo material. Se o corpo neutro ganha elétrons, sua quantidade de carga elétrica é negativa e tem relação com a quantidade de elétrons ganhos. Se o corpo neutro perde elétrons, sua quantidade de carga elétrica é positiva e tem relação com a quantidade de elétrons perdidos.

Perde elétrons Corpo positivamente carregado

Filamento condutor

Ganho de elétronsCorpo neutro Corpo negativamente carregado

Filamento condutor

Corpo neutro

Ilust

raçõ

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. 201

4. D

igit

al.

7

Existem basicamente três formas de eletrização: eletrização por atrito; eletrização por

contato; e eletrização por indução. Os estudos desses três processos permitem compreender

as maneiras como um corpo pode ganhar ou perder elétrons. Descrevem fenômenos físicos,

como choques que podemos levar em maçanetas de veículos em dias secos, a formação de

raios entre as nuvens ou das nuvens para a superfície da Terra, o funcionamento de fotocopia-

dores, o arrepio dos cabelos em dias secos, os estalos das roupas de lã em dias seco, etc.

A história de Nikola Tesla

O físico Nikola Tesla (1856-1943) realizou várias pesquisas sobre fenômenos elétricos.

Em uma carta de 1939, conta um pouco sobre sua infância e sobre como seu gato, Macak,

despertou o seu interesse em relação à Eletricidade. Leia um trecho dessa carta a seguir.

Agora eu preciso te contar uma estranha, uma inesquecível experiência que ficou comigo du-

rante toda minha vida.

[...] Aconteceu em um dia que o frio estava mais seco do que o de sempre. [...]. No crepúsculo da

noite, assim que eu cocei as costas de Macak, eu vi um milagre que me deixou sem voz e atônito. As

costas de Macak formaram um manto de luz e as minhas mãos produziram uma chuva de faíscas

barulhentas o bastante para serem ouvidas por toda casa.

Meu pai era um homem muito instruído; ele tinha uma resposta para cada questão. Mas esse

fenômeno era novo inclusive para ele. “Bem”, ele finalmente observou, “isso não é nada mais do

que eletricidade, a mesma coisa que você vê entre as árvores durante uma tempestade”.

[...] Dia após dia eu perguntava a mim mesmo “o que é eletricidade?”, e não encontrava respos-

ta. Oito anos se passaram e eu ainda faço a mesma pergunta, incapaz de respondê-la.

curiosidade?

TESLA, Nikola. A Story of Youth Told by Age. Tradução de Lívia Fernanda de Oliveira. Disponível em: <http://www.pbs.org/tesla/ll/story_youth.html>. Acesso em: 14 abr. 2019.

Em que n representa o número de elétrons transferidos (ganhos ou perdidos pelo mate-

rial), e é a carga elementar e Q, a quantidade de carga adquirida pelo material.

19 elétrons fica com carga elétrica positiva e seu

valor pode ser calculado da seguinte maneira:

O valor da carga de um material pode ser determinado por:

Q

Q

Q

Q C

� � � �

� �� � �� ��

�

� �� �1 10 1 6 10

1 1 6 10

1 6 10

1 6

19 19

19 19

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,

,

,

,

8

Ciências

Eletrização por atrito

Quando esfregamos uma flanela em uma caneta ou em um corpo plástico, a caneta ad-quire a capacidade de atrair pequenos pedaços de papel quando aproximados. Nesse fenô-meno, observa-se a eletrização por atrito entre a caneta e a flanela. Para ocorrer a eletri-zação por atrito, devem ser utilizados materiais diferentes, já que um material irá perder elétrons enquanto o outro irá receber elétrons.

A eletrização por atrito ocorre quando um corpo transfere elétrons para um outro por meio de uma fricção entre eles. Durante o atrito, os elétrons são transferidos para um corpo com maior propensão em recebê-los, deixando-o negativamente carregado, enquanto que o outro corpo, por consequência de ter perdido elétrons, fica positivamente carregado.

A propensão de alguns materiais em receber ou perder elétrons pode ser verificada na ilus-tração a seguir, denominada série triboelétrica. Por exemplo, ao se atritar a flanela de algo-dão com a caneta, a flanela de algodão fica eletrizada positivamente, ao passo que a caneta fica eletrizada negativamente. Ou seja, durante o atrito, a caneta ganha elétrons e a flanela perde elétrons.

A carga elétrica final dos dois corpos isolados que são eletrizados por atrito é igual em módulo.

Die

go

Mun

hoz.

201

9. D

igit

al.

Na eletrização por atrito, os corpos eletrizados ficam com cargas de sinais opostos.

Couro

Pelo de coelho

Vidro

Cabelohumano

Náilon

Chumbo

Pelode gato

Seda

Alumínio

Papel

Algodão

Aço

Madeira

Âmbar

Borrachadura

Níquele cobre

Latão eprata

Ouro eplatina

Poliéster

Isopor

Filmede PVC

Poliuretano

Polietileno

PVC

Teflon

POSITIVO NEGATIVO

Pelehumana

seca

9

Em dias secos, depois de viajar de carro, é comum levar choques elétricos ao tocar na

lataria do automóvel. Isso ocorre porque, durante a viagem, o atrito entre o ar e a lataria do

veículo provoca eletrização por atrito, deixando a lataria eletrizada. Como os pneus são de

borracha, que é um material que dificulta a passagem de cargas elétricas para o solo, o carro

permanece eletrizado mesmo depois de algum tempo. Assim, quando encostamos a mão no

carro, as cargas elétricas são rapidamente transferidas, originando o choque elétrico.

curiosidade?

Eletrização por contato

A eletrização por contato ocorre quando um corpo eletrizado entra em contato com

um corpo neutro ou com carga elétrica. Após esse contato, se os corpos forem idênticos, os

elétrons são transferidos do corpo com menor carga elétrica para o corpo com maior carga

elétrica. Observe o esquema a seguir que resume a transferência de elétrons entre corpos

isolados.

Na eletrização por contato, os corpos ficam com cargas elétricas de mesmo sinal. Quan-

do dois objetos com mesmo formato e tamanho e constituídos do mesmo material são colo-

cados em contato, a carga é igualmente dividida entre os dois, isto é, eles ficam com mesma

carga elétrica final.

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

++

A

B

+

+

+

+

+

+

+

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+

+

+

+

+

+

+

A

B

+

+

+

+

+

+

++

A

+

+

+

+

+

+

++

B

A carga elétrica final dos dois cor-

pos isolados que são eletrizados por

contato apresenta o mesmo sinal. Se

os corpos isolados forem idênticos, as

cargas elétricas finais são iguais.

Na eletrização por contato, os corpos eletrizados ficam com cargas de sinais iguais. Corpos de materiais e dimensões iguais ficam

com a mesma carga após a eletrização por contato.

Corpo eletrizado

negativamente

Corpo eletrizado

positivamente

Transfere

parte dos

elétrons para

Transfere

parte dos

elétrons para

Transfere parte dos

elétrons para

Corpo neutro

Corpo eletrizado

positivamente

Corpo neutro

Contato

Depois do contato

Após contato, ambos os corpos ficam positivos

Antes

10

Ciências

Eletrização por indução

A eletrização por indução ocorre quando um corpo eletrizado, chamado de indutor, é aproximado de um outro corpo, eletricamente neutro ou carregado, o induzido. Quan-do ocorre essa aproximação, os elétrons do corpo induzido se movimentam em virtude da atração ou da repulsão em relação ao corpo indutor, produzindo uma separação de cargas, denominada indução. De um lado, o corpo induzido fica positivo, e do outro, negativo.

Até esse momento, o corpo ainda não teve alteração de sua carga elétrica, pois o indu-zido continua com o mesmo número de elétrons e prótons. A eletrização por indução inicia--se quando o corpo induzido é conectado ao solo por um fio condutor (processo denominado aterramento) e então os elétrons podem ser transferidos do solo para o corpo ou do corpo para o solo. Até o momento, a eletrização é temporária, pois, com o afastamento do indutor, as cargas elétricas do corpo induzido retornam à sua configuração original. Para que a eletrização seja permanente, é preciso desfazer a ligação com o solo antes de afastar o indutor.

Die

go

Mun

hoz.

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9. D

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al.

Na eletrização por indução, o corpo somente adquire carga elétrica quando há transferência de elétrons (no caso, quando ele é conectado ao solo por um fio condutor). O sinal da carga adquirida pelo induzido é oposto do sinal da carga do indutor.

11

Os corpos carregados eletricamente podem ser utilizados em aplicações industriais por exercerem forças elétricas de atração e repulsão. Alguns exemplos são:

Pintura eletrostática: no processo de pintura, a tinta e a peça são carregadas eletri-camente com cargas de sinal oposto, pois isso auxilia na fixação da tinta com a peça e evita desperdício.

Impressoras a laser

O princípio de funcionamento do modelo a laser é a eletricidade estática. Primeiramente uma

carga elétrica positiva é aplicada em toda a extensão do cilindro fotorreceptor, que é rotativo.

Ele então começa a girar, enquanto o raio laser descarrega pontos específicos correspondentes à

imagem ou texto. Dessa forma, o laser cria um desenho eletrostático no cilindro a partir das infor-

mações armazenadas na memória da impressora, transmitidas pelo computador.

FREIRE, Raquel. Como funciona uma impressora a laser? Entenda a tecnologia. Disponível em: <https://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2015/01/como-funciona-uma-impressora-laser-entenda-tecnologia.html>. Acesso em: 26 fev. 2019.

curiosidade?

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Pintura eletrostática e impressoras a laser são algumas aplicações tecnológicas da eletricidade estática.

atividades

1 Responda às questões.

a) Qual é a carga elétrica de um átomo? Justifique sua resposta.

b) O que é um corpo eletrizado negativamente? Que partícula(s) ele ganha ou perde para ficar nesse estado?

c) O que é um corpo eletrizado positivamente? Que partícula(s) ele ganha ou perde para ficar nesse estado?

12

Ciências

2 Um átomo tem 12 prótons em seu núcleo. Determine quantos elétrons ele precisa ter para ficar

a) eletricamente neutro.

b) positivamente carregado.

c) negativamente carregado.

3 Existem diversas situações no cotidiano em que é possível verificar os processos de eletrização. Nos itens a seguir, cite o tipo de eletrização envolvida.

a) Ao passar um pente de plástico várias vezes em um cabelo seco, é possível verificar que os fios começam a arrepiar.

b) Aproximando o braço de uma televisão de tubo de raios catódicos, sem encostá-lo, é possível verificar que os pelos do braço se arrepiam em direção à televisão.

c) Depois de uma viagem em um dia seco, um veículo pode ficar eletrizado.

4 (IFCE) Dois corpos A e B de materiais diferentes, inicialmente neutros e isolados de outros corpos, são atritados entre si. Após o atrito, observamos que

a) um fica eletrizado negativamente e o outro, positivamente.

b) um fica eletrizado positivamente e o outro continua neutro.

c) um fica eletrizado negativamente e o outro continua neutro.

d) ambos ficam eletrizados negativamente.

e) ambos ficam eletrizados positivamente.

5 Na eletrização por indução, ao conectar o corpo induzido ao solo utilizando um fio condutor, elé-trons podem ser transferidos do/para o corpo induzido. Diante desse procedimento, a eletrização já é considerada permanente? Para responder a essa pergunta, pense nas seguintes situações:

O que ocorre com o corpo induzido se o indutor for afastado e depois for desfeita a ligação com o solo?

O que ocorre com o corpo induzido se for desfeita a ligação com o solo e depois o indutor for afastado?

13

6 (UFRGS) Uma carga negativa Q é aproximada de uma esfera condutora isolada, eletricamente neu-tra. A esfera é, então, aterrada com um fio condutor.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. Se a carga Q for afastada para bem longe enquanto a esfera está aterrada, e, a seguir, for desfeito o aterramento, a esfera ficará . Por outro lado, se primeiramente o aterramento for desfeito e, depois, a carga Q for afastada, a esfera ficará .

a) eletricamente neutra – positivamente carregada

b) eletricamente neutra – negativamente carregada

c) positivamente carregada – eletricamente neutra

d) positivamente carregada – negativamente carregada

e) negativamente carregada – positivamente carregada

7 Três esferas metálicas e idênticas (A, B e C) estão isoladas uma da outra. A carga das três esferas está ilustrada a seguir.

