Objetivo 5 by qH92F5u

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									 CORRENTE
ELÉTRICA
  A corrente elétrica é um movimento
ordenado de cargas elementares.
 A corrente elétrica pode ser um
simples jato de partículas no vácuo,
como acontece num cinescópio de TV,
em que um feixe de elétrons é lançado
contra a tela. No entanto, na maioria
dos casos, a corrente elétrica não
ocorre no vácuo, mas sim no interior
de um condutor. Por exemplo,
aplicando uma diferença de potencial
num fio metálico, surge nele uma
corrente elétrica formada pelo
movimento ordenado de elétrons.
  Não se pode dizer que todo movimento de cargas elétricas
seja uma corrente elétrica. No fio metálico, por exemplo,
mesmo antes de aplicarmos a diferença de potencial, já existe
movimento de cargas elétricas. Todos os elétrons livres estão
em movimento, devido à agitação térmica. No entanto, o
movimento é caótico e não há corrente elétrica.
 Quando aplicamos a diferença de potencial,
esse movimento caótico continua a existir,
mas a ele se sobrepõe um movimento
ordenado, de tal forma que, em média, os
elétrons livres do fio passam a se deslocar ao
longo deste. É assim que se forma a corrente
elétrica.
 O símbolo convencional para representar a
intensidade de corrente elétrica (ou seja, a
quantidade de carga Q que flui por unidade
de tempo t) é o I, original do alemão
Intensität, que significa intensidade.
 A unidade padrão no SI para medida de
intensidade de corrente é o ampère. A
corrente elétrica é também chamada
informalmente de amperagem.
                     EXERCÍCIOS
1. O que é corrente elétrica? Qual o sentido convencional da
    corrente elétrica e qual o seu sentido real?

2. ( (Vunesp-SP) Mediante estímulo, 2 . 105 íons de K+
    atravessam a membrana de uma célula nervosa em 1,0
    milisegundo. Calcule a intensidade dessa corrente elétrica,
    sabendo que a carga elementar é 1,6 .10-19C.

3. (PUC-SP) Uma lâmpada permanece acesa durante 1h, sendo
    percorrida por uma corrente elétrica de intensidade igual a
    0,5A. A carga do elétron em valor absoluto é 1,6.10-19C.
a) Qual a carga elétrica que passou por uma secção de seu
    filamento?
b) Quantos elétrons passaram?
4. Às vezes sentimos um choque
   elétrico ao morder – por descuido
   – um pedaço de papel alumínio
   com um dente que sofre
   obturação co amálgama. Por que
   isso acontece?

    Amálgama é um material,
  utilizado na odontologia, feito de
  uma liga de mercúrio, prata e
  estanho, que por ser resistente a
  oxidação, tem a finalidade de
  proporcionar a restauração dos
  dentes.
          Isto tem utilidade?
    Em 1887 foi feito o primeiro eletrocardiograma
  humano, medindo-se a corrente elétrica que provoca
  as contrações do coração. Hoje, sabe-se que os
  músculos são excitados pela corrente elétrica
  proveniente do tecido nervoso.
   Pacientes com problemas na frequência cardíaca
  podem ser tratados pela utilização de um estímulo
  elétrico externo no músculo cardíaco. Os marca-
  passos são pequenos aparelhos que estimulam
  eletricamente o coração.

Exercício
5. Qual a função do marca-passos?
Marca-passos
                   RESISTOR
Resistor é todo dispositivo elétrico que transforma exclusivamente
energia elétrica em energia térmica.




SÍMBOLO
Alguns dispositivos elétricos classificados
como resistores: ferro elétrico, chuveiro,
lâmpada incandescente etc.
• A figura mostra  o
  aspecto físico de
  alguns    tipos de
       resistores


•
• A figura mostra os
  tipos mais comuns
  de resistores
  variáveis.
             1ª Lei de OHM
 Mantendo-se constante
a temperatura do resistor,
                                      U
sua resistência elétrica
permanecera constante.             R
                                      i
                             Unidade: Volt/Ampere(ohm,Ω)


                 Resistor ôhmico
       2ª LEI DE OHM
                   L




                    A

             .L
         R
             A
   = Resistividade do material (ohm.m))
 Resistividade elétrica é uma medida da oposição
de um material ao fluxo de corrente elétrica. Quanto
mais baixa for a resistividade mais facilmente o
material permite a passagem de uma carga elétrica.
A unidade SI da resistividade é o ohm.metro (Ωm).



