Potencial Elétrico, Diferença de Potencial e Força Eletromotriz - Aula 3

• Tal como estamos habituados a perceber, qualquer objeto ao ser solto no ar cai imediatamente por ação de uma força.

• Esta força de atração é devido ao campo gravitacional da terra, necessário para que objetos e pessoas permaneçam sobre sua superfície.

• Tal como o campo gravitacional produzido em função da massa da terra (aprox. 6.1021 ton.), o Campo Elétrico também é criado em função de uma propriedade física, esta denominada Carga Elétrica.

• É devido as cargas elétricas e seus campos elétricos que forças de atração e repulsão podem ser verificadas. Veja a comparação:

• Enquanto que pela sua massa a terra atrai outro objeto de massa, o campo elétrico de uma carga atrai ou repele outra carga.

• Colocado a uma determinada altura, um objeto terá potencial para adquirir velocidade e alcançar o nível mais baixo do solo.

• Portanto, Potencial é o nome que se da a um tipo de energia que está associada a posição do objeto.

• Devido ao Campo Elétrico criado por uma carga maior (fonte) cargas menores (prova) ficam sujeitas a forças de ordem eletrostática.

• Quando uma carga de prova for colocada a uma certa

distância “d” da carga fonte, naquela posição, estará definido

um potencial, capaz de colocar esta carga em movimento.

• A analogia entre campo elétrico e campo gravitacional é possível pois ambos são denominados Conservativos.

• Aqui a energia, se conserva quando o objeto ou a carga se deslocam de um ponto (energia potencial) ganhando velocidade (energia cinética).

• Portanto, a capacidade do Campo Elétrico de “colocar” energia sobre uma carga padrão em função da posição desta é denominada Potencial Elétrico e simbolizado por V;

• Assim, diferentes posições representam diferentes potencias elétricos, logo se estabelecermos dois pontos distintos teremos uma diferença de potencial elétrico ou uma ddp dada em Volts.

• Em circuitos elétricos serão necessários dispositivos capazes manter uma ddp entre seus terminais de ligação.

• A estes dispositivos nos referiremos como fontes ou geradores, que a custa de um determinado tipo de energia, serão capazes de manter entre seus terminais a ddp que caracteriza Força Eletromotriz do dispositivo.

• Força Eletromotriz portanto é a propriedade que um dispositivo tem de produzir corrente elétrica em um circuito em função de um desequilíbrio permanente de cargas;

• A Força Eletromotriz é abreviada por FEM e geralmente denotada ela letra E;

• No SI (Sistema Internacional de Unidades) a FEM é dada em Volts(V);

• Sua grandeza relaciona a Quantidade de Energia “Ep” que pode ser imprimida (colocada) em uma carga “q” pela presença de um campo elétrico gerado por uma carga “Q”;

Onde: Ep Energia (J-Joule); q Carga (C-Coulomb); V Volts ( Joule/Coulomb);

• A força eletromotriz considerada inicialmente será contínua (CC), ou seja, não altera seu sentido e intensidade durante operação;

• A este tipo de FEM associaremos pilhas e baterias que por reações químicas internas estabelecem o desequilíbrio eletrostático.

Corrente Elétrica

• A corrente elétrica é formada pelo movimento ordenado de elétrons;

• A FEM impõe um excesso e uma deficiência de elétrons sobre o condutor criando um campo elétrico sobre seus terminais;

• É o campo elétrico portanto que impulsiona as cargas do pólo negativo em direção ao pólo positivo;

• A corrente é indicada por I e é dimensionada no SI (Sistema Internacional de Unidades) em ampères (A);

• Quando a corrente fluir em um único sentido, a corrente é dita contínua (CC), e quando o seu sentido variar, a corrente é dita alternada (CA);

• O fato da corrente ser CC ou CA depende da fonte ou gerador ligado ao circuito;

• Então, corrente elétrica é:

– Composta de cargas elétricas (elétrons);

– Produzida por uma fonte, FEM;

– É dada em Ampères (A) e simbolizada por I;

Medida Elétrica da Corrente e Velocidade de Deslocamento

• O fluxo de corrente é medido em ampères ou frações de ampères, por um Instrumento chamado Amperímetro; • Princípio de funcionamento do Amperímetro, suas escalas e bem como a ligação dele ao circuito serão verificadas mais adiante;

• O impulso dos elétrons livres não deve ser confundido com o conceito de fluxo de corrente que diz respeito à velocidade da luz;

• Quando uma voltagem é aplicada em um circuito, os elétrons livres percorrem pequena distância até colidirem com átomos;

• Essas colisões, normalmente, deslocam outros elétrons livres de seus átomos;

• E esses elétrons se movimentam na direção do terminal positivo do condutor, colidindo com outros átomos, assim deslocando-se com relativa e reduzida razão de velocidade;

• Experimentalmente a velocidade de

deslocamento da corrente elétrica gira na

ordem de cm/s (centímetros por segundo);

• Para se compreender o efeito de velocidade

quase instantânea da corrente elétrica, basta

uma visualização do modelo do longo tubo

repleto de bolas de aço;

• Pode-se ver que cada bola introduzida na

extremidade de entrada do tubo, que representa

um condutor, causará imediatamente a

expulsão da bola que estiver posicionada na

extremidade oposta;

Intensidade e Sentido da Corrente Elétrica

• A intensidade de Corrente é definida pela somatório do módulo das cargas que atravessam uma seção transversal de um condutor em um intervalo de tempo ∆t.