8 Em cada uma das situações, considere as informações dadas para responder às questões:

c) Quantos elétrons um corpo eletrizado perdeu para que sua carga elétrica ficasse igual a 16 ⋅ 10–11 C?

Faz-se a esfera A tocar primeiro a esfera C. Depois, separam-se as duas esferas, toca-se a esfera A na esfera B e afasta-se A de B. No fim do procedimento, qual a carga adquirida pelas esferas?

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14

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A

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= +4 C QC = +2 CQ

B = –6 C

B C

a) Qual a carga adquirida por um átomo que perde 3 ⋅ 1019 elétrons?

b) Qual a carga adquirida por um átomo que ganha 2,5 ⋅ 1020 elétrons?

14

Ciências

Campo elétrico

Quando aproximamos dois corpos eletrizados, surge uma força elétrica de atração ou re-pulsão. Para percebermos a existência dessa força entre dois corpos eletrizados, podemos sus-pender um corpo eletrizado utilizando um fio isolante, que permite que ele gire em torno de seu eixo. Depois, aproximamos outro corpo eletrizado e o corpo suspenso gira ao redor de seu eixo.

Essa situação comprova que existe uma região de ação elétrica que surge em torno do corpo eletrizado. Essa região tem relação com o fato de o corpo estar carregado eletricamente e recebe o nome de campo elétrico. O campo elétrico está ao redor de qualquer corpo eletri-zado, e sua ação pode ser percebida quando aproximamos uma carga elétrica do corpo (força de atração ou repulsão). Essa carga elétrica é chamada de carga de teste.

As linhas de ação do campo elétrico são chamadas de linhas de força e ajudam a identificar o sentido da força sobre a carga de teste.

Por exemplo, se temos um corpo eletrizado positivamente e apro-ximarmos uma carga de teste positiva, observa-se a existência de uma força elétrica que tende a afastar a carga de prova. Se desenharmos uma seta na direção em que a carga de prova é empurrada, percebe-se que as setas apontam “para fora” do corpo eletrizado.

Agora, se analisarmos um corpo eletrizado nega-tivamente e aproximarmos a carga de teste positiva, observa-se a existência de uma força elétrica que tende a aproximar a carga de prova. Se utilizarmos novamente a seta para indicar a direção da força elé-trica, ela apontará sempre para o corpo eletrizado negativamente.

POSITIVA

+

NEGATIVA

Um bastão carregado positivamente sofre a ação de forças elétricas: (a) repulsão, quando submetido por um corpo carregado positivamente; (b) atração, quando submetido por um corpo carregado negativamente.

As linhas de força servem para indicar a direção do campo elétrico em qualquer região de um corpo eletrizado. Quanto maior a carga elé-trica de um corpo eletrizado, mais intenso é o campo elétrico e maior é a quantidade de linhas de força.

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019.

Dig

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Corpos eletrizados positivamente apresentam linhas de força que saem do corpo eletrizado.

Corpos eletrizados negativamente apresentam linhas de força que entram no corpo eletrizado.

15

atividades

1 Desenhe as linhas de força para os corpos com as cargas indicadas abaixo. Lembre-se de que quanto maior for o módulo da carga elétrica, maior é a quantidade de linhas de força.

2 Se um avião ou carro for atingido por um raio, as pessoas no seu interior estarão protegidas. Por que isso acontece?

3 Explique por que as linhas de força saem dos corpos eletrizados positivamente e entram nos corpos eletrizados negativamente.

4 Explique qual é a relação entre a intensidade do campo elétrico e a concentração das linhas de força.

5 (UFB) De que maneira você consegue detectar a presença de um campo elétrico em uma determinada região do espaço?

6 (PUC-MG) As linhas de força de um campo elétrico são um modo conveniente de visualizar o campo elétrico e indicam a direção do campo em qualquer ponto. Leia as opções abaixo e assinale a afirma-tiva INCORRETA.

a) O número de linhas que saem ou que entram numa carga puntiforme é proporcional ao valor

da carga elétrica.

b) As linhas de força saem da carga negativa e entram na carga positiva.

c) As linhas de força saem da carga positiva e entram na carga negativa.

d) O número de linhas por unidade de área perpendicular às linhas é proporcional à intensidade do campo.

+Q +2Q -2Q+Q +2Q –2Q

Blindagem eletrostática

Em um corpo metálico carregado ele-

tricamente, as cargas elétricas são distri-

buídas uniformemente pela superfície,

devido às forças de repulsão elétricas.

Com isso, o campo elétrico no interior

do corpo metálico é nulo, gerando o que

chamamos de blindagem eletrostática.

curiosidade?

Devido à blindagem eletrostática, o interior do avião está protegido contra danos causados pelos

raios. Isso também ocorre dentro dos carros.

16

Ciências

Divo Padilha. 2019. Digital.

Corrente elétrica

As cargas elétricas se distribuem de forma diferente nos materiais, de acordo com a fa-

cilidade de movimento. Podemos classificar os materiais de acordo com a facilidade com que

os elétrons (cargas negativas) se movem em seu interior:

Condutores: são materiais nos quais os elétrons encontram baixa resistência ao seu trânsito.

Como exemplo de materiais condutores, temos: metais, corpo humano, água da torneira.

Isolantes ou dielétricos: são materiais nos quais os elétrons não têm liberdade de mo-

vimento, ou a mobilidade dos elétrons no interior do material é baixa. Alguns materiais

isolantes são: plásticos, borracha, vidro, água destilada.

Graças a essas diferenças entre materiais condutores e isolantes, podemos, por exem-

plo, utilizar fios elétricos para conduzir cargas elétricas em seu interior e segurá-los sem

levar choque devido ao revestimento isolante (capa).

Em alguns materiais condutores, como os metais, os elétrons mais afastados têm liga-

ções muito fracas com o núcleo, podendo se movimentar livremente no material. Por isso,

esses elétrons são comumente chamados de elétrons livres. Em determinadas situações,

como ao ligar um fio de metal nos polos de uma pilha, é possível orientar o movimento dos

elétrons, deixando-o preponderantemente em um único sentido.

A corrente elétrica é formada pelo movimento ordenado dos elétrons. Todavia, quando

os primeiros pesquisadores – como Alessandro Volta (1745-1827) e o físico italiano Luigi

Galvani (1737-1798) – estudaram as correntes elétricas, acreditava-se que elas eram forma-

das por cargas positivas. Desse modo, convencionou-se que a corrente elétrica fornecida

por uma pilha, por exemplo, tem sentido do polo positivo para o polo negativo. Entretanto,

a corrente elétrica real em uma pilha é resultado do movimento dos elétrons que saem do

polo negativo para o polo positivo da pilha.

A intensidade da corrente elétrica pode ser definida

como a quantidade de carga que passa pela seção transver-

sal de um fio por unidade de tempo.

Dessa forma:

Ing

rid

Sk

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14

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l.

Em um fio condutor, os elétrons estão se movimentando aleatoriamente. Ao conectar esse fio em uma pilha, os elétrons passam a se movimentar ordenadamente, em um sentido preferencial. Esse movimento ordenado é chamado de corrente elétrica.

iQ

t

O movimento ordenado de cargas elétricas é denominado corrente elétrica. A corrente

elétrica é simbolizada pela letra i e sua unidade, no Sistema Internacional, é o ampere (A).

Quanto maior a quantidade de elétrons

que passam pela seção transversal de um fio por segundo, maior a corrente elétrica.

Em que i é a intensidade da corrente elétrica, Q representa a quantidade de carga que passa por uma

seção transversal de um fio e t é o intervalo de tempo.

17

Efeitos da corrente elétrica

Quando a corrente elétrica passa por um fio, é possível observar três efeitos: térmico ou Joule, luminoso e magnético.

©Shuttersto

ck/Diy13

A passagem da corrente elétrica pelo aquecedor produz calor

Efeito térmico ou efeito Joule: a passagem dos elé-trons no interior de um material provoca o aumento da agitação dos átomos desse material, isto é, seu aquecimento. Esse fenômeno está relacionado ao princípio de funcionamento de dispositivos como chuveiro, aquecedor elétrico, ferro de passar roupa e secadores de cabelo.

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Efeito luminoso: quando a corrente elétrica passa por um filamento – fio de pequeníssimo diâmetro – ou por um gás rarefeito, em algumas situa-ções, pode fazer com que o gás emi-ta luz. As lâmpadas incandescentes e fluorescentes, conhecidas como lâm-padas frias, são exemplos de aplica-ção desse efeito.

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A passagem da corrente elétrica por um fio produz luz

Efeito magnético: um fio metálico, quando percorrido por uma corrente elétrica, adquire propriedades magnéticas. Esse efeito possibilitou ao ser humano desen-volver o eletroímã, amplamente utilizado em fechaduras magnéticas e máquinas elétricas.

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A passagem da corrente elétrica por um fio produz um efeito magnético

18

Ciências

atividades

1 Defina corrente elétrica, apresente seu símbolo e sua unidade no Sistema Internacional.

2 A corrente elétrica é produzida pelo movimento ordenado de cargas elétricas em materiais que são bons condutores de eletricidade. Normalmente, os metais são exemplos de bons condutores elétri-cos por apresentarem elétrons livres. Das afirmações abaixo, apenas uma é verdadeira. Assinale-a.

a) Nos metais, a corrente elétrica é produzida pelo movimento ordenado dos prótons e elétrons.

b) A corrente elétrica em um metal é resultado do movimento dos elétrons que se deslocam do polo positivo da pilha para o polo negativo.

c) O sentido da corrente elétrica em um metal é resultado do movimento de prótons.

d) No metal, os elétrons são os únicos responsáveis pela condução de eletricidade.

3 (UTFPR) Assinale a alternativa correta.

A grandeza intensidade de corrente elétrica tem como unidade de medida o ampere, e essa unida-de é definida pela razão (divisão) entre duas outras unidades, que são, respectivamente,

a) coulomb e segundo.

b) volt e segundo.

c) coulomb e volt.

d) joule e volt.

e) volt e ohm.

4 Relacione os efeitos da corrente elétrica com os aparelhos citados.

( 1 ) efeito Joule

( 2 ) efeito luminoso

( 3 ) efeito magnético

( ) chuveiros elétricos

( ) fechaduras elétricas

( ) lâmpadas fluorescentes

( ) aquecedores elétricos

5 A reportagem a seguir foi publicada em 26 de julho de 2017 e aborda um incêndio que ocorreu em

um hotel de Santa Catarina.

Carregador de celular pirata causou incêndio em quarto de

hotel em Penha, apontam bombeiros

O superaquecimento de um carregador de celular falsificado, conectado à parede em um

quarto de hotel em Penha, no Litoral Norte catarinense, causou um incêndio com prejuízos de

mais de R$ 15 mil. O laudo com o resultado da perícia no local foi divulgou na terça-feira (25)

pelo Corpo de Bombeiros de Itajaí. O caso ocorreu no dia 8 de julho e não houve feridos.

"Quem nunca deixou um celular carregando? Esses equipamentos em si, quando possuem

o selo da Anatel, geralmente não causam esse tipo de dano. A culpa está, ao meu ver, na irres-

ponsabilidade dos que falsificam esses produtos", disse o segundo tenente Sanino, que realizou

a perícia no local.

CARREGADOR de celular pirata causou incêndio em quarto de hotel em Penha, apontam bombeiros. Disponível em: <https://g1.globo.com/sc/santa-catarina/noticia/carregador-de-celular-pirata-causou-incendio-em-quarto-de-hotel-em-penha-apontam-bombeiros-fotos.ghtml>. Acesso em: 24 abr. 2019.

19

a) O que causou o incêndio?

b) Qual efeito da corrente elétrica está relacionado com a ocorrência do incêndio?

