Q
n. e
4x1020x1,6x10–19
i = –– = –––– = ––––––––––––––– = 32A
t
t
2
Física
ELEMENTOS DE UM CIRCUITO ELÉTRICO
Professor JULIO FREITAS
De uma maneira geral, denomina-se circuito elétrico o
conjunto de caminhos que
permitem a passagem da
corrente elétrica, no qual
aparecem outros dispositivos elétricos ligados a um gerador.
Aula 16
Eletrodinâmica – Corrente elétrica,
resistência elétrica
A eletrodinâmica é a parte da eletricidade que estuda, analisa e observa o
comportamento das cargas elétricas em movimento.
Fluxo de elétrons livres – Considere um fio metálico AB, por exemplo, um
pedaço do filamento de tungstênio existente dentro de uma lâmpada comum.
De início, seus elétrons livres estão em movimento caótico. Imagine que esse
fio seja ligado a um dispositivo que mantenha a extremidade A com excesso
de elétrons e a extremidade B com falta. Esse dispositivo chama-se gerador
elétrico e pode ser uma pilha comum de rádio ou uma bateria de automóvel
(fig. 1)
RESISTÊNCIA ELÉTRICA – LEIS DE OHM
A resistência elétrica é uma grandeza característica do resistor e
mede a dificuldade que os átomos
oferecem à passagem da corrente
elétrica.
Figura 8. Os elétrons livres, que constituem a
corrente elétrica em um metal, colidem contra
os átomos da rede cristalina do condutor.
Fig. 1. Em a), bateria de automóvel
como exemplo de gerador elétrico.
Em b), detalhe ampliado do condutor
ligado aos terminais da bateria.
Observe que o movimento dos
elétrons é contrário ao sentido do
campo elétrico estabelecido no fio
pela bateria.
Resistor – 1ª lei de Ohm
Quando um pedaço de fio metálico fino é ligado a uma tomada, nota-se que
a intensidade de corrente i é aproximadamente proporcional à tensão U aplicada, desde que a temperatura seja mantida constante. Em outras palavras,
se U duplicar, i duplicará; se U triplicar, i triplicará, etc.
Todo o sistema elétrico para o qual a tensão U é proporcional à intensidade
de corrente i é um resistor simples, fato que foi descoberto pelo físico Jorge
Simon Ohm (daí o nome “resistor ôhmico”).
→
Um campo elétrico E é estabelecido dentro do fio, no sentido indicado na figura
1(b) na qual se representa o fio ampliado. Esse campo faz que os elétrons livres
→
deixem o movimento caótico e caminhem em sentido contrário ao de E. Esse
fluxo de elétrons livres é a corrente elétrica.
Na figura 3, tem-se um trecho de condutor percorrido por corrente elétrica, no
sentido indicado. Seja n o número de cargas livres que passa na seção O no
intervalo de tempo t. A quantidade de carga correspondente é: Q = n . e
–19
Em que e é a carga elementar igual a 1,6x10 C.
U
Uma vez que U é proporcional a i, pode-se escrever: ––– = constante
i
Essa constante é a resistência elétrica R do resistor.
U
1ª lei de Ohm:
R = ––– = constante ou U = R . i
i
A unidade de resistência
elétrica no Sistema Internacional é o ohm (símbolo Ω).
Exercício comentado
Figura 3. Uma corrente elétrica percorre o
fio condutor.
Na casa do professor Paulo Brito, do Aprovar, uma lâmpada comum
é percorrida pela corrente elétrica de intensidade 0,5A quando ligada
a uma tomada de 200V. Calcule sua resistência elétrica.
Q
A intensidade média i de corrente elétrica na seção O do condutor é: i= ––
t
No sistema Internacional, a unidade de intensidade de corrente é o ampère (A).
1C
1A = ——
s
SENTIDO DA CORRENTE ELÉTRICA
Nos condutores sólidos, o
sentido da corrente elétrica é
o do movimento dos elétrons
no seu interior. Esse é o sentido real da corrente elétrica.
No estudo da Eletricidade,
entretanto, adota-se um sentido convencional, que é o
do movimento das cargas
→
positivas, e que corresponde ao sentido do campo elétrico E no interior do
condutor. Em nosso estudo, adotaremos o sentido convencional.
Solução:
A
Na 1.a lei de Ohm, U = R . i, substitui-se U = 200V e i = 0,5
Então: 200 = R x 0,5 ∴R = 200 / 0,5∴R = 400Ω
2ª Lei de Ohm: A 2ª Lei de OHM também surgiu de experiências que
demonstram que a resistência elétrica é diretamente proporcional ao
comprimento do fio condutor (L), inversamente proporcional à área de
secção transversal do condutor (A) e depende do material de que o condutor
foi construído (resistividade ρ). A unidade de resistividade no SI é Ω. m.
Exercício comentado
Um fio de cobre tem área de secção transversal igual a 17x10–8m2.
Calcule seu comprimento, para que, a 0°C, tenha uma resistência
elétrica de 100Ω. A resistividade do cobre a 0oC é 1,7x10–8Ωm.
Solução:
L
R.S
Da expressão R = ρ –– , tira-se: L = –––––
ρ
S
2
–8
Substituindo R = 100Ω; S = 17 x 10–m e ρ = 1,7 x 10 Ωm, tem-se:
–8
100x17x10
L = ––––––––––––
= 1,000m
1,7x10–8
Exercício comentado
01. Na figura, tem-se um fio metálico percorrido por um fluxo de
elétrons que se deslocam de X para Y. Sabe-se que, na seção
O do fio, passam 4 x 1020 elétrons em 2 segundos.
Qual é o sentido da corrente elétrica? Qual é a sua intensidade?
Solução:
O sentido da corrente elétrica é
contrário ao do movimento dos
elétrons livres e, portanto, de Y
para X. Sua intensidade é:
Energia e potência da corrente elétrica
Nós sabemos que a energia não se perde, ela se transforma de uma
modalidade em outra ou em trabalho.
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