Instituto Tecnológico do Sudoeste Paulista Faculdade de Engenharia Elétrica – FEE Bacharelado em Engenharia Elétrica Aula 9 Eletrodinâmica: Corrente Elétrica e Resistência Elétrica Física Geral e Experimental III Prof. Ms. Alysson Cristiano Beneti IPAUSSU-SP 2012 Corrente Elétrica Definição: é uma grandeza que mede a quantidade de carga elétrica que atravessa determinada área de um condutor em determinado intervalo de tempo. dQ i dt Onde: Q – carga elétrica – C(Coulomb) Coulom b t – tempo - s(segundo) Am père segundo i – corrente elétrica – A(Ampère) Corrente Elétrica O movimento de cargas elétricas no interior de condutores ocorre por meio da migração de elétrons de uma extremidade do condutor para a outra. Condutor sem ddp aplicada em suas extremidades. Movimento aleatório dos elétrons em direções diversas, por causa da agitação molecular (proporcional à temperatura) Simulação Condutor com ddp aplicada em suas extremidades. Surge um campo elétrico no interior do fio que interage com o campo elétrico de cada elétron, promovendo uma força eletrostática. O movimento aleatório dos elétrons em direções diversas ainda existe, mas é sobreposto ao movimento de arrasto dos elétrons dentro do condutor. Sentidos da Corrente Elétrica Real: movimento dos elétrons (polo negativo para o positivo) Convencional: movimento hipotético de cargas positivas (polo positivo para o negativo, não existe na realidade) Símbolo de uma Pilha (Gerador) É o que ocorre na realidade, o movimento de elétrons. Símbolo de uma Pilha (Gerador) Não existe movimento de prótons, mas permanece esta concepção por motivos históricos até hoje. 1. (Halliday, p.160) Durante os 4 minutos em que uma corrente de 5 Ampères atravessa um fio, (a) quantos coulombs e (b) quantos elétrons passam por uma secção reta do fio? dQ a )i 4 min 240s dt Como Q const ante(não depende de função): Q i t Q 5 Q 1200C 240 b)Q n.e 1200 n.1,6.1019 1200 21 n 7 , 5 . 10 elétrons 19 1,6.10 Efeitos da Corrente Elétrica Térmico ou Joule Químico Magnético Luminoso Fisiológico Densidade de Corrente Elétrica (J) i J .d A A Área de secção transversal do condutor Se a correnteé uniforme i J .A i J A Velocidade de Deriva de Corrente (vd) Os elétrons se movem no interior dos condutores com uma velocidade de deriva dada por: J vd ne Densidade de corrente (A/m2) Densidade de carga dos portadores (C/m3) Velocidade dos elétrons sem corrente elétrica = 106m/s Velocidade dos elétrons com corrente elétrica = 10-5 ou 10-4m/s 1. (Halliday, p.160) Uma corrente de 1,2.10-10A atravessa um fio de cobre de 2,5mm de diâmetro. O número de portadores de carga por unidade de volume é 8,49.1028m-3. Supondo que a corrente é uniforme, calcule (a) a densidade de corrente e (b) a velocidade de deriva dos elétrons. 2 i 0,0025 6 2 a) J A .r 2 . 4,9.10 m A 2 1,2.1010 A 5 2 J 2 , 44 . 10 A / m 4,9.106 m 2 J 2,44.105 A / m 2 b ) vd ne 8,49.1028 m 3 .1,6.1019 C A C 2 2 15 m 15 s.m vd 1,8.10 1,8.10 1,8.1015 m / s C C m3 m3 Recomendo resolver o exemplo 26-5 página 150 do Halliday Resistência Elétrica (R) É uma grandeza que representa a oposição que os materiais possuem à passagem de corrente elétrica. Isolantes: resistência elétrica maior Condutores: resistência elétrica menor OBS: vale lembrar que para altas ddp´s os isolantes são ionizados e tornam-se condutores. Unidade de medida de resistência Volt/Ampère = (OHM) Resistência (R) e Resistividade Elétrica () A L L R A Simulação Resistência (R) e Resistividade Elétrica () A resistividade varia com a temperatura. Podemos calcular esta variação: o o ..(T To ) Resistividade do cobre em função da temperatura. 1. (Halliday, p.149) Uma amostra de ferro em forma de paralelepípedo tem dimensões 1,2cm x 1,2cm x 15cm. Uma ddp é aplicada à amostra entre as faces paralelas de tal forma que as faces são superfícies equipotenciais. Determine a resistência da amostra se as faces paralelas forem (1) as extremidades quadradas (1,2cm x 1,2cm); (2) as extremidades retangulares (1,2cm x 15cm) Tabela: ferro 9,68.108 .m Tabela: ferro 9,68.108 .m L R . A L R . A 0,15 (1) R 9,68.10 . 0,012.0,012 8 R 0,0001 1.10 4 0,012 (2) R 9,68.10 . 0,15.0,012 8 R 6,45.107