6 -gundos. Qual a intensidade da corrente elétrica que passa pelo fio? Apresente sua resposta no SI.

7 (FGV-SP) Uma seção transversal de um condutor é atravessada por um fluxo contínuo de carga igual a 6 C por minuto, o que equivale a uma corrente elétrica em amperes de:

a) 60

b) 6

c) 1

d) 0,1

e) 0,6

8 Uma pilha completamente carregada fornece uma carga elétrica de 9 000 C. Um aluno resolve ligar a pilha em uma lâmpada que necessita de uma corrente elétrica constante de 1,5 A. Durante quanto tempo, em minutos, essa pilha manterá a lâmpada acesa?

9 Uma bicicleta tem um motor elétrico que pode ser atravessado por até 1 ⋅ 1020 elétrons em 8 segundos. Determine a corrente elétrica máxima que passa pelo motor elétrico, sabendo que a carga elementar do elétron vale, em módulo, e = 1,6 ⋅ 10–19 C.

20

Ciências

Tensão elétrica

Para que os elétrons se movam de maneira organizada, como estudado no tópico ante-rior, é necessário que exista uma tendência de movimento provocada por uma força elétrica. A grandeza física relacionada à capacidade de produzir a corrente é denominada tensão elé-trica e é fornecida por geradores, como pilhas, baterias, tomadas, entre outros.

A tensão elétrica é simbolizada pela le-tra U e sua unidade, no Sistema Internacio-nal, é o volt (V).

As primeiras pilhas foram desenvolvi-das em 1800, pelo italiano Alessandro Volta (1745-1827). Esse pesquisador construiu um dispositivo composto de discos de zinco e cobre empilhados e separados por um teci-do umedecido em solução ácida. Em virtude da configuração desse dispositivo, ele ficou conhecido como pilha de Volta.

A reação química entre o ácido e os dis-cos de metal retira elétrons do cobre, cau-sando um acúmulo de elétrons no disco de zinco. Essa diferença de cargas produz uma tensão elétrica e, quando um fio é conectado ao dispositivo, surge uma corrente elétrica.

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A pilha de Volta foi um dos primeiros dispositivos a transformar energia química em elétrica.

Geradores elétricos

Os geradores elétricos são dispositivos que produzem tensão elétrica entre dois ter-minais. Os principais geradores são a pilha, a bateria e as usinas de energia elétrica, como hidrelétricas, eólicas, termoelétricas, etc.

As pilhas são capazes de acumular a carga elétrica com as reações químicas. Uma carac-terística das pilhas é a tensão contínua, ou seja, uma tensão aproximadamente constante ao longo do tempo. Isso produz uma corrente elétrica contínua que permite definir os polos positivos e negativos das pilhas e baterias. Os aparelhos que utilizam pilhas e baterias só funcionam se os polos forem corretamente ligados.

21

A tensão das pilhas comuns, do tipo AAA ao tipo D, é de 1,5 V. Baterias pequenas, usadas em relógios e outros equipamentos pequenos, têm tensão de 3 V. Baterias maiores podem atingir tensões de 9 V e as automotivas chegam a 12 V.

As usinas são classificadas como geradores elétricos de alta--tensão. A tensão de saída de um gerador pode atingir 18 000 V, mas esse valor pode ainda ser aumentado (elevado) em subesta-ções, para evitar as perdas de energia na rede elétrica. Nos trans-formadores, instalados em alguns postes de luz, a tensão elétrica é reduzida para 110 V ou 220 V para chegar às tomadas residen-ciais de maneira mais segura para o ser humano.

Uma característica importante da corrente elétrica fornecida por uma usina é que ela é uma corrente elétrica alternada. Isso faz com que a corrente elétrica que chega às residências também seja alternada, invertendo o sentido do movimento dos elétrons muito rapidamente. Nesse tipo de corrente elétrica, não existe um polo definido e por isso não precisamos nos importar qual a polaridade do pino dos equipamentos porque a corrente elétri-ca se alterna constantemente entre positiva e negativa. No Bra-sil, a frequência com que a corrente se alterna é de 60 vezes por segundo.

©Shutterstock/Mekcar

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Pilhas e baterias são geradores elétricos que convertem energia química em elétrica.

As usinas hidrelétricas convertem energia mecânica (de movimento das águas) em elétrica, que chega às nossas casas pela rede elétrica.

©Shutterstock/Bayazed

22

Ciências

atividades

1 Defina tensão elétrica e indique seu símbolo e sua unidade no Sistema Internacional.

2 O que são geradores elétricos? Cite pelo menos três exemplos de geradores elétricos.

3 Por que as pilhas são consideradas geradores elétricos? Que tipo de tensão as pilhas produzem?

4 As usinas são geradores elétricos de alta-tensão. Que tipo de corrente elétrica é fornecida por uma usina?

5 Por que alguns controles remotos não funcionam quando a polaridade da pilha é invertida?

6 Por que os controles remotos indicam a posição dos polos das pilhas e os pinos dos carregadores de bateria de celular não fornecem essa informação?

23

7 Um dos efeitos da tensão elétrica produzida entre as nuvens de fortes tempestades e a superfície terrestre é a rápida descarga elétrica, o raio. Em condições de instabilidade climática, típicas de tem-porais, os fortes ventos provocam atrito e colisões entre os pequenos cristais de gelo e as gotículas de água que compõem as nuvens. Essas colisões resultam na eletrização por atrito da nuvem, fazendo com que ela fique com cargas elétricas positivas embaixo e negativas em cima, ou vice-versa.

Raq

sonu

. 201

4. D

igit

al.

Os raios são produzidos pelo movimento de cargas elétricas pela atmosfera, de uma nuvem a outra, de uma nuvem para o solo ou do solo para uma nuvem.

Eletrizada, a nuvem induz a eletrização do solo com cargas contrárias e cria uma elevada tensão elétrica. O ar, presente entre a nuvem e o solo, é um material que não possibilita a passagem de corrente até determinado limite. Quando esse limite é ultrapassado, as cargas elétricas passam rapidamente pelas moléculas do ar, formando o raio.

Os raios, em virtude da alta-tensão entre a nuvem e o solo, constituem um perigo para as pessoas em dias de temporal. Para reduzir a probabilidade de os raios atingirem as pessoas, para-raios fo-ram desenvolvidos e são instalados no alto de prédios e construções elevadas.

a) Investigue o funcionamento dos para-raios, explicando o material do qual são feitos, o formato mais apropriado para atrair as cargas elétricas e por que são instalados em cima de constru-ções elevadas.

b) Descubra quais são os melhores locais para se proteger dos raios em dias de tempestade, quando se está em ambientes externos.

24

Ciências

Resistência elétrica

A resistência elétrica de um fio de circuito elétrico é uma grandeza física relacionada

com a dificuldade que o material oferece à passagem da corrente elétrica. Essa resistência é

uma propriedade do material e é determinada pela maneira com que os átomos e as molécu-

las do material estão organizados e ligados entre si.

A resistência elétrica é simbolizada pela letra R e sua unidade, no Sistema Internacional,

Ra

qso

nu

. 20

14

. Dig

ita

l.

Exemplo esquemático da trajetória de elétrons em função da resistência oferecida pelos átomos de um metal

Nos metais, os elétrons livres colaboram com a redução da resistência elétrica, uma vez que

têm capacidade de se movimentar livremente entre os átomos que constituem o metal. Esses

materiais são denominados condutores elétricos, pois facilitam a passagem da corrente elétrica.

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Cobre, ouro e ferro

são bons condutores elétricos.

25

Em outros materiais, como plásticos, borrachas e madeira, a ausência dos elétrons li-

vres e as longas estruturas moleculares, compostas de muitos átomos ligados, dificultam a

passagem da corrente elétrica. Por esse motivo, esses materiais são chamados de isolantes elétricos.

Leis de Ohm

George Simon Ohm (1787-1854) foi um físico e matemático alemão que realizou expe-

rimentos sobre a condução e a resistência elétrica dos materiais e publicou, com base nos

resultados de seus estudos, o livro Teoria matemática dos circuitos elétricos.

De acordo com as observações de Ohm, dois fatores podem ser relacionados com a in-

tensidade da corrente elétrica que passa por um material: a tensão elétrica do gerador e

a resistência elétrica do material. Quanto maior a tensão elétrica aplicada em um circuito

ou fio condutor, maior a corrente elétrica que flui por ele. Porém, de modo inverso, quanto

maior a resistência elétrica do material, menor a corrente elétrica para uma mesma tensão.

Com base nessas constatações, é possível escrever:

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Madeira, borracha e plástico são maus condutores elétricos.

Em que i é a intensidade da corrente elétrica em ampere (A), U é a tensão em volt (V) e

R

iU

R

26

Ciências

Essa relação entre corrente, tensão e resistência é conhecida como a 1ª. lei de Ohm e, em geral, é expressa da seguinte forma:

Além disso, Ohm investigou ainda os fatores relacionados à resistência elétrica de um material. Com base na realização de experimentos, ele observou que a resistência de um fio depende do material utilizado, do comprimento e do seu diâmetro. A relação entre essas três propriedades, que definem a resistência elétrica de um condutor, é conhecida como a 2ª. lei de Ohm.

Relação entre comprimento e resistência elétrica de fios de um mesmo material e diâmetro:

A resistência elétrica depende do comprimento do fio. Quanto maior o comprimento do fio, maior a resistência à passagem da corrente elétrica, porque os elétrons enfrentam um caminho maior para realizar um movimento ordenado.

A resistência elétrica depende da área da seção transversal do fio. Quanto maior a área, menor a resistência à passagem da corrente elétrica, porque os elétrons têm uma maior superfície para se deslocar. Isso reduz as colisões entre os elétrons.

A resistência elétrica depende do material. Fios de cobre conduzem melhor a corrente elétrica que fios de ferro. Isso tem relação com a quantidade de elétrons livres do material que constitui o fio.

Relação entre diâmetro e resistência elétrica de fios de um mesmo material e comprimento:

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2014

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Relação entre materiais e resistência elétrica de fios de mesmo comprimento e diâmetro:

Fio de cobre

Fio de ferro

27

atividades

1 Defina resistência elétrica, indique seu símbolo e sua unidade no Sistema Internacional.

2 Um resistor é percorrido por uma corrente elétrica de 5 A quando submetido a uma tensão de 80 V. Determine a resistência elétrica desse resistor.

3 Determine a tensão elétrica a que o equipamento está submetido.

4 tensão elétrica igual a 110 V. Determine a corrente elétrica que passa pelo chuveiro.

5 Determine o que ocorre com a resistência elé-trica de um fio quando apenas

a) o fio aumenta de comprimento.

b) a área da seção transversal do fio aumenta.

c) o comprimento do fio diminui.

d) a área da seção transversal do fio diminui.

6 A resistência do material está relacionada com o efeito Joule, que ocorre quando uma corrente elétrica atravessa um material. Para uma mesma corrente elétrica, quanto maior for a resistência, maior será a transformação de energia elétrica em energia térmica. Sa-bendo disso, explique por que fios mais gros-sos são utilizados para evitar maiores riscos de derretimento ou incêndio na fiação.

28

Ciências

Circuitos elétricos

Vimos que a eficiência de alguns materiais, como a maioria dos metais, é diferente quan-to à passagem de corrente elétrica. Isso ocorre devido à presença ou não de elétrons livres. Com a combinação de materiais como esse, foram desenvolvidos dispositivos (componen-tes) elétricos variados, como resistores, condutores, capacitores, fontes, indutores, retifica-dores, fontes luminosas, máquina elétrica, entre outros. A corrente elétrica, ao passar por esses dispositivos elétricos, ou por uma combinação deles, pode produzir os mais variados efeitos: luz, movimento, aquecimento, som, etc.

A ligação de dispositivos elétricos por meio de um condutor, formando pelo menos um caminho fechado para a circulação da corrente elétrica, é conhecida como circuito elétrico.

