TIPOS DE CORRENTE ELÉTRICA O modo como os eletrões se movem determina o tipo de corrente + CORRENTE ELÉTRICA CONTÍNUA o fluxo de eletrões passa pelo fio sempre no mesmo sentido E I sentido não convencional ddp =(VA – VB) 1 CORRENTE ELÉTRICA ALTERNA é aquela cuja sentido e a intensidade variam periodicamete 60 ciclos/ segundo f = 60 Hz 2 Formas de onda de corrente contínua e corrente alterna a) A corrente contínua (DC) é a corrente que passa através de um condutor ou de um circuito somente num sentido. V (t ) V0 diferença de potencial constante I (t ) I 0 corrente elétrica constante b) Uma fonte de tensão alternada (tensão CA) inverte ou alterna periodicamente a sua polaridade. consequentemente, o sentido da corrente alterna resultante também é invertido periodicamente V (t ) V0 sint I t V t V0 sin t R R I t I 0 sin t (V0 tensãomáxima) ( I 0 correnteelétricamáxima) 3 VALOR EFICAZ O calor desenvolvido numa resistência é independente do sentido de circulação da corrente. O valor eficaz corresponde à mesma quantidade de corrente ou tensão contínua capaz de produzir a mesma potência de aquecimento Os valores indicados nos aparelhos de medida de intensidade de corrente (amperímetro) e de tensão (voltímetro) são os respetivos valores eficazes Corrente elétrica eficaz I0 I ef 2 Tensão elétrica eficaz V0 Vef 2 Valor eficaz da corrente elétrica é o mesmo valor de corrente contínua capaz de produzir a mesma quantidade de calor que a corrente alterna e no mesmo recetor e mesmo intervalo de tempo I ef 4 ENERGIA ELÉTRICA E POTÊNCIA Vimos que uma bateria é usada para criar uma corrente elétrica num condutor, há uma transformação contínua da energia química na bateria em energia cinética dos eletrões e em energia interna no condutor, tendo como consequência um aumento na temperatura do condutor Análise da transferência de energia dum circuito E em que uma bateria é ligada a um resistor de b resistência R : Supomos que uma carga positiva Q, sai do ponto a, passando através da bateria e do resistor, e volta ao ponto a Ponto a ponto de referência em que o potencial é zero ab V Q a A energia potencial elétrica do sistema aumenta U QV a energia química da bateria diminui da mesma quantidade. c d atravessa o resistor, e o sistema perde energia potencial elétrica durante colisões com os átomos no resistor. A energia é transformada em energia interna aumento do movimento vibracional dos átomos no resistor e da temperatura. ac ecd nenhuma transformação ocorre porque desprezamos a resistência dos fios de ligação. Resultado líquido quando a carga retorna ao ponto a: parte da energia química da bateria foi para o resistor e permanece nele como energia interna associada a vibração molecular. 5 O sistema perde energia potencial elétrica quando a carga Q atravessa o resistor: dU d dQ QV V IV dt dt dt Posteriormente o sistema recupera essa energia potencial, à custa da energia química da bateria, quando a carga atravessa novamente a bateria P IV representa a POTÊNCIA taxa de energia fornecida ao resistor ou a qualquer outro dispositivo que transporte uma corrente elétrica I, e tem uma diferença de potencial entre os seus terminais V. Utilizando V=RI pode-se expressar a potência entregue ao resistor nas formas PI R 2 ou 2 V P R transformação de energia elétrica em energia térmica . Energia perdida. A potência fornecida a um resistor é frequentemente chamada de uma perda I 2 R a energia dissipada no condutor é o calor Joule ou o efeito é o efeito Joule Unidade SI: watt (W) que corresponde a J/s 6 EXEMPLO DE UM CIRCUITO ELÉTRICO sentido convencional da corrente 7 ELEMENTOS DE UM CIRCUITO ELÉTRICO I Chave + - Bateria 8 Exemplo: Uma lâmpada é classificada como sendo de 120 V / 75 W, o que significa que a sua tensão de funcionamento pretendida de 120 V, tem uma potência de 75 W. O brilho da lâmpada está relacionado com a tensão em que se liga a lâmpada. A tensão nominal corresponde ao brilho normal. Com menor tensão que a nominal , o brilho da lâmpada é mais fraco, e com maior tensão, ela pode queimar. Supomos que a lâmpada é alimentada por uma fonte de 120 V em corrente contínua. Qual é a corrente na lâmpada e a sua resistência? Resolução A corrente elétrica