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Professor:
Ano: 9º Turma: _____ - Data: _____/_____/2014
Esta ficha não substitui o livro e seus exercícios! É um guia de estudo!
Bom trabalho!
Guia de estudo – Ciências
Eletricidade e o magnetismo
Você faz bastante uso da eletricidade em seu dia a dia, não é mesmo? Mas já parou para pensar na falta que ela faria na
sua vida caso não existisse?
Se faltar energia elétrica à noite, ficamos sem luz elétrica e tudo para: a televisão, o chuveiro elétrico, o ventilador,
alguns aparelhos de telefone, o aparelho de som, o computador, o microondas, os elevadores etc.
Alguns aparelhos funcionam com a energia recebida das estações distribuidoras de energia elétrica, basta ligá-los na
tomada. Mas há muitos outros aparelhos que funcionam utilizando energia elétrica sem termos de ligá-los diretamente na
tomada, como o celular, o rádio, os walkmans ou iPods e as calculadoras, pois eles recebem energia de pilhas e baterias.
Outro tipo de energia muito usada em nosso cotidiano é a energia magnética. Graças ao magnetismo, podemos ter
registros armazenados em fitas cassetes e fitas de vídeo, podemos usar as bússolas para nos localizarmos, etc.
A revolução que a humanidade experimentou, advinda das aplicações da eletricidade e do magnetismo, se intensificou
quando os cientistas perceberam a relação entre ambos.
Cargas elétricas
Cargas elétricas são de dois tipos: positivas e negativas.
Uma matéria é constituída de átomos. Os átomos, por sua vez, são constituídos de partículas ainda menores: prótons,
nêutrons e elétrons. Os prótons e os nêutrons situam-se no núcleo do átomo. Os elétrons giram e torno do núcleo,
numa região chamada eletrosfera. Os prótons e os elétrons possuem uma propriedade denominada carga elétrica, que
aparece na natureza em dois tipos. Por isso a do próton foi convencionada como positiva e a do elétron como negativa.
Corpos carregados
Quando um corpo recebe prótons, dizemos que ele está positivamente carregado. Quando ganha elétrons
dizemos que ele está negativamente carregado. Quando o número de elétrons em um corpo é igual ao número de
prótons, dizemos que o corpo está neutro.
Um experimento relacionado aos primórdios do estudo da eletricidade pode ser realizado com um bastão de vidro
pendurado por um barbante. Se atritarmos esse bastão em um pedaço de lã, notaremos que ambos se atrairão
mutuamente. Agora se atritarmos o bastão de vidro no tecido de lã e o deixarmos pendurado, aproximando dele outro
bastão de vidro que tenha sido friccionado em outro pedaço de lã, notaremos que os bastões se repelem.
Essas observações demonstraram a ocorrência de fenômenos elétricos. Os cientistas consideram que, ao atritarmos os
materiais vidro e lã, o bastão de vidro passa a ser portador de carga elétrica positiva e o pedaço de lã passa a ser
portador de carga elétrica negativa. Os sinais de positivo e negativo atribuídos a essas cargas são uma convenção
científica.
Cargas elétricas interagem
Muitos materiais adquirem carga elétrica quando atritados em outros. Nesse processo, um dos materiais adquire carga
elétrica positiva, e o outro, carga elétrica negativa.
Por meio de experimentos semelhantes aos descritos anteriormente com o vidro e a lã, os cientistas concluíram
que cargas elétricas de sinais diferentes se atraem e que cargas elétricas de sinais iguais se repelem. Quando vidro e lã
são friccionados, passam a ter cargas elétricas de sinais diferentes e, portanto, passam a se atrair. Já os dois bastões de
vidro, quando adquirem cargas elétricas de mesmo sinal, passam a se repelir.
Eletrização por atrito
Diferentes materiais têm diferentes tendências à eletrização. Quando vidro e lã são atritados, dizemos que ambos
materiais adquirem carga elétrica pelo processo de eletrização por atrito.
Com base em muitos experimentos similares, foi possível aos cientistas determinarem a tendência dos materiais a
adquirir carga elétrica positiva ou negativa quando atritados uns com os outros. Essa tendência pode ser expressa por
meio de uma seqüência como a mostrada abaixo:
<--------- Aumenta a tendência para adquirir carga positiva
vidro
lã
seda
algodão
borracha rígida
Aumenta a tendência para adquirir carga negativa -------->
Condutores elétricos
Imagine duas esferas de metal um pouco afastadas entre si. Uma delas eletrizada com carga positiva e a outra nãoeletrizada. Se um bastão de metal tocar as duas esferas simultaneamente, verifica-se que parte da carga elétrica é
transferida para a outra esfera. Porém, se utilizarmos um bastão de madeira, a carga permaneceria na esfera eletrizada,
e a outra não receberia nem um pouco dessa carga.