  Dependência da temperatura
  Uma vez que é dependente da temperatura a
resistência específica geralmente é apresentada
para temperatura de 20 ºC. No caso dos metais
aumenta à medida que aumenta a temperatura
enquanto que nos semicondutores diminui à medida
que a temperatura aumenta.
  Conforme o valor da sua resistividade um material
pode ser considerado condutor ou isolante.
                     EXERCÍCIOS
6. Os elétrons podem se mover mais facilmente no
   metal ou no vidro? Explique.

7. Cite duas razões para se utilizar fios grossos nas
   instalações das casas.

8. O diâmetro e o comprimento de um fio de cobre são
   dobrados. O que ocorre com a resistência elétrica do
   fio?

9. Aplica-se uma ddp de 100V nas extremidades de um
   fio de secção circular de área 2mm² e resistividade
   elétrica 0,001Ω.m. Sabendo-se que a corrente
   elétrica que circula tem intensidade 10A, calcule o
   comprimento total do fio.
            Isto tem utilidade?
  Alguns tipos de detectores de mentira funcionam medindo a
resistência elétrica do corpo humano. Nosso corpo, por ser
constituído em grande parte por água e íons dissolvidos, é
condutor elétrico. A resistência do nosso corpo depende de
vários fatores, como o caminho percorrido pela corrente, o tipo
de contato que fazemos com os eletrodos, a umidade da pele
etc. A teoria diz que, quando mentimos nosso corpo sofre
algumas modificações na sua resistência elétrica. Por exemplo,
podemos começar a suar mais e a diminuir a resistência
elétrica.
  Os detectores de mentira ficam monitorando continuamente a
resistência entre dois pontos do corpo da pessoa submetida ao
teste, e indicam os instantes em que ela tem alguma alteração
significativa em sua resistência elétrica. Quando isso ocorre, é
sinal de que ela estará um pouco mais nervosa, supostamente
devido alguma mentira.
         POTÊNCIA ELÉTRICA
   Muitas vezes, na propaganda de certos produtos de
eletrônicos, destaca-se a sua potência. Podemos citar como
exemplos os aparelhos de som, os chuveiros e as fontes dos
microcomputadores.
   Sabemos que esses aparelhos necessitam de energia
elétrica para funcionar. Ao receberem essa energia elétrica,
eles a transformam em outra forma de energia. No caso do
chuveiro, por exemplo, a energia elétrica é transformada em
energia térmica.
  Quanto mais energia for transformada em um menor intervalo
de tempo, maior será a potência do aparelho. Portanto,
podemos concluir que potência elétrica é uma grandeza que
mede a rapidez com que a energia elétrica é transformada em
outra forma de energia.



