Eletricidade I
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Estrutura atómica da matéria
A matéria quer se encontre no estado sólido, liquido ou gasoso é
constituída por moléculas, as moléculas por átomos e os átomos por
electrões, protões e neutrões.
Os protões e os neutrões
encontram-se no núcleo
dos átomos.
Os electrões têm carga
eléctrica negativa e giram
em órbitas electrónicas à
volta do núcleo dos
átomos.
Órbita electrónica
Electrão livre
Os electrões das últimas
órbitas electrónicas que
conseguem sair ficam livres
e designam-se por
electrões livres.
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Intensidade da corrente eléctrica
A intensidade da corrente eléctrica (I) é o movimento orientado desses
electrões livres ao longo dos condutores eléctricos.
Electrões livres
Condutor eléctrico
Os condutores eléctricos (cobre, prata, alumínio) têm muitos
electrões livres por isso são usados para conduzir a corrente eléctrica.
Os isoladores eléctricos (plástico, borracha, baquelite) não têm
electrões livres por isso não conduzem a corrente eléctrica.
Grandeza eléctrica
Unidade
Aparelho de medida
Intensidade da corrente elétrica (I)
Ampére (A)
Amperímetro
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Sentido da corrente elétrica
O sentido convencional da corrente elétrica é do potencial positivo (+)
para o potencial negativo (-) do gerador.
Condutor eléctrico
+
Electrões livres
_
O sentido real da corrente elétrica é do potencial negativo (-) para o
potencial positivo (+) do gerador.
+
_
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Tensão ou diferença de potencial
Para que haja um movimento orientado dos electrões
livres é necessário aplicar ao condutor eléctrico uma
tensão (U) através da utilização de um gerador
eléctrico (pilha, bateria, dínamo ou alternador).
Na figura vemos o gerador (bateria) que é
responsável por criar uma tensão (U) ou diferença de
potencial que vai ser responsável pelo movimento
orientado dos electrões livres que se encontram nos
condutores eléctricos e que ao passarem no
filamento da lâmpada (receptor) vão provocar a
emissão de luz.
Grandeza eléctrica
Unidade
Aparelho de medida
Tensão ou diferença de potencial (U)
Volt (V)
Voltímetro
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Força eletromotriz – f.e.m.
Um gerador é um dispositivo ou
aparelho que mantém constante a
d.d.p. aos seus terminais. Quando se
liga o terminal positivo ao negativo
através de um receptor vai haver
movimento de cargas eléctricas,
corrente eléctrica. O gerador vai
manter a diferença de potencial para
que continue a haver corrente. O que
faz com que a o gerador mantenha a
d.d.p., repondo as cargas internamente
do pólo positivo para o negativo é a
sua força electromotriz, que se
exprime em volts.
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Resistência elétrica
A resistência eléctrica (R) consiste na dificuldade que os materiais
apresentam à passagem da corrente eléctrica.
Os materiais condutores (cobre, prata, alumínio) têm muitos electrões
livres por isso são usados para conduzir a corrente eléctrica, já que
apresentam uma resistência praticamente nula (R ≈ 0).
Os materiais isoladores (plástico, borracha, baquelite) não têm electrões
livres por isso não conduzem a corrente eléctrica oferecendo uma grande
resistência à sua passagem (R ≈ ∞).
Grandeza eléctrica
Unidade
Aparelho de medida
Resistência eléctrica (R)
Ohm ()
Ohmímetro
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Resistividade elétrica
A resistência eléctrica (R) de um condutor aumenta com o
seu comprimento (l) e diminui se a sua secção (S) aumentar.
Considerando o comprimento do condutor expresso em
metros (m) e a secção do condutor em milímetros quadrados
(mm2), a resistência é expressa em ohm (Ω).
Na expressão aparece um coeficiente de proporcionalidade (ρ) denominado
de resistividade eléctrica que é uma medida da oposição de um dado
material à passagem da corrente eléctrica. Quanto mais baixa for a
resistividade mais facilmente o material permite a passagem da corrente
elétrica.