A corrente é simbolizada por I e sua intensidade é dada por:

• Uma corrente de 5 (A) significa que passam pela seção 5 C de carga por segundo;

• O sentido que se convencionou para a corrente elétrica no condutor é o sentido dos potenciais decrescentes. Ou seja, a corrente flui do positivo para o negativo;

• Note que o sentido convencional é oposto ao sentido real dos elétrons que tendem a ser repelidos pelo pólo negativo e atraídos pelo pólo positivo estabelecido pela FEM do dispositivo de alimentação.

• Portanto o sentido convencional da corrente nos condutores é contrário ao sentido real de deslocamento dos elétrons!

Resistência Elétrica – Aula 4

• A propriedade que um condutor de

eletricidade possui de limitar ou restringir o

fluxo de corrente elétrica é chamada de

Resistência Elétrica;

• Alguns materiais apresentam mais e outros

menos resistência;

• Os materiais que possuem baixa resistência

são denominados condutores.

• Exemplos: Metais em geral, grafite (carbono) e soluções eletrolíticas;

• No caso dos metais: Cobre, Alumínio, Prata, Ouro, Níquel, Cromo constituem os condutores mais comumente encontrados.

• Os materiais que possuem alta resistência são denominados isolantes;

• Exemplos: Borracha, PVC, silicone, madeira, cerâmica, ar e determinados tipos de óleos;

• Materiais oferecendo alguma resistência

para o fluxo de corrente, intercalados com os

melhores condutores e os piores (isoladores),

são, às vezes, referidos como "semicondutores"

e encontram sua melhor aplicação no campo

da eletrônica.

São o Silício e o Germânio;

• Os melhores condutores são prata, cobre, ouro e alumínio, mas materiais não-métalicos, como o carbono e soluções podem ser usados como condutores. • Materiais como borracha, vidro, cerâmica, sendo maus condutores, são normalmente usados como isoladores. O fluxo de corrente em alguns desses materiais é tão pequeno, que nem é considerado.

Unidade de Medida da Resistência no SI

• A unidade empregada para medir resistência é chamada Ohm. O símbolo desta unidade é a letra grega ÔMEGA Ω;

• Nas fórmulas matemáticas a letra "R“ refere-se a resistência;

• A resistência de um condutor,e a voltagem aplicada a ele determinam a quantidade de ampères (corrente) fluindo através desse condutor;

• Assim, 1 Ohm de resistência limitará o fluxo de corrente em 1 ampère, num condutor ao qual seja aplicada a voltagem de 1 volt;

• A interação entre as três grandezas anteriores é dada por uma fórmula denominada:

Primeira Lei de OHM:

Onde V é dado e volts (V) R dado em Ohms (Ω) I dado em Ampères (A)

• Conclusões sobre a 1.° Lei de Ohm:

• Para uma mesma tensão, resistência e corrente são grandezas inversamente proporcionais;

• Para uma mesma resistência, aumentar a passagem de corrente implica em aumento da queda de tensão;

• Variações da lei de Ohm:

• V = R.I Utilizado quando se tem a resistência e a corrente e deseja-se saber a Tensão;

• R = V Quando se tem a tensão e a corren-

I te e deseja-se saber a Resistência;

• I = V Quando se tem a tensão e a resis-

R e deseja-se saber a Corrente;

Fatores que Afetam a Resistência Elétrica

• Os fatores que efetivamente modificam a resistência de um condutor são:

• Material de fabricação;

• Comprimento;

• Área (Seção Transversal);

• Em menor grau, a temperatura também modifica a resistência do condutor por conta dos elétrons livres.

• O material de fabricação do condutor, o comprimento e a área se relacionam por uma expressão denominada:

• Segunda Lei de Ohm

Onde: ρ é resistividade Ω.m (SI)

L é o comprimento m (SI)

A é a Área em m2 (SI)

• Conclusões sobre a 2° Lei de Ohm

• A resistividade ρ será constante para o mesmo tipo de material;

• R e L são diretamente proporcionais, ou seja se L aumenta R aumenta também e vice-versa;

• R e A são inversamente proporcionais, se A aumenta R diminui e vice-versa;

Importante não Confundir!

• Resistividade = Característica do Material; ρ (rô)

• Resistência = Oposição a passagem de corrente;

• Resistor = O componente propriamente dito;

Exemplos de Aplicação da Primeira e Segunda Lei de Ohm

1) Considere um material condutor. Sabendo-se que este material ao ser submetido a uma ddp de 50V estabeleceu-se uma corrente elétrica de 12,5 A, calcule sua resistência elétrica.

2) Para o mesmo condutor de antes, determine a corrente se a ddp subir para 100V.

3) Obseve a figura e responda: Por que razão os Pássaros não tomam choque??? 4) Um condutor é submetido a um dos lados a um

potencial de 30V. Sabe-se que por este mesmo condutor, passam cerca de 5 A e o mesmo possui uma resistência de 4Ω. Determine a ddp aplicada sobre o condutor.

• 5) Observe as figuras. Existem três condutores que possuem respectivamente as seções transversais abaixo e todos são do mesmo material e possuem o mesmo comprimento.

• Classifique-os por resistência em ordem decrescente. Dado que:

r (a) (b) (c) b e h = l r = 1 mm D = 2r D = l√2