.
• Define-se
  potência elétrica
  como a razão
  entre a energia
  elétrica
  transformada e o
  intervalo de
  tempo dessa
  transformação.
  Observe o quadro
  ao lado:
   Podemos
também calcular
a potência
elétrica através
da através da
tensão e da
corrente.
Potência elétrica dissipada
     Quando utilizamos algum aparelho que funciona à base de
 transformação de energia, podemos observar que ele esquenta
 durante o seu funcionamento. Isso não é diferente quando
 estamos lidando com aparelhos que funcionam à base de
 energia elétrica.
     Esse aquecimento é conhecido como efeito Joule, e ele é
 fruto das colisões que os elétrons sofrem contra os átomos e
 íons que pertencem ao condutor. A energia que é drenada
 nesse aquecimento é chamada de energia dissipada
    Existem aparelhos que têm como objetivo dissipar toda a
 energia elétrica e transformá-la em energia térmica. Temos
 muitos exemplos cotidianos de aparelhos que funcionam assim,
 o chuveiro, o ferro de passar, o forno elétrico, o secador de
 cabelo, etc.
   Se tomarmos a lei de
Ohm R = U/i, e a
equação para
calcularmos a potência
P = U.i é possível
determinar o valor da
potência elétrica
dissipada. Observe o
quadro ao lado:
  Unidades de
potência e energia
elétrica
  As duas unidades
de potência mais
usadas são o watt
(W) e o quilowatt
(kW). Elas estão
representadas no
quadro abaixo,
assim como a
conversão entre
elas:
                          EXERCÍCIOS
10. (Unb-DF) Um cidadão que morava em Brasília, onde a voltagem é
       220V, mudou-se para o Rio de Janeiro, onde a voltagem é de 110V.
       Para que tenha a mesma potência no chuveiro elétrico, ele deverá
       modificar sua resistência para:
a)     ½ da resistência original
b)     ¼ da resistência original
c)     2 vezes resistência original
d)     4 vezes a resistência original
Justifique sua resposta.

11. A ddp existente nas tomadas elétricas de nossas residências é de
      110V. Um aquecedor elétrico é ligado a uma tomada. Verificamos
      que passam pelo aquecedor 200 coulombs em 25 segundos.
      Determine a potência consumida pelo aquecedor.

12. (Fuvest-SP)
a)    Qual a resistência elétrica de uma lâmpada de 220V e 60W?
b)    Supondo que a resistência elétrica varia pouco com a temperatura,
      qual a potência dissipada quando a lâmpada é ligada a uma tomada
      de 110V?
      Isto tem
      utilidade?
    É muito importante saber qual
é a potência de cada aparelho
que estamos ligando em uma
tomada. Normalmente, os fios e
as tomadas têm um valor máximo
de corrente que podem suportar
sem se danificar. Quando este
valor é excedido, os fios se
aquecem em demasia, podendo
resultar em um derretimento de
sua capa isolante. Isto provoca
um curto-circuito, que é uma das
principais causas de incêndios em
residências.
  Antes de ligar os aparelhos é
importante saber a potência que
cada um exige e verificar se a
soma das potências não é maior
do que o recomendado na
tomada.
                           EXERCÍCIOS



13. Numa casa são utilizadas 6 lâmpadas elétricas de 100W durante 2
     horas por dia, 4 lâmpadas de 60W durante uma hora por dia, um
     chuveiro elétrico de 100W durante meia hora por dia e uma
     geladeira de 250W durante 10 horas por dia. Sabendo que o
     KWh é cobrado à razão de R$ 0,20, determine o custo de energia
     elétrica consumida por essa casa em trinta dias.

14. Uma residência é iluminada por 12 lâmpadas de incandescência,
     sendo 5 de 100W e 7 de 60W cada.
a)   Para uma média diária de 3 horas de utilização, qual a energia
     consumida, em KWh, por essas lâmpadas em um mês?
b)   Sendo a tensão da instalação de 115V, qual é a corrente tal
     utilizada pelas lâmpadas?
          Isto tem utilidade?
   Na escolha dos fios para as instalações elétricas de uma
edificação, é necessário determinar a área (bitola) do fio para
que a resistência seja baixa e, ao mesmo tempo, usar o fio mais
fino possível para diminuir os custos: um fio muito grosso
possui resistência pequena, mas é mais caro. O fio deve ser
escolhido de acordo com a corrente máxima que,
supostamente, passará por ele.
   Como vimos, a potência dissipada pelo fio é dada por P = Ri².
Um fio fino possui resistência maior e dissipa mais potência do
que um fio grosso, ao ser percorrido por uma determinada
corrente. A potência dissipada é a responsável pelo
aquecimento do fio, e é preciso que o fio dissipe este calor com
eficiência, pois – caso contrário- pode haver um
superaquecimento, derretendo a capa isolante e podendo
provocar curto-circuito na instalação. Por outro lado, quanto
maior for o diâmetro do fio, maior será o seu poder de
dissipação de calor. Estes fatores combinados determinam a
corrente máxima segura que pode passar pelo fio.
   Levando em consideração o tipo de fio, o tipo de capa
isolante e as condições de instalação dos fios (área, enterrada
ou em tubos), pode-se determinar qual a corrente máxima
segura para este fio.
Área do fio   Corrente
(mm²)         máxima (A)
                           • Na tabela,
                             mostramos um
1             10,5
                             exemplo para um fio
1,5           13             com capa isolante
2,5           18             termoplástica, área
4             24             do fio em mm² e a
6             31             corrente máxima
10            42
                             sugerida para sua
                             utilização (em A).
16            56
25            73
35            89
50            108
                      EXERCÍCIOS