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Múltiplos e Submúltiplos
Sucede por vezes, que a unidade adoptada é muito maior ou muito menor
do que a grandeza a medir. Assim, teremos de usar submúltiplos ou
múltiplos dessa unidade.
O quadro seguinte indica as designações de alguns dos prefixos mais
usados.
Prefixo
Símbolo
Factor de multiplicação
Múltiplos
quilo
mega
giga
tera
K
M
G
T
1 000 = 103
1 000 000 = 106
1 000 000 000 = 109
1 000 000 000 000 = 1012
Submúltiplos
mili
micro
nano
pico
m
µ
n
p
0,001 = 10-3
0,000 001 = 10-6
0,000 000 001 = 10-9
0,000 000 000 001 = 10-12
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Lei de Ohm
Quando aos terminais de um circuito de resistência R [Ω] é
aplicada uma diferença de potencial U [V], produz-se nele uma
corrente de intensidade I [A], cujo valor obedece à expressão:
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Aplicação da lei de Ohm
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Circuito eléctrico
Qualquer circuito eléctrico é constituído por
gerador, receptor, condutores eléctricos e
geralmente por um aparelho de comando.
Receptor
Geradores de corrente contínua:
Pilha, bateria de acumuladores ou dínamo.
Aparelho
de
comando
Receptores:
Lâmpada, campainha, motor, electrodomésticos.
Condutores
Gerador de corrente alternada:
Alternador.
Aparelhos de comando:
Interruptor, botão de pressão.
Condutores eléctricos:
Condutor de cobre com um isolamento exterior de plástico.
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Simbologia
Um circuito eléctrico é representado por um esquema eléctrico através de
símbolos.
+ _
Pilha
Bateria de
acumuladores
Campainha
_
+
Motor
Dínamo
G
Interruptor
Alternador
G
~
Botão de
pressão
Lâmpada
_
M
Condutor
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Circuito elétrico aberto e fechado
Um interruptor a comandar uma lâmpada.
+
_
+ _
O circuito eléctrico está aberto porque
o interruptor não permite a passagem da
corrente eléctrica logo a lâmpada estará
apagada.
O circuito eléctrico está fechado
porque o interruptor permite a
passagem da corrente eléctrica logo a
lâmpada estará acesa.
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Efeitos da corrente elétrica
A corrente eléctrica quando percorre um circuito eléctrico pode produzir
os seguintes efeitos: Efeito calorífico, efeito luminoso, efeito
magnético, efeito mecânico, efeito químico.
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Ligação em série de resistências
As resistências são ligadas umas a seguir às outras.
RT = R1 + R2 + R3
Síntese das características da associação série
a) A intensidade I é a mesma em todas as resistências
b) A tensão total aplicada é igual à soma das tensões parciais nas
diferentes resistências UT = U1 + U2 + U3 +...Un
c) A resistência total equivalente é igual à soma das resistências
parciais RT = R1+ R2 + R3+…Rn
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Receptores ligados em série
3 Volt
3 Volt
3 Volt
Os receptores são ligados
uns a seguir aos outros.
+ _
9 Volt
Inconvenientes da ligação em série de receptores:
•Se um dos receptores avariar (por exemplo uma lâmpada fundir) a
corrente eléctrica já não passa para os outros receptores ou seja, o
circuito fica interrompido para os restantes receptores.
•A tensão aplicada pelo gerador ao circuito divide-se pelo número de
receptores.
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Ligação em paralelo de resistências
As resistências estão ligadas em paralelo ou em derivação, quando as extremidades
das resistências estão ligadas entre si.
Síntese das características da associação em paralelo:
a) A tensão é a mesma em todas as resistências.
b) A Intensidade total (IT) é igual à soma das intensidades parciais nas diferentes
resistências IT = I1 + I2 + I3 +.....In
c) A resistência total equivalente é igual à soma dos inversos das resistências parciais
d) A resistência total equivalente é sempre menor que a menor das resistências parciais.