Esse experimento evidencia que o metal é o material condutor elétrico e a madeira é um material isolante elétrico.
De fato, os condutores elétricos mais conhecidos são os metais como o cobre, o ferro o alumínio, o ouro e a prata. Entre
eles, o cobre, metal de aspecto marrom-avermelhado, é usado na fiação elétrica das casas. Entre os isolantes elétricos
podemos citar, além da madeira, os plásticos em geral, o ar (a temperatura e pressão ambientes), as borrachas e o
isopor (que na verdade, é um tipo de plástico).
A grande maioria dos metais conhecidos se encaixa em um desses dois grupos: condutor elétrico ou isolante
elétrico. Há, contudo, certos materiais que não se enquadram bem em nenhuma dessas duas categorias, mas sim em
um grupo intermediário, conhecido como semi-condutores. Dois exemplos são o silício e o germânio, empregados na
indústria para elaborar alguns componentes usados em aparelhos eletrônicos.
Eletrização por contato
Quando um corpo eletrizado toca um corpo eletricamente neutro (isto é, sem carga elétrica), parte de sua carga é
transferida para ele, que também passa a ficar eletrizado. Esse processo é a eletrização por contato.
Corrente elétrica
Vimos que os elétrons se deslocam com facilidade em corpos condutores. O deslocamento dessas cargas elétricas é
chamado de corrente elétrica.
A corrente elétrica é responsável pelo funcionamento dos aparelhos elétricos; estes somente funcionam quando a
corrente passa por eles. A passagem de corrente por um aparelho somente será possível se este pertencer a um circuito
fechado.
Um circuito constituído de lâmpada, pilha e fios, quando ligados corretamente, formam um circuito fechado. Quando
ligamos os aparelhos elétricos em nossa casa e eles funcionam, podemos garantir que fazem parte de um circuito
fechado quando passa corrente elétrica através de seus fios.
Sabe-se que a carga de um elétron é igual a1,6.10 - 19 C .
Se contasse por um período
qualquer, e representando a carga do elétron (1,6.10 - 19 C ) pela letra e, poderia
afirmar:
Esta é a expressão matemática associada à intensidade da corrente elétrica.
A unidade de intensidade de corrente elétrica é o Coulomb por segundo, denominada ampère (A). A corrente elétrica
pode ser contínua ou alterada.
Na corrente contínua, observada nas pilhas e baterias, o fluxo dos elétrons ocorre sempre em um único sentido.
Na corrente alternada, os elétrons alternam o sentido do seu movimento, oscilando para um lado e para o outro. É esse
tipo de corrente que se estabelece ao ligarmos os aparelhos na nossa rede doméstica. A razão de a corrente ser
alternada está relacionada à forma como a energia elétrica é produzida e distribuída para nossas casas.
Diferença de potencial
Ao abandonarmos um corpo a certa altura, ele sempre cai. Isso ocorre porque existe uma diferença de energia potencial
entre o local em que o corpo estava e o solo.
Em uma pilha comum ocorre algo semelhante. A pilha, assim como a tomada de casa, a bateria do carro ou do celular,
enfim, qualquer gerador de energia elétrica, é um dispositivo no qual se conseguiu estabelecer dois de seus pontos: um
que precisa de elétrons e o outro que os tem sobrando.
Em uma pilha, no ponto denominado polo negativo há elétrons sobrando, e no polo positivo há falta de elétrons. Se
ligássemos esses pontos por meio de um fio condutor, os elétrons entrariam em movimento e uma corrente surgiria no
fio.
Por isso, nessa situação há energia potencial armazenada na pilha, de modo muito parecido com o que possui um objeto
situado a uma altura H do chão: é só soltá-lo, que ele entra em movimento. Da mesma forma, ao ligar um fio à pilha,
uma corrente surge no fio.
A unidade de tensão no Sistema Internacional é indicada pelo volt (V).
A pilha mais usada é a de 1,5 V. Uma bateria de carro fornece 12 V.