Para a corrente elétrica circular em um condutor, é ne-cessário que exista um dispositivo, que forneça tensão elé-trica, entre dois terminais do condutor. O dispositivo que fornece a tensão é conhecido como gerador elétrico e pode ser baterias, pilhas ou tomadas elétricas. Em um circuito elé-trico é necessário a existência de uma chave que seja capaz de ligar e desligar esse circuito. Nele, são ligados dispositivos capazes de transformar a energia elétrica em outras formas de energia, como a energia luminosa em uma lâmpada.

Existem vários outros dispositivos elétricos que podem ser inseridos em um circuito elétrico. Antes de montar um circuito elétrico, devemos conhecer cada um de seus com-ponentes. Cada componente tem uma função dentro de um circuito elétrico. São exemplos de componentes elétricos:

Fonte: também conhecida como gerador elétrico, transforma qualquer modalidade de energia em energia elétrica.

Resistor: serve para limitar a corrente que passa em um circuito. Quando inserimos um resistor, temos uma queda de tensão no circuito.

Fusível: serve para proteger o circuito contra um curto-circuito. Quando ocorre um curto-circuito, o fusível queima e abre o circuito, evitando danos em equipamentos mais caros, como um computador.

Diodo: dispositivo que permite a passagem da corrente elétrica somente em um sentido de movimento.

LED: um diodo emissor de luz que hoje é muito utilizado no lugar das lâmpadas incandescentes.

Aterramento: serve para que um dos terminais tenha tensão zero.

Indutor: é composto por um fio condutor enrolado na forma de bobina.

Para monitorar o valor de corrente e tensão, são utilizados dispositivos de controle como o amperímetro e o voltímetro.

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imEm um circuito elétrico simples, a pilha fornece a tensão que orienta os elétrons. Apesar de o movimento dos elétrons ser lento, o campo elétrico se estabelece com velocidade elevadíssima e a lâmpada acende quase que instantaneamente.

amperímetro: é um aparelho utilizado para medir a intensidade

de corrente elétrica em um circuito.

voltímetro: é um aparelho utilizado

para medir a tensão entre dois

pontos de um circuito elétrico.

29

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1 – Quadro de energia: tem a função de distribuir os circuitos elétricos dentro da residência e é onde os disjuntores se encontram.

Disjuntor: é um dispositivo que funciona como um interruptor automático. Sua finalidade é proteger a instalação elétrica de uma possível sobrecarga ou curto-circuito.

1

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3

4

4 – Lâmpadas: dispositivo elétrico que transforma a energia elétrica em energia luminosa.

2 – Tomada: é um

ponto de conexão

que fornece

energia elétrica. É um elemento que

permite que os

aparelhos elétricos sejam ligados à energia elétrica

e entrem em

funcionamento.

3 – Interruptor: é um

elemento utilizado

para abrir ou fechar

os circuitos e pode ser

chamado de chave.

30

Ciências

Ligação de resistores

Em um circuito é possível organizar um conjunto de resistores interligados, conhecido como associação de resistores. Dependendo do tipo de associação, teremos efeitos diferen-tes. As associações de resistores podem ser: em série, em paralelo ou mistas.

Associação de resistores em série: ligados um seguido do outro. A corrente elétrica que passa pelos resistores é a mesma. Já a tensão em cada resistor obedece a lei de Ohm.

Associação de resistores em paralelo: a corrente é dividida nos resistores e a tensão aplicada é a mesma (conservada) em cada resistor.

Associação de resistores mista: apresenta resistores ligados em série e em paralelo.

Neste experimento você montará um circuito elétrico simples.

ciência em prática

ObjetivoEntender um circuito elétrico simples e comparar com um circuito residencial.

Materiais uma pilha 1,5 V

uma lâmpada de lanterna 1,5 V

fita isolante

dois fios finos flexíveis de aproximada-mente 15 cm de comprimento, com as extremidades descascadas

Como fazer1. Primeiramente, com o auxílio do professor, tente ilustrar esquematicamente o circui-

to elétrico a ser montado em sala de aula. Faça um esboço de como você irá ligar os fios, a bateria e a lâmpada. O objetivo do circuito é acender a lâmpada.

2. De posse do desenho esquemático, monte o circuito e tente acender a lâmpada.

Conclusão 1 Você conseguiu acender a lâmpada? Em caso negativo, identifique o problema encontrado na

montagem do circuito.

2 Se compararmos o circuito montado na atividade com um circuito residencial, que dispositivos residenciais fazem o papel das pilhas?

Circuito com resistores associados em paraleloCircuito com resistores associados em série

©Shutterstock/Udaix

31

atividades

1 Defina o que é um circuito elétrico.

2 Quais componentes elétricos são necessários para montar um circuito elétrico simples?

3 Dos materiais listados abaixo, qual pode ser utilizado para compor a fiação em um circuito elétrico com a menor resistência elétrica?

Barbante Fio de pesca Fio de cobre Teflon

4 No laboratório de Ciências um grupo de alunos fez a montagem de um circuito elétrico simples. O circuito elétrico obtido pelos alunos está representado na figura abaixo. O circuito consiste de uma pilha, fios condutores e uma lâmpada. Sabendo que a tensão na pilha é de 1,5 V e que a resistência

conectadoCapacitor é vital em circuitos eletrônicos

Componente que armazena carga elétrica é encontrado nos mais diferentes

equipamentos utilizados no dia a dia

A descoberta da eletricidade [energia elétrica] revolucionou a história da humanidade,

porém uma das maiores preocupações foi saber como armazená-la. Aí entrou em cena o

Div

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019.

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ital

.

32

Ciências

capacitor, um dos componentes eletrônicos, capaz de armazenar carga elétrica e consequente-

mente energia eletrostática ou elétrica.

[...]

FUNCIONAMENTO

O capacitor tem como sua principal característica o acúmulo de cargas elétricas em duas

placas (armaduras), normalmente de alumínio, que ficam muito próximas e são separadas

por um material dielétrico (isolante), que pode ser cerâmica, porcelana, poliéster, teflon,

celulose, etc.

Como são cargas opostas, elas se atraem. Devido a essa atração, é criado um campo elé-

trico entre as placas por meio do material dielétrico. A energia que o capacitor armazena

advém desse campo elétrico.

O capacitor pode acumular uma razoável quantidade de cargas quando está ligado a uma

tensão.

Quando essa tensão é desligada, o capacitor é capaz de continuar fornecendo esta mesma

tensão durante um pequeno período de tempo, funcionando, portanto, como uma espécie de

bateria de curta duração.

A diferença entre o capacitor e a bateria é que o capacitor armazena a energia, enquanto

a bateria produz [transforma] energia por meio de processos químicos e a armazena.

CAPACITOR é vital em circuitos eletrônicos. Disponível em: <https://www.terra.com.br/noticias/dino/capacitor-e-vital-em-circuitos-eletronicos,da696a533804c9abdf09a2d012bf8991mu30eqxi.html>. Acesso em: 29 abr. 2019.

Análises1. De acordo com o texto, qual a função de um capacitor?

2. O capacitor é formado por duas placas condutoras separadas por um material isolante. Quais são os materiais isolantes utilizados no capacitor?

3. Qual a diferença entre um capacitor elétrico e uma bateria?

33

3 (PUC-SP) Os corpos eletrizados por atrito, contato e indução ficam carregados respectivamente com cargas de sinais:

a) iguais, iguais e iguais;

b) iguais, iguais e contrários;

c) contrários, contrários e iguais;

d) contrários, iguais e iguais;

e) contrários, iguais e contrários.

4 (FCC – BA) Considere duas esferas metálicas idênticas. A carga elétrica de uma é Q e a da outra é

–2Q. Colocando-se as duas esferas em contato, a carga elétrica da esfera que estava, no início, car-regada positivamente fica igual a:

a) 32Q

b) Q2

c) Q2

d) 32Q

e) Q4

5 (IFSP) Raios são descargas elétricas de grande intensidade que conectam as nuvens de tempestade na atmosfera e o solo. A intensidade típica de um raio é de 30 mil amperes, cerca de mil vezes a intensidade de um chuveiro elétrico, e eles percorrem distâncias da ordem de 5 km.

(www.inpe.br/webelat/homepage/menu/el.atm/perguntas.e.respostas.php. Acesso em: 30.10.2012.)

Durante uma tempestade, uma nuvem carregada positivamente se aproxima de um edifício que possui um para-raios, conforme a figura a seguir:

1 (UESPI) Três corpos X, Y e Z estão eletrizados. Se X atrai Y e este repele Z, podemos afirmar que certamente:

a) X e Y têm cargas positivas.

b) Y e Z têm cargas negativas.

c) X e Z têm cargas de mesmo sinal.

d) X e Z têm cargas de sinais diferentes.

e) Y e Z têm cargas positivas.

2 Um átomo eletricamente neutro recebe 20 milhões de elétrons. Sabendo que a carga elementar do elétron é e = 1,6 ⋅ 10–19 C, determine a carga adquirida pelo átomo.

o que já conquistei

34

Ciências

De acordo com o enunciado pode-se afirmar que, ao se estabelecer uma descarga elétrica no para-raios,

a) prótons passam da nuvem para o para-raios.

b) prótons passam do para-raios para a nuvem.

c) elétrons passam da nuvem para o para-raios.

d) elétrons passam do para-raios para a nuvem.

e) elétrons e prótons se transferem de um corpo a outro.

6 (PUC-RS) Durante as tempestades, normalmente ocorrem nuvens carregadas de eletricidade.

Uma nuvem está eletrizada quando tem carga elétrica resultante, o que significa excesso ou falta de , em consequência de entre camadas da atmosfera. O para-raios é um metal em forma de ponta, em contato com o solo, que a descarga da nuvem para o ar e deste para o solo.

a) energia; choque; facilita

b) carga; atrito; dificulta

c) elétrons; atração; facilita

d) elétrons; atrito; facilita

e) prótons; atrito; dificulta

7 (CEFET – MG) Duas esferas metálicas isoladas estão suspensas por fios, conforme mostram as figuras.

Se um feixe de luz violeta atinge a esfera da direita da FIG. 2, elas se atraem como representado na FIG. 3. Sobre essa situação, é correto afirmar que a(s) esfera(s)

a) estão eletrizadas com cargas de mesmo sinal.

b) estão eletrizadas com cargas de sinais opostos.

c) atingida pela luz violeta fica eletrizada negativamente.

d) da esquerda permanece neutra e a outra, eletrizada positivamente.

e) da esquerda fica eletrizada positivamente e a outra, eletrizada negativamente.

Observação: alguns metais liberam elétrons livres quando são iluminados com luz violeta.

Para-raios

35

9 (UFPE-PE) Considere os materiais:

1. Borracha

2. Porcelana

3. Alumínio

4. Nylon

5. Vidro

6. Ouro

7. Mercúrio

8. Madeira

Assinale a alternativa abaixo, na qual os três materiais citados são bons condutores:

a) 5, 7 e 8

b) 3, 5 e 6

c) 3, 4 e 6

d) 3, 6 e 7

10 (UFMG) Um isolante elétrico:

a) não pode ser carregado eletricamente;

b) não contém elétrons;

c) tem de estar no estado sólido;

d) tem, necessariamente, resistência elétrica pequena;

e) não pode ser metálico.

11 (UECE) A matéria, em seu estado normal, não manifesta propriedades elétricas. No atual estágio de conhecimentos da estrutura atômica, isso nos permite concluir que a matéria:

a) é constituída somente de nêutrons.

b) possui maior número de nêutrons que de prótons.

c) possui quantidades iguais de prótons e elétrons.

d) é constituída somente de prótons.

8 (IFSP) A tabela a seguir mostra a série triboelétrica.

Pele de coelho

Vidro

Cabelo humano

Mica

Lã

Pele de gato

Seda

Algodão

Âmbar

Ebonite

Poliéster

Isopor

Plástico

Através dessa série é possível determinar a car-ga elétrica adquirida por cada material quando são atritados entre si. O isopor ao ser atritado com a lã fica carregado negativamente.