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Receptores ligados em paralelo
9 Volt
Os receptores são ligados uns
aos terminais dos outros.
Nó ou derivação
9 Volt
9 Volt
9 Volt
+ _
Vantagens da ligação em paralelo dos receptores:
•Se um dos receptores avariar (por exemplo uma das lâmpadas fundir) os
outros continuam a funcionar porque a corrente continua a poder passar
por eles.
•A tensão aplicada pelo gerador ao circuito é a tensão que fica aplicada
em cada receptor independentemente do seu número.
Por estes motivos é que todos os receptores das nossas casas
estão ligados em paralelo.
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Potência elétrica
A potência eléctrica de um equipamento pode ser calculada através da
tensão aplicada e da corrente consumida.
A energia eléctrica (W) consumida por um equipamento é definida como
sendo o produto da potência eléctrica pelo tempo.
A unidade de potência eléctrica (P) é o watt (W), do tempo (t) é a hora
(h) logo, a unidade de energia elétrica é o Watt-hora (Wh)
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Efeito de Joule
Já foi referido que um dos efeitos da corrente elétrica é o efeito calorífico, ou
seja, esta provoca o aquecimento de todos os condutores e aparelhos que
percorre. Este efeito toma o nome de Efeito de Joule.
A energia elétrica transformada em energia calorífica no circuito elétrico de
um recetor é diretamente proporcional à resistência deste, ao quadrado da
intensidade da corrente que o percorre e ao tempo de passagem desta.
A corrente é expressa em amperes (A), a resistência em ohm (Ω), o tempo
em segundos (s) e o calor é expresso em joules (J).
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Ligação do amperímetro e voltímetro
O Amperímetro é ligado em série no circuito.
+ A _
+
_
+ V _
O Voltímetro é ligado em paralelo
ou em derivação aos terminais do
recetor ou do gerador
+ _
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Multímetro
O multímetro é um aparelho de medida que
permite medir a Intensidade da corrente
eléctrica, a Tensão ou diferença de potencial,
a Resistência eléctrica, verificar a
continuidade eléctrica, etc.
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Transformações energéticas
Dínamo - Transforma energia mecânica em energia elétrica
η = Pu : Pa
η – rendimento
Pu – Potência útil
(Potência elétrica)
Pa – Potência absorvida
(Potência mecânica)
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Transformações energéticas
Motor – Transforma energia elétrica em energia mecânica
η = Pu : Pa
η – rendimento
Pu – Potência útil
(Potência mecânica)
Pa – Potência absorvida
(Potência elétrica)
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Proteção das pessoas
Em caso de electrocussão é importante
seguir alguns passos para garantir os primeiros
socorros:
- Antes de avançar para a vítima deve desligar
o disjuntor do circuito (ou o interruptor geral do
quadro) que provocou o choque eléctrico.
- Se não for possível, deve afastar a vítima dos
condutores, garantindo primeiro o seu
isolamento (colocar-se sobre uma base isolada
– madeira, tapete borracha, etc.) ou utilizar
equipamentos isolantes para afastar os
condutores.
- Se for necessário, aplicar os primeiros
socorros à vítima (reanimação cárdiorespiratório) e chamar urgentemente o 112.
- Arejar bem o local, desapertar roupa e
sapatos.
- Manter a vítima numa posição que mantenha
a desobstrução das vias respiratórias.
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Sensores e transdutores
Transdutor
Dispositivo que converte uma forma de energia
noutra.
É o caso das células fotovoltaicas que convertem
directamente luz em energia eléctrica.
Sensor
Dispositivo que converte uma forma de energia
numa variação de uma grandeza eléctrica qualquer,
como corrente ou resistência.
Esse é o caso das LDR em que o valor da sua
resistência varia com a luz que incide nela..
Lucínio Preza de Araújo
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