15. (Unicamp-SP) Um aluno necessita de um resistor que,
  ligado a uma tomada de 220V, gere 2 200W de potência
  térmica. Ele constrói o resistor usando fio de
  resistividade elétrica 2,0 . 106 (Ω.m) e área de secção
  transversal de 5,0 . 10-² mm². Quantos metros de fio
  deverão ser utilizados?
                    Supercondutividade

   Em 1911, Kammerlingh Onnes, que foi o primeiro a conseguir a
liquefação do gás hélio que acontece em 4,2 K. Ele estava
pesquisando sobre as propriedades de metais sobre temperaturas
extremamente baixas banhando em hélio líquido. Durante um
desses experimentos, Onnes descobriu que a resistência do
mercúrio caia a zero na temperatura perto de 4 K. Com isso, foi
descoberto os supercondutores, uma nova classe de condutores.
Onnes ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1913.



Com evolução das pesquisas, a temperatura para que os
supercondutores ocorressem foi aumentando. Até a década
passada ocorria na ordem dos 28 K. Mas com a descoberta de
novos materiais supercondutores, ocorreu um aumento
surpreendente de temperatura para a utilização de
supercondutores, com os óxidos cerâmicos, com os fulerenos, os
borocarbetos e o composto intermetálico MgBr2. Atualmente o
recorde é de 134 K para um óxido de mercúrio, bário, cálcio e
cobre.
  Supercondutores são materiais
que têm resistência elétrica
praticamente nula e nos quais a
corrente elétrica não perde energia
para o material. Com isso pode-se
construir equipamentos que
aproveitam ao máximo a energia
elétrica disponível, sem que seja
transformada em calor. Meios de
transportes, principalmente trens
suspensos por campos
magnéticos, podem usar esta
tecnologia.
  O trem japonês, MAGLEV, que
usa tecnologia de materiais
supercondutores e atinge mais de
500Km/h com segurança.
                  EXERCÍCIOS

16. Após leitura do texto – Supercondutividade -
  responda a questão que se segue:
      Quando a temperatura do material aumenta
  também aumenta o grau de agitação dos seus
  átomos e moléculas. Isso faz com que os
  elétrons tenham maior dificuldade de transitar
  por dentro do material. Qual a relação existente
  entre essa afirmação e a 2º Lei de Ohm.
         EFEITOS DA CORRENTE
               ELÉTRICA
• efeito joule: liberar calor
• efeito magnético: gerar
  campo magnético
• efeito fisiológico: choque
• efeito químico: produzir
  reações químicas
• efeito luminoso: gerar luz
                        EXERCÍCIOS
17. Um estudante deseja aquecer 1,2 litros de água contida em um
   recipiente termicamente isolado e de capacidade térmica
   desprezível, com o auxílio de um resistor R imerso na água e
   conectado diretamente a uma bateria de 12V e de resistência
   interna praticamente nula. Calcule R para que a temperatura da
   água seja elevada de 20ºC para 32ºC em 42 mim.
Adote 1 cal = 4,2 J.


18. Um ferro elétrico tem resistência ôhmica de 11Ω. Sabendo-se que
   ele é utilizado durante 1h por dia e que a tensão da rede elétrica é
   de 110V, qual o consumo, em cal, após 30 dias?
Adote 1cal = 4J.