O vidro ao ser atritado com a seda ficará carregado:

a) positivamente, pois ganhou prótons.

b) positivamente, pois perdeu elétrons.

c) negativamente, pois ganhou elétrons.

d) negativamente, pois perdeu prótons.

e) com carga elétrica nula, pois é impossível o vidro ser eletrizado.

36

Ciências

12

calor e que sua função é a de isolar termicamente nosso corpo do ar frio que nos cerca. Existem, contudo, cobertores que, em seu interior, são aquecidos eletricamente por meio de uma malha de fios metálicos nos quais é dissipada energia em razão da passagem de uma corrente elétrica.

Esse efeito de aquecimento pela passagem de corrente elétrica, que se observa em fios metálicos, é conhecido como

a) efeito Joule.

b) efeito Doppler.

c) efeito estufa.

d) efeito termoiônico.

e) efeito fotoelétrico.

13

I – A corrente elétrica é uma grandeza escalar, definida como a razão entre a variação da quanti-dade de carga elétrica que flui em um meio em um intervalo de tempo.

II – A corrente elétrica convencional descreve o fluxo de cargas elétricas positivas.

III – Os elétrons fluem no interior dos metais com a velocidade da luz.

IV – O campo elétrico é o responsável por fazer cargas elétricas se movimentarem em um circuito elétrico.

Assinale a alternativa CORRETA.

a) Somente as afirmativas I e II são corretas.

b) Somente as afirmativas I e III são corretas.

c) Somente as afirmativas III e IV são corretas.

d) Somente as afirmativas I, II e IV são corretas.

e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.

14 a) Resistor

b) Capacitor

c) Gerador

d) Disjuntor

e) Amperímetro

15 (UFMG-MG) Um professor pediu a seus alunos que ligassem uma lâmpada a uma pilha com um pe-daço de fio de cobre.

Nestas figuras, estão representadas as montagens feitas por quatro estudantes:

Considerando-se essas quatro ligações, é CORRETO afirmar que a lâmpada vai acender apenas

a) na montagem de Mateus.

b) na montagem de Pedro.

c) nas montagens de João e Pedro.

d) nas montagens de Carlos, João e Pedro.

37

capí

tulo

Máquinas elétricas2

A tecnologia usada na construção de veículos movidos a

energia elétrica tem evoluído bastante nos últimos anos por

interesses econômicos. No entanto, o processo de difusão de

veículos elétricos ocorre de forma gradativa em todo o mundo.

À medida que o aumento da frota ocorre, é necessário investir

na geração e distribuição de energia elétrica, de maneira a su-

portar a carga dos veículos.

De que forma a substituição da frota atual por veículos elé-

tricos pode contribuir com o meio ambiente?

Magnetismo

Potência e energia elétrica

Formas de energia e suas transformações

Máquinas elétricas

o que vocêvai conhecer

©Shutterstock/Tom Wang

Veículo elétrico

38

Ciências

Compreender as origens do Eletromagnetismo.

Calcular o consumo de eletrodomésticos a partir de dados de potência e tempo médio de uso, para avaliar o seu impacto no consumo doméstico mensal.

Propor ações coletivas para otimizar o uso de energia elétrica em sua escola e/ou comunidade, com base na seleção de equipamentos segundo critérios de sustentabilidade (consumo de energia e

eficiência energética) e hábitos de con-sumo responsável.

Discutir e avaliar usinas de geração de energia elétrica (termelétricas, hidrelétri-cas, eólicas, etc.), suas semelhanças e dife-renças, seus impactos socioambientais, e como essa energia chega e é usada em sua cidade, comunidade, casa ou escola.

Entender o funcionamento de máquinas elétricas e como ocorrem as transforma-ções de energia nesses equipamentos.

objetivos do capítulo

Magnetismo

Os fenômenos magnéticos, assim como os fenômenos elétricos, são conhecidos pelo ser humano desde a antiguidade. O primeiro fenômeno magnético observado foi a atração entre um mineral chamado magnetita e alguns metais, como o ferro. A magnetita é conside-rada um ímã natural, pois é encontrada na natureza.

Os ímãs são substâncias que têm a capacidade de atrair alguns outros corpos e interagir com outros ímãs. Existem dois tipos de ímãs: ímãs naturais e ímãs artificiais.

Os ímãs naturais são encontrados na natureza e não precisam de interferência humana para atrair outros materiais. Em geral, os ímãs naturais são rochas compostas de magnetita.

Os ímãs artificiais são aqueles que adquirem propriedades magnéticas depois de intera-girem com outros ímãs. Esse processo é denominado imantação.

Algumas substâncias podem interagir com os ímãs e ser imantadas. O ferro, o níquel e o cobalto são exemplos de metais que podem ser imantados. Esses metais também são conhecidos como ferromagnéticos. Materiais que não são atraídos tão fortemente por ímãs e, por isso, não podem ser imantados tão facilmente são chamados de materiais não ferromagnéticos.

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Ímãs apresentam várias formas. Ímãs utilizados em guindastes são chamados de eletroímãs.

39

Campo magnético terrestre

Quando deixamos um ímã livre para rotação, pendurando-o com um fio

pelo centro, podemos observar que ele se orienta sempre para uma mesma

direção. Essa observação nos leva à conclusão de que a Terra tem o comporta-

mento de um grande ímã, que orienta ímãs menores.

O polo norte do ímã é atraído pelo polo sul magnético da Terra (que se encontra pró-

ximo ao Polo Norte geográfico) e, da mesma forma, o polo sul do ímã é atraído pelo polo

norte magnético da Terra (que se encontra próximo ao Polo Sul geográfico).

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Esses fenômenos relacionados ao comportamento magnético da Terra

e à interação com os ímãs possibilitaram o desenvolvimento de um instru-

mento amplamente utilizado para fornecer orientação tanto naval quan-

to terrestre: a bússola. A bússola é constituída por uma agulha ou um

ponteiro, de material magnético, suspenso em um pino vertical que

possibilita a rotação da agulha. Ao rotacionar, a agulha da bússola

volta sempre para a mesma orientação, direcionada pelo campo

magnético da Terra.

As bússolas foram desenvolvidas pelos chineses, por volta de

2000 a.C. e ganharam grande importância durante as Grandes Na-

vegações, pois possibilitavam a orientação em alto-mar com boa

precisão e sem necessidade de observar a posição das estrelas.

O polo sul magnético da Terra está próximo ao Polo Norte geográfico

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A bússola se orienta pelo magnetismo da Terra e aponta para, aproximadamente, o Polo Norte geográfico.

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Polo sul magnéticoPolo Norte geográfico

Polo Sul geográfico Polo norte magnético

40

Ciências

Origens do Eletromagnetismo

Os fenômenos elétricos e magnéticos foram estudados de maneira independente até o início do século XIX. A grande contribuição para a unificação das teorias da Eletricidade e do Magnetismo é o experimento do físico dinamarquês Hans Christian Oersted (1777-1851).

Em 1820, Oersted, preparando uma aula sobre fenômenos elétricos, constatou a exis-tência de uma relação entre os fenômenos elétricos e os fenômenos magnéticos. Durante um experimento com circuitos elétricos, ele observou que a corrente elétrica, ao passar nos fios do circuito, fazia com que a agulha de uma bússola, próxima ao experimento, sofresse uma deflexão, isto é, mudasse a direção dela. Oersted, então, concluiu que a corrente elétri-ca que circulava nos fios era capaz de produzir efeitos magnéticos.

Os fenômenos observados pelas interações elétricas e magnéticas são objetos de estu-do do Eletromagnetismo. A partir dessas interações podemos entender como funcionam os motores elétricos.

Usando circuitos elétricos em seus experimentos, Oersted constatou a existência de uma relação entre os fenômenos elétricos e os magnéticos.

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41

ciência em práticaNesta prática é possível perceber a relação entre Eletricidade e Magnetismo.

ObjetivoReproduzir o experimento de Oersted e observar que a corrente elétrica é capaz de

produzir um campo magnético.

Materiais 1 pilha comum de 1,5 V

30 cm de fio condutor

1 bússola

Como fazer1. Em uma mesa ou base nivelada, coloque a bússola e verifique se o único campo mag-

nético que age sobre a bússola é o campo magnético da Terra. Essa verificação se dá

observando se o ponteiro da bússola permanece na mesma direção mesmo se mudar

a posição na mesa.

2. O próximo passo é alinhar o fio metálico com a agulha da bússola. Coloque o fio sobre

a bússola, no sentido da agulha.

3. Ligue o fio na pilha.

4. Observe o que acontece.

5. Inverta a polaridade da pilha e observe o que acontece.

Conclusão 1 Descreva o que acontece com a agulha da bússola quando os fios são conectados aos polos da

pilha.

2 O que acontece quando a polaridade é invertida?

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42

Ciências

As contribuições às observações de Oersted vieram alguns

anos depois com os experimentos do inglês Michael Faraday (1791-

1867). Ele observou que, ao introduzir um ímã em uma bobina, uma

corrente elétrica era detectada nessa bobina. Esse fenômeno deu

origem à lei de indução de Faraday.

O experimento de Faraday foi fundamental para o desenvolvimento do Eletromagne-

tismo. Segundo a lei de indução de Faraday, a variação do fluxo magnético em uma bobina

induz o surgimento de uma corrente elétrica. Esse é o princípio base para o funcionamento

da maioria dos geradores de energia elétrica, como em usinas hidrelétricas, termelétricas,

alternadores de automóveis, entre outros.

bobina: um fio condutor em formato circular ou retangular é chamado de espira. O conjunto de várias espiras empilhadas é chamado de bobina.

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O experimento de Faraday

Turbinas, alternadores e motores elétricos utilizam o princípio de indução de Faraday para a geração de energia elétrica.

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©Shutterstock/Heptagon.circle

CorrenteCorrente

43

atividades

1 O que é um ímã natural?

2 O que é um ímã artificial?

3 Cite metais que têm a capacidade de ser imantados e, com isso, adquirir propriedades magnéticas.

4 Quando uma pessoa necessita fazer um exame em uma máquina de ressonância magnética, é co-mum solicitar a ela que deixe de fora todos os materiais metálicos. Isso ocorre porque a máquina de ressonância magnética tem ímãs fortes que poderiam atrair os objetos e machucar a pessoa.

Em outubro de 2012, o equipamento de ressonância do Hospital da Base de Brasília ficou inutiliza-do após sugar uma enceradeira de um funcionário que fazia a limpeza do ambiente.

Com base nas informações e na notícia anterior, responda às questões.

a) Todos os metais são fortemente atraídos pelo equipamento de ressonância? Justifique sua resposta.

b) Por que é comum solicitar aos pacientes que os materiais metálicos sejam retirados durante um exame em uma máquina de ressonância magnética?

5 A experiência de Oersted permitiu reconhecer a existência de uma relação entre os fenômenos elétricos e os fenômenos magnéticos. Uma corrente que passa através de um fio condutor é capaz de gerar um campo magnético. Como podemos provar essa afirmação?

Enceradeira gruda em aparelho de ressonância e impede exames no DF

Funcionário da limpeza do Hospital da Base, em Brasília, entrou com a enceradeira na sala de exame e

campo magnético do aparelho sugou o equipamento para dentro do tubo.

ENCERADEIRA gruda em aparelho de ressonância e impede exames no DF. Disponível em: <http://g1.globo.com/jornal-da-globo/noticia/2012/10/enceradeira-gruda-em-aparelho-de-ressonancia-impede-realizacao-de-exames-no-df.html >. Acesso em: 3 mar. 2019.

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Ciências

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Dois fatores estão diretamente relacionados à determinação da potência elétrica de um

dispositivo: a tensão elétrica e a corrente. Quanto maior a tensão aplicada no dispositivo e a

corrente que passa por ele, maior a quantidade de energia transformada e, por isso, maior a

potência. Consequentemente, a potência elétrica pode ser determinada por:

A rapidez e a eficiência com que o dispositivo converte a energia elétrica em outros tipos

de energia estão associadas à potência elétrica, que pode ser definida como:

Pot

é a potência, E é a energia elétrica transformada pelo dispositivo e t é o intervalo de

tempo.