O computador trabalha com uma fonte de 5 V. As tomadas de nossa casa fornecem tensão de 110V ou 220 V,
dependendo da região do País. É muito prudente observar a tensão local antes de ligar os aparelhos às tomadas. Se
ligarmos aparelhos programados para funcionar a 110 V em uma tomada de 220V, eles podem queimar e até provocar
acidentes graves. Em geral, basta ajustar nos aparelhos uma chave para que essa situação se resolva; mas nem sempre
essa chave existe, por isso tome cuidado!
E por que, você deve se perguntar, os pássaros que pousam nesses cabos não são eletrocutados?
Isso não ocorre porque suas patinhas são muito próximas uma das outras, sendo muito pequena a diferença de potencial
entre elas.
Resistência elétrica
Sabemos que os materiais apresentam graus de dificuldade para a passagem da corrente elétrica. Esse grau de
dificuldade é denominado resistência elétrica. Mesmo os metais, que em geral são bons condutores, apresentam
resistência. A unidade de medida da resistência é o ohm (Ω).
Os dispositivos que são usados em um circuito elétrico são denominados resistores. Os resistores são usados em um
circuito para aumentar ou diminuir a intensidade da corrente elétrica que o percorre.
Podemos comparar a resistência elétrica àquelas barreiras que encontramos nas pistas de atletismo para a corrida com
obstáculos. Quanto mais obstáculos mais lenta é a velocidade média dos corredores. Em um circuito acontece da mesma
forma: quanto mais resistência elétrica, menor é a corrente que atravessa o fio condutor.
A aplicação mais comum dos resistores é converter energia elétrica em energia térmica. Isso ocorre porque os elétrons
que se movem no resistor colidem com a rede cristalina que o forma, gerando calor. Esse fenômeno é denominado efeito
joule em nosso dia a dia: em chuveiros elétricos, ferros de passar roupa, em fogões elétricos, etc. Observe que todos
esses aparelhos "fornecem calor".
A própria lâmpada incandescente converte mais energia elétrica em energia térmica do que em energia luminosa, sendo
essa última a sua grande finalidade: 85% da energia que consome é transformada em calor. Ao contrário, as lâmpadas
fluorescentes, consideradas "lâmpadas frias", têm uma parte bem menor da energia elétrica convertida em calor e por
isso são mais econômicas.
Primeira lei de Ohm
Observou-se, experimentalmente, em alguns resistores que a corrente estabelecida em um circuito é diretamente
proporcional à tensão aplicada e inversamente proporcional à resistência dos dispositivos do circuito e dos fios que os
conectavam. Ou seja: quanto maior a tensão do gerador, maior a corrente e quanto maior a resistência, menor a
corrente. Essa relação é expressa matematicamente por:
em que: U é a tensão
R é a resistência
i é a corrente
Vejamos um exemplo: uma pequena lâmpada está submetida a uma tensão de 12 V. Sabendo que a sua resistência, é
de 8Ω determine a corrente que percorre a lâmpada.
Os ímãs
O magnetismo é conhecido há cerca de 2.500 anos. Em uma região chamada Magnésia, na antiga Grécia (esta região
hoje faz parte da Turquia), foi encontrada uma rocha com o poder de atrair pedaços de ferro. Os antigos gregos lhe
deram o nome demagnetita (um tipo de minério de ferro).
Forças magnéticas
Por meio de experimentos, constatou-se que o ímã tem a propriedade de atrair certos materiais. Essa propriedade é
denominada de magnetismo.
A força magnética do ímã atua sobre certos metais como o ferro, o níquel e o cobalto, isto é, sobre os materiais
denominados ferromagnéticos. Nem todos os metais são ferromagnéticos. Os metais das medalhas olímpicas, por
exemplo, o ouro, a prata e o cobre não são atraídos pelos ímãs.
Ao colocar a folha de papel com limalha de ferro sobre o ímã, nela fica representada a área de influência desse ímã.
As extremidades do ímã – regiões onde as forças magnéticas agem mais intensamente – são denominadas polos. A
existência desses polos é uma das importantes características dos imãs.
O ímã apresenta sempre dois polos. Se o quebrarmos em duas partes, cada uma delas apresentará novamente dois
polos. Portanto, não conseguiremos nunca isolar um dos polos do ímã.
Podendo se movimentar livremente, um ómã se alinha com a direção geográfica Norte-Sul. Convencionou-se que a parte
do ímã que aponta para o Norte geográfico da Terra seria denominada polo Norte do ímã. Normalmente, essa parte é
pintada de vermelho. A outra parte é o polo Sul do ímã.