Física Geral
Eletricidade 2
Resumo da aula passada
—  Carga elétrica
o  Eletrização (por contato e por indução)
o  Conservação da carga elétrica
—  Força elétrica
F=K
q1q2
r2
o  Lei de Coulomb
o  Semelhança com a força gravitacional, porém pode ser repulsiva
—  Campo elétrico
o  Grandeza vetorial.
o  Depende da posição
—  Potencial elétrico
E=
F
q
Materiais elétricos
Condutores
-  Permitem que cargas se desloquem livremente no material.
Metais são bons condutores.
-  Devido a essa mobilidade, condutores carregados podem ser
descarregados facilmente quando conectados à Terra.
Isolantes
-  Materiais como nylon e plásticos em geral não permitem o
fácil deslocamento de elétrons.
-  Os isolantes, quando carregados não se descarregam
facilmente.
Existem também materiais que possuem propriedades intermediárias entre as de um bom
condutor e as de um bom isolante. Estes materiais são denominados semicondutores.
Eletroscópio Braun
Amostragem de
carga elétrica
Ponteiro
metálico
Eletroscópio Braun
Carregando
negativamente
Eletroscópio Braun
Indução de cargas
Mais sobre Campo Elétrico
E=K
q
r2
Dipolo elétrico
Duas cargas elétricas puntiformes, de mesmo valor, mas
de sinais contrários, formam um dipolo elétrico. A
força que age entre as cargas é atrativa.
y
Qual seria o campo elétrico no ponto p, à mesma
distância d de ambas as cargas?
p
d
d
+
q1
d
!
E+
p
60˚
60˚
!
E−
-
q2
x
O campo elétrico resultante no ponto p é igual à
resultante da soma vetorial dos campos devido a
ambas as cargas.
! ! !
q
E = E1 + E2 sendo que, E = E1 = E2 = K 2
d
A componente x do campo resultante será
E x = E1x + E2 x = 2 E cos 60o = E = K
q
d2
Pela simetria, a componente y é claramente nula, o
que resulta em um campo elétrico apenas com
componente horizontal, da esquerda para a direita.
Potencial Elétrico e Energia Potencial
Energia Potencial Elétrica
é a energia que uma partícula
possui em virtude de sua
localização
qq'
E p (r ) = K
r
[ Joule]
Potencial Elétrico é a energia energia por unidade de carga.
E p ⎡ Joule
⎤
V (r ) =
= Volt ⎥
⎢
q ⎣ Coulomb
⎦
Energia Elétrica Armazenada
Energia elétrica pode ser armazenada em um dispositivo chamado capacitor.
•  Elétrons são bombeados através de uma fonte
carregadora para o eletrodo negativo, gerando um
campo elétrico entre as duas placas.
•  O capacitor está carregado quando a diferença de
potencial entre as placas se iguala à diferença de
potencial nos terminais da bateria.
•  A energia fica armazenada no campo elétrico entre
as duas placas, e provém do trabalho realizado
para carregar o capacitor.
•  O capacitor pode ser descarregado formando um
caminho condutor entre as duas placas. Nesse caso
a transferência de energia ocorre através de uma
corrente elétrica gerada entre os terminais.
Corrente Elétrica
Lei de Ohm
Resistência Elétrica e Rapidez
•  Elétrons movem-se livremente em um metal,
colidindo de tempos em tempos com íons
positivos do material.
•  Com a aplicação de um campo elétrico, os
elétrons continuam seu movimento aleatório,
porém com um leve deslocamento na direção
do campo. Isto dá origem a uma velocidade de
arraste ou de deriva efetiva.
•  O campo elétrico realiza um trabalho sobre as
cargas que se deslocam. A energia cinética
resultante é transferida para o material do
condutor por meio das colisões com os íons,
que vibram em torno das suas posições de
equilíbrio na rede cristalina, aumentando a
temperatura do material.
Os elétrons viajam à velocidades
da ordem de 106 m/s entre uma
colisão e outra com íons do
metal. Mas a velocidade de deriva
é da ordem de 0,15 mm/s.
Potência Elétrica
É a taxa com a qual a energia é transferida por um circuito elétrico. Parte da energia pode
ser convertida em calor ou luz no próprio condutor ou transformada em outras formas de
energia no circuito.
Potência = corrente × voltagem
Watts (W) = ampères × volts
Corrente Contínua, Corrente Alternada
Corrente contínua
Voltagem vs Tempo
Corrente alternada
Ciclo +
Ciclo -
O sentido da corrente não varia com o tempo. Uma bateria é um
exemplo de gerador de corrente contínua. Os elétrons migram do
terminal negativo para o terminal positivo. A maior parte dos circuitos
eletrônicos dentro de TVs, rádios, celulares, computadores e etc,
empregam esse tipo de corrente.
Os elétrons movem-se no circuito em um sentido e depois no sentido
oposto, oscilando em torno de posições fixas. A corrente alternada é
usada na transmissão de energia elétrica das usinas de geração para o
consumo nas residências, indústrias etc. O seu uso está relacionado à
possibilidade de elevar a voltagem em detrimento da corrente elétrica,
reduzindo a potência perdida devido à resistência elétrica.
Potência de perdida
= corrente2 × resistência
Potência transmitida
= corrente × voltagem
Circuitos Elétricos
São os caminhos percorridos por uma corrente elétrica. A presença de uma corrente elétrica só é
possível em um circuito elétrico sem interrupções. Da mesma forma, o fornecimento de energia a
um circuito pode ser interrompida por uma chave elétrica.
Circuito em série
•  Mesma corrente para todos os dispositivos.
•  A voltagem total divide-se entre cada um dos
dispositivos. A soma da queda individual de
voltagem deve ser igual à voltagem total
mantida pela fonte.
Circuito em paralelo
•  A corrente total se divide entre cada um
dos ramos. A soma da corrente em cada
ramo deve ser igual à corrente total.
•  A voltagem aplicada em cada um dos
dispositivos é a mesma.
Questão Teste
Um elétron move-se que se move em um fio colide com átomos
repetidas vezes e desloca-se a uma distância média entre duas
colisões, chamada de livre caminho médio. Se o livre caminho médio
for menor em determinados metais, o que se pode afirmar sobre a
resistência desses metais?
Questão Teste
A resistência elétrica de uma lâmpada incandescente é maior logo
após ela ter sido ligada do que depois de decorrido um certo
tempo. Por que?
Questão Teste
Pequenas aeronaves frequentemente funcionam com 24 V, em vez
de 12 V como nos automóveis, embora o consumo de energia
seja aproximadamente igual nas duas situações. A justificativa é
que sistemas de 24 V pesam menos do os de 12 V, pois podem
usar fios mais finos. Qual a explicação para isso?