Potência e energia elétrica

Quando utilizamos um dispositivo elétrico, como um secador de cabelo, um televisor ou

um liquidificador, a energia elétrica é convertida em térmica, luminosa, sonora, cinética (de

movimento), entre outras.

A potência elétrica é uma grandeza física relacionada à capacidade de um dispositivo de

transformar a energia elétrica em outro tipo de energia. É simbolizada por Pot

e sua unidade,

no Sistema Internacional, é o watt (W).

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Dispositivos elétricos convertem a energia elétrica em outras formas de energia.

45

Equipamentos elétricos utilizados no dia a dia cos-tumam apresentar informações da potência elétrica em watt (W) e da tensão elétrica aplicada sobre eles em

100 W – 110 V tem uma potência elétrica de 100 W, quan-do instalado em uma rede elétrica de 110 V. Outra uni-

dade de potência elétrica amplamente utilizada é o quilowatt e 1 kW é igual a 1 000 W.

Energia elétrica

A energia elétrica chega em nossas residências por meio das linhas de distribuição. A quantidade de energia que consumimos durante um mês é registrada em um medidor insta-lado pela companhia de energia elétrica de nossa região.

A unidade de energia no Sistema Internacional é o joule (J). No entanto, a unidade de energia elétrica que é apresentada na conta de energia elétrica é o quilowatt-hora.

A potência de um aparelho elétrico indica qual é a taxa de transformação de energia do aparelho. Um chuveiro de

por segundo.

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1 kWh equivale a 3 600 000 J

O valor que aparece em nossa conta de energia elétrica é referente ao consumo de ener-gia de um mês, mas é possível calcular o consumo de energia de qualquer equipamento elétrico utilizando as especificações de cada aparelho e a equação da potência elétrica, estu-dada anteriormente. Para isso é preciso reordenar as variáveis isolando a energia:

se funcionar durante 1 h por dia (4 banhos de 15 min, por exemplo), consome 5,4 kWh de energia elétrica. Em um mês, com 30 dias, o consumo pode ser calculado multiplicando o consumo por dia pela quantidade de dias que o chuveiro foi utilizado:

5,4 kWh ⋅ 30 dias = 162 kWh de energia elétrica

Os chuveiros elétricos consomem uma quantidade significativa de energia elétrica, por isso é importante utilizá-lo de maneira consciente, evitando o desperdício de água e o con-sumo excessivo de energia elétrica.

A fatura de energia elétrica que chega em nossas casas todo mês é um documento que apresenta a quantia total que deve ser paga pela prestação de serviço de fornecimento de energia elétrica. Ela apresenta informações importantes, como quantidade de energia con-sumida, valor total a ser pago, além do valor referente ao kWh.

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46

Ciências

©Copel - Companhia Paranaense de Energia

1. Unidade consumidora: número que identifica a unidade consumidora nos registros da concessionária de energia

2. Vencimento: indica a data de vencimento da fatura de energia elétrica

3. Valor a pagar: indica o valor a pagar em função da energia elétrica consumida

4. Informações técnicas: traz informações sobre a leitura do medidor e o consumo médio diário em kWh

5. Indicadores de qualidade: traz informações sobre a tensão contratada (127 V ou 220 V), além de informações sobre consumo e pagamento em meses anteriores.

6. Valores faturados: traz informações sobre o consumo total no período, valor do kWh, composição do valor final da conta de energia elétrica, e traz também a indicação da bandeira tarifária do período.

47

Efeito Joule

Uma das principais consequências da passagem de corrente elétrica em um condutor é a transformação da energia elétrica em energia térmica, o que explica o aquecimento da maio-ria dos aparelhos elétricos durante o seu funcionamento. Esse fenômeno é o efeito Joule, nomeado em homenagem ao físico britânico James Prescott Joule (1818-1889).

A explicação desse fenômeno está relacionada à transferência de energia cinética (ener-gia de movimento) dos elétrons aos átomos do material que constituem o fio por onde passa a corrente elétrica. Quando os elétrons, com energia cinética, colidem com esses átomos, parte da energia de movimento é transferida para eles, aumentando o nível de vibração dos átomos, o qual revela a energia térmica e a temperatura do material.

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Em qualquer dispositivo elétrico existe o efeito Joule. Em alguns, como em computa-dores e celulares, esse efeito é indesejado porque reduz a eficiência do equipamento. Em outros, como em secadores de cabelo, ferros de passar roupa e chuveiros, esse efeito é a base do funcionamento.

A escolha da espessura dos fios e do diâmetro dos plugues de um equipamento também tem relação com o efeito Joule. Você já reparou que secadores de cabelo, aquecedores e apa-relhos de ar-condicionado não encaixam em qualquer tomada? Isso ocorre porque o diâmetro dos plugues é maior para dimi-nuir a resistência elétrica e, consequentemente, reduzir o efei-to Joule. Equipamentos potentes têm o plugue com 4,8 mm e equipamentos menos potentes têm plugues de 4 mm.

Forçar a entrada do plugue em uma tomada mais fina pode resultar em um superaquecimento do plugue e em curtos-circuitos.

A interação entre a corrente elétrica e os átomos de um filamento produz luz e calor.

O ferro de passar roupa é um dispositivo no qual é aplicado o efeito Joule.

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A tomada com diâmetro igual a 4 mm suporta uma corrente elétrica de até 10 A. A tomada com diâmetro igual a 4,8 mm suporta uma corrente elétrica de até 20 A.

48

Ciências

Etiqueta de eficiência energética

A Etiqueta é o Selo de Con-

formidade que é posta em

produtos nos pontos de ven-

da, ela atende a requisitos de

desempenho estabelecidos

em normas e regulamentos

técnicos.

Dependendo do critério

de desempenho avaliado,

ela recebe nomes diferentes.

Quando a principal informa-

ção é a eficiência energética

do produto ela recebe o nome

de Etiqueta Nacional de Con-

servação de Energia e traz a

classificação de produtos em

faixas coloridas que variam

da mais eficiente (A) à menos

eficiente (de C até G), além de fornecer outras informações relevantes como, por exemplo, o

consumo de combustível dos veículos e a eficiência na lavagem e no uso da água em lavadoras

de roupa.

Cada linha de eletrodoméstico contém sua própria etiqueta e muda de acordo com as ca-

racterísticas técnicas de cada produto.

Um outro exemplo de etiqueta é o Selo Ruído, criado pelo Instituto Brasileiro do Meio Am-

biente e dos Recursos Naturais Renováveis - IBAMA, que informa aos consumidores o nível de

ruído gerado pelo funcionamento de aparelhos, como secadores de cabelo, liquidificadores e

aspiradores de pó e permite diferenciar os mais silenciosos dos mais barulhentos.

Antes de comprar um produto etiquetado, verifique a letra que indica sua eficiência.

conectado

ETIQUETA de eficiência energética. Disponível em: <https://www2.inmetro.gov.br/pbe/a_etiqueta.php>. Acesso em: 6 mar. 2019.

1. Pesquise em sua residência ou em estabelecimentos de venda de eletrodomésticos as etiquetas de eficiência energética. Identifique o equipamento e a sua eficiência energética, compare com outros equipamentos com eficiências diferentes.

2. Faça uma análise e discuta com os colegas a importância da classificação dos eletrodomésticos levando em consideração a etiqueta de eficiência energética. Quais são os benefícios para o meio ambiente?

pesquisa

Etiqueta de eficiência energética

49

atividades

1 Defina potência elétrica e indique seu símbolo e sua unidade no Sistema Internacional.

2 O quadro a seguir relaciona a potência média (em watts) de alguns aparelhos elétricos, o número de dias que eles são utilizados, o tempo médio de utilização deles ao longo de um mês (em horas) e o consumo mensal de energia (em quilowatts-horas). Aplicando a equação da potência, descubra os valores que estão faltando e responda às questões.

AparelhoPotência

média (W)Número de dias

Tempo médio de uso (h)

Consumo mensal (kWh)

Aparelho de som 100 30 4

Ar-condicionado 1 500 30 2 90

Aspirador de pó 600 5 1 3

Chuveiro elétrico 4 400 30 1 132

Forno de micro-ondas 1 200 0,5 18

Geladeira simples 30 10 60

Lâmpada fluorescente 20 30 12 7,2

Lâmpada incandescente 100 30 12

Microcomputador 200 20 2 8

Torneira elétrica 3 000 30 0,5 45

Fonte: Celg – Goiás.

a) Qual aparelho apresenta maior consumo de energia elétrica no fim de um mês?

b) Se todos os equipamentos funcionassem durante o mesmo intervalo de tempo, qual deles

apresentaria o menor consumo de energia elétrica?

c) Considere que a Companhia Energética de Goiás (Celg) cobra R$ 0,30 por kWh consumido. Qual o valor da “conta de luz” de uma residência, supondo que nessa casa exista um aparelho de

cada um dos mencionados na tabela, com exceção das lâmpadas (cinco fluorescentes e quatro incandescentes)?

50

Ciências

3 Determine

a) a intensidade da corrente elétrica forneci-da pela bateria.

b) a potência elétrica da bateria.

4 A etiqueta energética foi criada com o objetivo de informar de maneira rápida e clara as caracterís-ticas dos equipamentos eletroeletrônicos. Na etiqueta é possível encontrar diversas informações, como marca, modelo, tensão nominal, potência nominal, eficiência, consumo energético, etc.

Observe a etiqueta fictícia a seguir e responda às questões.

a) A etiqueta energética se refere a que equipa-mento?

b) Qual é a marca e o modelo do equipamento?

c) Qual é a potência e a tensão nominais do equipamento?

d) Determine a corrente elétrica que passa pelo equipamento utilizando potência e tensão nominais.

e) Qual efeito físico está relacionado à transformação da energia elétrica em energia térmica no equipamento?

51

Usina hidrelétrica

No Brasil, a maior parte da

energia elétrica tem origem nas

usinas hidrelétricas, isso porque o

país apresenta um grande poten-

cial hídrico para a construção de

usinas desse tipo.

Em uma usina hidrelétrica, a

água represada é direcionada por

dutos até as turbinas que movi-

mentam os geradores, transfor-

mando a energia cinética em ener-

gia elétrica. Essas usinas são pouco

poluentes, no entanto, a instalação

de uma usina hidrelétrica pode

ocasionar sérios impactos sociais

e ambientais, principalmente em

razão do alagamento de grandes

áreas.

Formas de energia e suas transformações

A energia é essencial para a manutenção da vida na Terra e está presente em

várias situações do cotidiano. A respiração celular fornece energia para o corpo

humano. As máquinas, os veículos e os equipamentos presentes no nosso dia a dia utilizam

energia para funcionar. Muitos desses equipamentos utilizam energia dos combustíveis, que

armazenam energia em suas ligações químicas, como o petróleo, o álcool e o carvão.

A energia elétrica também está presente no dia a dia e destaca-se pela sua importância

para a qualidade de vida e bem-estar da população. Precisamos de energia elétrica para

usarmos nossos eletrodomésticos, chuveiros, aparelhos eletrônicos, entre outros.

A energia elétrica é obtida pela transformação de outras modalidades de energia, como

a energia cinética (energia de movimento) que pode vir de uma queda-d’água, do vapor-

-d’água, do movimento dos ventos, etc. ou de reações químicas, como em pilhas e baterias.

©Pulsar Imagens/Luciana Whitaker

Princípio de funcionamento de uma usina hidrelétrica

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Usina hidrelétrica

Reservatório

Canal

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Linhas de

distribuição de

energia

Casa de

força

Gerador

Turbina

A usina hidrelétrica de Belo Monte foi construída na Bacia do Rio Xingu.

52

Ciências

Usina eólica

As usinas eólicas utilizam o vento para empurrar as pás do aerogerador, transformando a energia cinética em energia elétrica. A produção de energia eólica no Brasil atingiu, em 2018, a marca de 14 GW (14 000 000 000 W) de ca-pacidade instalada, segundo dados da Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEólica). O total da produção é equivalente à mesma capacidade instalada na usina de Itaipu.