na lâmpada: Sabemos que P IV P 75 W I 0.625 A V 120 V A resistência elétrica da lâmpada: V RI V 120 V R 192 I 0.625 A 9 AS FONTES DE TENSÃO DE CORRENTE CONTÍNUA (DC) PODEM SER DIVIDIDAS EM TRÊS CATEGORIAS: Baterias utilizam reações químicas Geradores transformam energia mecânica em elétrica Fontes de alimentação: obtêm corrente contínua retificando a corrente alternada convertem a tensão variável numa tensão com valor fixo FONTES DE FORÇA ELETROMOTRIZ (fem) O dispositivo que mantém a tensão constante num circuito DC é chamado de fem Símbolo Potencial maior A fonte deve realizar um trabalho dW sobre um elemento de carga dq para que esta se desloque do terminal (–) para o terminal (+) dW dq Unidade da fem no SI: V Potencial menor J C Na realidade a fonte tem uma resistência interna 11 CÁLCULO DA CORRENTE DO CIRCUITO Tensão nos terminais da fonte V rI V RI e V rI RI rI I Se a fonte não tiver resistência interna (r=0) I Rr R 12 a) Diagrama do circuito com uma fonte de fem de resistência interna r ligado a um resistor externo R . (a) b) Representação gráfica que mostra como o potencial varia quando o circuito é percorrido por uma corrente. (b) 13 RESISTORES EM SÉRIE Uma mesma corrente passa através dos resistores ligados em série. A soma das diferenças de potencial entre as extremidades dos resistores é igual diferença de potencial aplicada: V R1 I R2 I I R1 R2 V Req I Req R1 R2 A resistência equivalente de três ou mais resistores em série é Req R1 R2 R3 ... Ri i 14 RESISTORES EM PARALELO Os resistores ligados em paralelo estão submetidos a mesma diferença de potencial: 1 1 V V V I I1 I 2 V R1 R2 R1 R2 Req 1 1 1 Req R1 R2 A resistência equivalente de três ou mais resistores em paralelo é 1 1 1 1 1 ... Req R1 R2 R3 1 Ri 15 Exemplo 1 Um aquecedor de 1250 W é construído para operar sob uma tensão de 115 V. (a) Qual será a corrente no aquecedor? (b) Qual é a resistência da bobina de aquecimento? (c) Que quantidade de energia térmica é gerada pelo aquecedor em 1 hora? 16 Exemplo 2 U U 17 Exemplo 3 18 Exemplo 3 (continuação) (i q / t ) 19 Exemplo 3 (continuação) 20 Exemplo 4. Calcular a resistência equivalente e a corrente que passa no circuito. Temos: R3 em serie com R4 e com R5. Resulta em: R6 R3 R4 R5 (20 30 50) 100 No circuito resultante R6 ficou em paralelo com R2: 1 1 1 1 1 R7 60 R7 R6 R2 100 150 R7 está em série com R1, e é a última simplificação: Req R1 R7 (30 60) 90 A corrente que passa no circuito V Req I I V 18 V 0.2 A Req 90 REGRAS DE KIRCHOFF Os resistores podem estar ligados de maneira que os circuitos formados não possam ser reduzidos a um único resistor equivalente. Para analisar tais circuitos mais complexos convém utilizar duas regras simples as duas Leis de Kirchhoff. Estas leis são baseadas em princípios de conservação de energia e de carga 1ª LEI DE KIRCHOFF (OU LEI DOS NÓS) – a soma das correntes que entram em qualquer nó é igual à soma das correntes que saem desse nó. I n 0 n 22 2ª LEI DE KIRCHOFF - a soma das diferenças de potencial em todos os elementos de uma malha fechada do circuito é igual à zero, pois os pontos inicial e final são iguais. V n 0 n As regras seguintes mostram como cada queda de potencial é usada nesse somatório. Chama-se “queda de potencial”, a diferença de potencial entre dois pontos de um circuito sentido convencional da corrente para a fonte I V V V IR V IR 23 Exemplo 1: Um circuito é constituído de três resistências, dois recetores e um gerador. Determine: a) o sentido da corrente elétrica; b) a resistência elétrica equivalente do circuito; c) a intensidade da corrente elétrica no circuito; d) a ddp entre os pontos A e B. Resolução: a) Qual dos três dispositivos elétricos é o gerador? É aquele com maior fem: 3 18 V A corrente elétrica, portanto, vai do terminal negativo para o positivo. Isso faz com que a corrente se movimente no sentido anti-horário pelo circuito e 1 e 2 representem recetores: b) Como as resistências estão associadas em série, a resistência equivalente é dada por: Req R1 R2 R3 2 1 2 5 24 c) a intensidade da corrente elétrica no circuito; i 3 1, 2, Req 18 5 3 2A 5 d) a ddp entre os pontos A e B. V 3 R3i 1, 18 2 2i 5 9 V V3 R3i V 25 Exemplo: Circuito de várias malhas 26