O Nordeste destaca-se na produção de energia eólica no Brasil com 472 parques instala-dos. O Rio Grande do Norte é o estado que mais produz energia por meio de fontes eólicas, com 146 parques instalados. No total, no Brasil, há 568 parques, sendo 96 parques localiza-dos na Região Sul.

Usina maremotriz

O princípio de funcionamento das usinas maremotrizes é semelhante ao das usinas eóli-cas e hidrelétricas. Esse tipo de usina utiliza o movimento das águas do mar para transformar energia mecânica em energia elétrica. A corrente marinha gira uma turbina, transformando energia cinética em energia elétrica.

Existem poucas usinas maremotrizes no mundo, pois o aproveitamento dessa fonte de energia ainda está em desenvolvimento. Apesar de ser um tipo de energia limpa, a produção não é contínua e está condicionada ao ciclo das marés. Além disso, a água do mar pode pro-vocar efeitos corrosivos, diminuindo a vida útil das instalações.

As usinas eólicas utilizam o vento para girar as pás do aerogerador.©

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Divo Padilha. 2019. Digital.

53

As fontes de energia elétrica hidrelétrica, eólica e maremotriz são consideradas fontes

renováveis de energia.

Fontes renováveis são fontes de energia consideradas inesgotáveis, pois suas quantida-

des são renovadas constantemente ao serem usadas. Exemplos: hídrica, eólica, solar, oceâni-

ca, entre outras.

Usina termelétrica

Outro tipo de usina geradora de energia elétrica utilizada no Brasil é a usina termelétri-

ca. Nela algum combustível é queimado, que pode ser gás, óleo, bagaço de cana de açúcar

ou outro material. Ao queimar o combustível, o calor gerado é utilizado para aquecer a água

na caldeira e obter vapor d’água em alta pressão. O vapor gira uma turbina, transformando

a energia térmica em energia cinética e depois em energia elétrica.

Fontes não renováveis são consideradas finitas ou esgotáveis, pois a reposição na nature-

za é muito lenta. Exemplos: petróleo, carvão mineral, gás natural e nuclear.

O impacto ocasionado pela queima de combustíveis fósseis, como carvão, óleo ou gás

natural, é, principalmente, a poluição do ar. Esses materiais são responsáveis por grande

parte da emissão de gases de efeito estufa na atmosfera. A emissão desses gases poluentes

impacta a saúde e o meio ambiente.

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Normalmente as usinas termelétricas utilizam fonte de energia considerada não renovável.

As usinas termelétricas utilizam energia térmica para a geração de energia elétrica.

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Vapor

Caldeira

Queima de combustível

Turbina Gerador

Eletricidade

No Brasil, aproximadamente 82% da energia elétrica é gerada por meio de fontes re-

nováveis de energia. No resto do mundo, apenas 24% da energia elétrica é proveniente de

fontes renováveis.

54

Ciências

Redes de transmissão e distribuição

Após a geração nas usinas, a energia elétrica é transportada até as nossas casas para a utilização. A energia sai das usinas e é transportada por linhas de transmissão de alta-tensão até as subestações de distribuição. Depois disso, a energia chega a nossas casas através das redes de distribuição.

Divo Padilha. 2019. Digital.

Geração

Usina hidrelétrica

Usina eólica Usina termelétrica

Linha de transmissão

Distribuição

Consumidores

A energia elétrica é gerada nas usinas e chega em nossas casas ao serem transmitidas pelas redes de distribuição.

55

Cidades Inteligentes

As cidades inteligentes são aquelas que fazem uso de tecnologia para promover o bem-

-estar da população, o crescimento econômico e motivar ações de sustentabilidade.

Com o uso de tecnologia, a modernização do sistema de geração e a distribuição de ener-

gia elétrica, será possível ao consumidor gerar sua própria energia por meio dos sistemas de

microgeração.

Esses sistemas de microgeração envolvem geração de energia por meio de pequenas usi-

nas hidrelétricas e eólicas, biodigestores, energia da biomassa e também painéis fotovoltaicos

que utilizam a energia solar.

Além de gerar economia na conta de energia elétrica, a energia excedente produzida por

meio dos microgeradores pode ser repassada pelo consumidor para a concessionária. Tudo

isso por causa da implantação de um sistema de redes inteligentes.

Análises1. O que são os sistemas de microgeração?

2. De que forma podemos otimizar o consumo de energia elétrica em nossa escola/comuni-dade utilizando os conceitos de cidades inteligentes? Discuta com os colegas promovendo um debate e propondo ações de sustentabilidade.

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Painéis fotovoltaicos e geradores eólicos podem contribuir para sistemas de microgeração de energia.

56

Ciências

atividades

1 Explique o que são fontes renováveis e não renováveis de energia.

2 Qual é a principal fonte de geração de energia elétrica no Brasil? Classifique-a como renovável ou não renovável.

3 Quais fontes de energia você utiliza em sua residência? Classifique-as como renováveis ou não renováveis.

4 Classifique as fontes abaixo como: ( 1 ) Fontes renováveis ou ( 2 ) Fontes não renováveis.

( ) Eólica

( ) Hídrica

( ) Petróleo

( ) Carvão

( ) Solar

( ) Oceânica

5 As principais usinas de geração de energia elétrica no Brasil são as hidrelétricas e termelétricas. Cite as vantagens e desvantagens das usinas hidrelétricas e termelétricas e faça uma análise com-parativa entre as duas.

6 Atualmente muitas atividades humanas utilizam energia, e a maior parte da energia utilizada é pro-veniente da queima de combustíveis fósseis. Seja para a produção de energia elétrica, seja para o transporte, seja na indústria, o carvão, o gás natural e o petróleo são utilizados em larga escala. Quais são as implicações da queima de combustíveis fósseis para o meio ambiente? Quais ações podem ser feitas para diminuir o consumo desses combustíveis?

57

Máquinas elétricas

As máquinas elétricas são dispositivos capazes de transformar energia elétrica em energia mecânica ou energia mecânica em energia elétrica. É o caso de motores elétricos, geradores e transformadores. Os motores e geradores são chamados de máquinas elétri-cas rotativas, pois precisam se movimentar, geralmente apresentando uma parte girante. Os transformadores são chamados de máquinas elétricas estacionárias, pois não apresentam partes móveis. O princípio da indução eletromagnética é o principal fenômeno presente nes-ses dispositivos.

Motores elétricos

Os motores elétricos estão presentes no nosso dia a dia. Brinquedos, eletrodomésti-cos (liquidificadores, enceradeiras, ventiladores), automóveis (motores de arranque, carros elétricos) e os mais variados processos industriais são exemplos de motores elétricos que transformam energia elétrica em outras modalidades de energia (normalmente energia me-cânica – energia de movimento).

O funcionamento de um motor elétrico deve-se pelas suas bobinas, que são ligadas e desligadas alternadamente, por meio da passagem de corrente elétrica por elas. Essa cor-rente elétrica que passa pelas bobinas cria um campo magnético e, devido à sua interação, faz o eixo do motor girar.

O motor elétrico é constituído de inúmeros componentes, mas os principais são:

rotor ou induzido: trata-se da parte móvel do motor, é constituído pelo eixo rotor e bo-binas por onde passa a corrente;

estator: trata-se da parte fixa, tem ímãs permanentes ou bobinas. No estator temos um campo magnético contínuo.

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O funcionamento de um motor elétrico simples pode ser praticado. Para isso, acompa-nhe a proposta de construção desse tipo de motor.

Motor elétrico

Estator

Rotor

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Ciências

ciência em prática

Motor elétrico simples

Nesta prática é possível construir a base de um motor elétrico simples.

ObjetivosCompreender o princípio de funcionamento de motor elétrico simples.

Materiais 1 pilha grande 1,5 V

1 ímã permanente

2 m de fio de cobre esmaltado

2 alfinetes grandes (de fralda)

2 elásticos de punho (elásticos de dinheiro)

Como fazer1. Enrole o fio usando a pilha como molde circular. Deixe duas pontas, uma para cada

lado, conforme a imagem. Essa será a bobina do motor.

2. Raspe completamente uma das pontas do fio que sai da bobina. Raspe somente uma

faixa da outra ponta, de modo que o fio conduza a energia elétrica somente quando

estiver em contato com a ponta raspada.

3. Coloque o ímã sobre a superfície, conforme a imagem.

4. Fixe os alfinetes de fralda nos polos da pilha usando os elásticos de punho.

5. Passe as extremidades da bobina pelos furos dos alfinetes, que servirão de suporte

para o eixo.

6. O rotor já deve começar a girar. Se não girar, ajuste o ângulo entre o lado do fio com

esmalte e o plano da bobina.

Conclusão 1 Tente explicar de maneira resumida o funcionamento do motor.

2 Monte um desenho esquemático identificando o rotor, a fonte de energia e o estator.

3 Faça uma pesquisa e discuta a importância das máquinas elétricas para o desenvolvimento da sociedade.

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Geradores elétricos

O funcionamento dos geradores elétricos é o inverso dos motores elétricos. Neles, ou-

tras modalidades de energia são transformadas em energia elétrica. Como exemplo, temos

os geradores nas usinas hidrelétricas, que utilizam a energia mecânica (energia do movimen-

to) para girar a turbina e gerar energia elétrica; os alternadores de automóveis, que utilizam

o giro do motor (combustão) para gerar energia elétrica; e o dínamo, que utiliza o movimen-

to das rodas de bicicleta.

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Transformadores

A função de um transformador é modificar a tensão de um circuito elétrico. Transforma-

dores podem elevar ou baixar a tensão, por exemplo, uma tensão de 127 V em 220 V ou de

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des distâncias. A tensão elétrica que sai das usinas é elevada para reduzir a intensidade da

corrente elétrica. Por causa do efeito Joule, que transforma a energia elétrica em calor, se a

corrente elétrica for menor, a perda de energia na forma de calor também será menor. Dessa

forma, a transmissão da energia elétrica em redes de alta tensão minimiza as perdas por efeito

Joule. Ao chegar nas residências, a tensão precisa ser baixada por questões de segurança.

O transformador é um dispositivo formado por duas bobinas, uma primária e outra se-

cundária, ligadas por um núcleo de ferro, conhecido como núcleo do transformador. A bo-

bina primária, ou enrolamento primário, é onde ligamos a fonte de energia que queremos

transformar (aumentar ou diminuir a tensão). Na bobina secundária ou enrolamento secun-

dário, temos a tensão desejada.

Gerador elétrico

60

Ciências

A relação matemática entre o número de espiras da bobina primária (Np) e da bobina

secundária (Ns) com a tensão de entrada (U

p) e a tensão de saída (U

s) é dada por:

Utilizando essa equação, conhecendo o número de espiras do primário e do secundário

e a tensão de entrada é possível calcular a tensão de saída.

O que diferencia os transformadores é o número de espiras entre o primário e o secun-

dário. Quando queremos diminuir a tensão, usamos um transformador chamado de redutor.

O transformador redutor tem mais espiras na bobina primária do que na bobina secundária.

Esses transformadores são utilizados na alimentação de rádios, computadores, carregado-

res de celular, entre as redes de distribuição e as redes elétricas residenciais, etc.

Quando queremos aumentar a tensão, utilizamos transformadores conhecidos como

elevadores. Nesses transformadores o número de espiras do primário é menor que o do

secundário. Esse tipo de transformador é utilizado em fornos de micro-ondas, entre outros

eletrodomésticos.

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Transformadores podem modificar as tensões de um circuito elétrico.

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atividades

1 Qual é a diferença entre motores elétricos e geradores elétricos?

2 Cite alguns equipamentos utilizados no dia a dia que são compostos por motores elétricos.

3 Qual é a função de um gerador elétrico? Cite exemplos de geradores elétricos.

4 Qual é a diferença entre um transformador redutor e um elevador de tensão elétrica?

5 De que forma o efeito Joule afeta os processos de transmissão de energia elétrica? Como esse efei-to pode ser minimizado?

62

Ciências

Curitiba testa ônibus 100% elétrico, com capacidade de rodar

até 250 km por dia

Os passageiros que andam na linha Circular Centro em Curitiba ganharam uma novidade

nesta quarta-feira (3): um ônibus 100% elétrico, com capacidade de rodar até 250 km por dia à

base de bateria e que não emite poluentes. O veículo Volare faz parte da montadora BYD e fi-

cará em teste por 30 dias. Caso a Urbs — empresa municipal que gerencia o transporte público

de Curitiba — aprove, o modelo será incorporado à frota, com outros quatro veículos.

CURITIBA testa ônibus 100% elétrico, com capacidade de rodar até 250 km por dia. Disponível em: <https://www.gazetadopovo.com.br/curitiba/curitiba-testa-onibus-100-eletrico-com-capacidade-de-rodar-ate-250-km-por-dia-0rbxdqjzvsstoctgboy93ekm1/>. Acesso em: 29 mar. 2019.

Os veículos elétricos são caracterizados por utilizarem propulsão por meio de motores elé-tricos. Eles fazem parte de um grupo de veículos não poluentes, por esse motivo, são atrativos do ponto de vista ambiental.

Automóveis, ônibus, bicicletas, trens e até barcos movidos a energia elétrica têm sido de-senvolvidos. Na cidade de Búzios, no Rio de Janeiro, em um projeto de implantação de uma cidade inteligente, foi introduzida uma frota com automóveis, bicicletas e um barco movido a energia elétrica. Dentre as vantagens da utilização dos barcos elétricos está a diminuição da poluição das praias devido à baixa dos vazamentos de combustível e resíduos da queima de combustíveis fósseis.

Análises

1. Qual a vantagem ambiental do uso de motores elétricos nos meios de transporte?

2. Os ônibus da linha Circular Centro, de Curitiba, faz um trajeto que tem aproximadamente 8,2 km de extensão. Quantas viagens o ônibus elétrico consegue realizar sem precisar rea-bastecer?

conectado

Veículos elétricos são uma alternativa para a redução das emissões de gases de efeito estufa.

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1 (Mackenzie – SP) Considere as seguintes afirmações.

I. A denominação de polo norte de um ímã é a região que se volta para o Polo Norte geográfico da Terra e polo sul a região que volta para o Sul geográfico da Terra.

II. Ímãs naturais são formados por pedras que contém óxido de ferro (Fe3O

4), denominadas magnetitas.

III. Ímãs artificiais são obtidos a partir de processos denominados imantação.

Com relação às afirmações, podemos dizer que

a) apenas I é correta.

b) apenas I e II são corretas.

c) apenas I e III são corretas.

d) apenas II e III são corretas.

e) todas são corretas.

2 (IFSP) As bússolas são muito utilizadas até hoje, principalmente por praticantes de esportes de aventura ou enduros a pé. Esse dispositivo funciona graças a um pequeno ímã que é usado como ponteiro e está dividido em polo norte e polo sul.

Geralmente, o polo norte de uma bússola é a parte do ponteiro que é pintada de vermelho e apon-ta, obviamente, o Polo Norte geográfico.

Na Física, a explicação para o funcionamento de uma bússola pode ser dada porque as linhas de campo magnético da Terra se orientam

a) do polo sul magnético ao polo leste magnético.

b) do polo norte magnético ao polo sul magnético.

c) na direção perpendicular ao eixo da Terra, ou seja, sempre paralelo à linha do Equador.

d) na direção oblíqua ao eixo da Terra, ou seja, oblíqua à linha do Equador.

e) na direção do campo gravitacional.

3 Como pode ser explicado o fato de o polo norte da bússola apontar para o Polo Norte geográfico da Terra?

4 (UFPA) A Terra é considerada um ímã gigantesco, que tem as seguintes características:

a) O Polo Norte geográfico está exatamente sobre o polo sul magnético, e o Sul geográfico está

na mesma posição que o norte magnético.

b) O Polo Norte geográfico está exatamente sobre o polo norte magnético, e o Sul geográfico está na mesma posição que o sul magnético.

c) O polo norte magnético está próximo do Polo Sul geográfico, e o polo sul magnético está pró-ximo do Polo Norte geográfico.

d) O polo norte magnético está próximo do Polo Norte geográfico, e o polo sul magnético está próximo do Polo Sul geográfico.

e) O Polo Norte geográfico está defasado de um ângulo de 45º do polo sul magnético, e o Polo

Sul geográfico está defasado de 45º do polo norte magnético.

5 Baseado no experimento de Oersted, o movimento de cargas em um condutor (corrente elétrica) tem como resultado:

a) um campo gravitacional;

b) um campo elétrico;

c) um campo magnético;

d) uma onda magnética;

e) um campo relativístico.

o que já conquistei

64

Ciências

6 (UTFPR) O chuveiro elétrico esquenta porque, apresenta uma que aquece a água, quando passa uma elétrica. A este fenômeno chamamos de efeito .

Assinale a única alternativa que completa o texto acima, de forma correta.

a) aceleração, energia potencial, Cascata.

b) energia cinética, força peso, Joule.

c) resistência elétrica, aceleração, Cascata.

d) queda de temperatura, corrente, Joule.

e) resistência elétrica, corrente, Joule.

7 (UERJ) Para dar a partida em um caminhão, é necessário que sua bateria de 12 V estabeleça uma corrente de 100 A durante um minuto.

A energia, em joules, fornecida pela bateria, corresponde a:

a) 2,0 ⋅ 101 b) 1,2 ⋅ 102 c) 3,6 ⋅ 103 d) 7,2 ⋅ 104

ECONOMIZE: Lâmpadas fluorescentes de 15 W têm a mesma luminosidade (iluminação)

que lâmpadas incandescentes de 60 W de potência.

De acordo com o anúncio, com o intuito de economizar energia elétrica, o eletricista troca uma lâm-pada incandescente por uma fluorescente e conclui que, em 1 hora, a economia de energia elétrica, em kWh, será de

a) 0,015. b) 0,025. c) 0,030. d) 0,040. e) 0,045.

8 (IFSP) Ao entrar em uma loja de materiais de construção, um eletricista vê o seguinte anúncio:

9 (UFSM – RS) O uso de datashow em sala de aula é muito comum. As lâmpadas de filamento que são usadas nesses equipamentos têm potência elevada de, aproximadamente, 1 100 W quando ligadas em 220 V. Se um datashow for usado durante 1 hora e 40 minutos, que é o tempo de duração de uma aula com dois períodos, qual é a energia consumida em J?

a) 5,00 ⋅ 102 b) 2,42 ⋅ 103 c) 1,10 ⋅ 105 d) 6,60 ⋅ 106 e) 1,45 ⋅ 108

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10 (ENEM) "Águas de março definem se falta luz este ano". Esse foi o título de uma reportagem em jor-nal de circulação nacional, pouco antes do início do racionamento do consumo de energia elétrica, em 2001. No Brasil, a relação entre a produção de eletricidade e a utilização de recursos hídricos, estabelecida nessa manchete, se justifica porque:

a) a geração de eletricidade nas usinas hidrelétricas exige a manutenção de um dado fluxo de água nas barragens.

b) o sistema de tratamento da água e sua distribuição consomem grande quantidade de energia elétrica.

c) a geração de eletricidade nas usinas termelétricas utiliza grande volume de água para refrige-ração.

d) o consumo de água e de energia elétrica utilizadas na indústria compete com o da agricultura.

e) é grande o uso de chuveiros elétricos, cuja operação implica abundante consumo de água.

11 (ENEM) Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma resi-dência, destacamos as seguintes:

Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas.

Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição “inverno” ou “quente”.

Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez.

Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente.

Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados às suas finalidades.

A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através da tentativa de, no dia a dia, reduzir:

a) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos.

b) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos.

c) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica.

d) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica.

e) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga.

12 Energia eólica no Brasil

No Brasil, a primeira turbina de energia eólica foi instalada em Fernando de Noronha,

em Pernambuco, em 1992. Na época, a geração de energia elétrica correspondia a 10% da

energia gerada e consumida na ilha. Isso economizava 70 mil litros de óleo diesel por ano. 

Em fevereiro de 2017, o Brasil atingiu 10,8 GW de energia eólica em operação, represen-

tando 7,1% da matriz elétrica brasileira, atingindo o 9º. lugar na geração eólica no mundo. 

ENERGIA eólica. Disponível em: <http://casadosventos.com.br/pt/energia-dos-ventos/energia-eolica>. Acesso em: 6 mar. 2019.

a) Explique o funcionamento de uma usina eólica. É um tipo de fonte de energia limpa?

66

Ciências

b) Em relação ao meio ambiente, o que representa a economia de 70 mil litros de óleo diesel por ano?

13 As máquinas elétricas são dispositivos muito utilizados no nosso dia a dia. Podemos citar três tipos de máquinas elétricas: (1) motores elétricos, (2) geradores elétricos, (3) transformadores. Nas afir-mativas abaixo estão listadas as características das máquinas elétricas. Relacione adequadamente a respectiva máquina elétrica com sua característica.

a) ( ) Tem capacidade de modificar a tensão em um circuito elétrico.

b) ( ) Está presente na maioria dos equipamentos domésticos.

c) ( ) Transforma energia mecânica em energia elétrica.

d) ( ) Transforma energia elétrica em energia mecânica.

e) ( ) É um equipamento importante para a transmissão de energia elétrica.

14 Observando a figura abaixo, quais são os eletrodomésticos que apresentam motor elétrico que transforma energia elétrica em energia de movimento?

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15 Pesquise e discuta com os colegas e o professor a importância do experimento de Faraday (lei de indução) para o desenvolvimento do Eletromagnetismo. Cite algumas aplicações tecnológicas da lei de indução de Faraday.

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16 Um motor elétrico é composto por uma parte móvel e uma parte fixa. Na parte fixa, conhecida como estator, encontra-se geralmente um ímã. Na parte móvel, conhecida como rotor, temos a bobina na qual circula a corrente elétrica. Qual é a função da corrente passando pela bobina?

17 A transmissão de energia elétrica se dá a altas voltagens, mas, nas residências, as tomadas forne-cem baixas voltagens.

Transformadores são dispositivos eletromagnéticos capazes de modificar a elé-

trica. Esses dispositivos viabilizam as transmissões de energia diminuindo a e

minimizando o efeito .

Assinale a alternativa que completa as lacunas.

a) tensão – corrente elétrica – Joule

b) corrente elétrica – tensão – Joule

c) tensão – corrente elétrica – magnético

d) tensão – força – Joule

e) corrente elétrica – força – magnético

18 No estado do Paraná, a tensão de operação da rede elétrica é de 110 V, enquanto que em Santa Catarina, por exemplo, a tensão é de 220 V. Se você desejar ligar um aparelho cuja tensão é 110 V no estado de Santa Catarina, onde a tensão é 220 V, será necessário o uso de um transformador. Trans-formadores são dispositivos capazes de alterar a tensão elétrica. Considerando que o seu transfor-mador tem um enrolamento primário de 500 voltas a ser ligado em uma tensão de 110 V, quantas voltas deve ter o enrolamento secundário para fornecer uma tensão de 220 V?

19 A bobina primária de um transformador é alimentada por uma corrente elétrica alternada. O nú-

mero de espiras da bobina primária é maior do que o número de espiras da bobina secundária. Para esse transformador, é correto afirmar que na bobina secundária

a) a tensão é a mesma e a corrente elétrica é contínua.

b) a tensão é a mesma e a corrente elétrica é alternada.

c) a tensão é menor e a corrente elétrica é alternada.

d) a tensão é maior e a corrente elétrica é alternada.

e) a tensão é maior e a corrente elétrica é contínua.

20 A tensão elétrica residencial no Paraná é 110 V. Os eletrodomésticos, na sua maioria, necessitam de tensões inferiores para funcionar, e para isso utilizam-se transformadores. Se o eletrodoméstico tem um transformador interno de 1 500 espiras na bobina primária e 300 espiras na bobina secun-

dária, qual é a tensão de funcionamento do eletrodoméstico?

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