19. A corrente elétrica ao passar pelos condutores, pode apresentar
   cinco efeitos principais. Cite , explique e exemplifique cada um
   deles.
Integrando conceitos:
            CHOQUES ELÉTRICOS

      a) Por que o choque ocorre?
   Quando uma corrente elétrica atravessa nosso corpo, interfere com as
 correntes internas carregadas pelos nervos e nos dá a sensação de
 formigamento.
   Para que isto ocorra, é necessário existir uma diferença de potencial entre
 dois pontos do corpo: quanto maior esta diferença de potencial, maior a
 corrente elétrica e maior o choque.
    Normalmente, um dos pontos são os pés, que estão em contato com o
 solo, e o outro ponto é o que entra em contato com algum aparelho ou fio.
    O valor da corrente depende de vários fatores, como a voltagem e a
 resistência elétrica do caminho que ela percorre pelo corpo. A resistência
 do corpo humano varia de pessoa para pessoa e depende muito das
 condições da pele. A resistência do corpo humano molhado é muito menor
 do que quando seco. Molhado, a resistência baixa, e a corrente que passa
 pelo corpo pode ser muito alta, mesmo para uma pequena tensão.
  É interessante notar que os danos causados pelos choques são mais
 relacionados com a corrente elétrica do que com as voltagem. Choques
 fatais podem ocorrer com voltagens de apenas 20V.
b)Danos ao corpo humano                    • A tabela indica os valores
  Quando uma corrente passa pelo
corpo, os seguintes efeitos podem            de aproximados de
ocorrer: sensação de formigamento,
dor, contração e espasmos musculares,
                                             corrente e os danos que
alteração nos batimentos cardíacos,          causam.
parada respiratória, queimaduras e
morte. Os danos decorrem do fato de a       Corrente(em mA)   Danos que acarretam
movimentação dos músculos e a
transmissão de sinais nervosos se           1 a 10            Leve formigamento
darem pela passagem de pequenas
correntes elétricas.                        10 a 20           Dor e forte
  Deve ser lembrado que também o                              „formigamento‟
trajeto que a corrente percorre no corpo
                                            20 a 100          Convulsões e parada
humano é um fator determinante dos
                                                              respiratória
danos causados. Os choques mais
perigosos são os recebidos quando se        100 a 200         Fibrilação
segura um fio em cada mão, pois o
caminho da corrente passa próximo ao        Acima de 200      Queimaduras e parada
coração. Por isso os eletricistas evitam                      cardíaca
utilizar as duas mãos ao mesmo tempo
quando mexem em um circuito elétrico
que pode estar energizado.
d) Situações de perigosas e como evitar choques
- Lembre-se sempre de que correntes elétricas podem matar e que o número
    de acidentes é grande.
- Ao lidar com fios ou tomadas, certifique-se de que o disjuntor esteja
    desligado. Mesmo assim antes de tocar em qualquer fio use uma chave-
    teste para verificar se existe ddp entre o fio e sue corpo.
- Tire da tomada qualquer equipamento antes de abri-lo . Não mexa nos
    circuitos de equipamento sem conhecer detalhadamente a função de cada
    componente (consertos devem ser feitos por especialistas) já que, mesmo
    desligados, alguns componentes (como os capacitores) podem causar
    violentos choques pois armazenam energia.
- Evite ao máximo usar aparelhos elétricos no banheiro ou nas proximidades
    de piscinas. Quando o corpo esta molhado, a condução de eletricidade
    através dele é facilitada e as chances de você sofrer lesões graves são
    maiores.
- Caso tenha crianças pequenas em casa compre tapadores de tomadas
    para evitar acidentes.
- Só use fios que estejam em perfeitas condições, inclusive para extensões
    elétricas.
- Nunca toque fios que estão na rua, mesmo quando a companhia elétrica
    indicou que a energia seria cortada.
                          EXERCÍCIOS

20. Qual a corrente, em mA, que passa em um chuveiro comum de
   2200W de potência, ligado a uma tensão de 220V? Consultando a
   tabela do ítem b, qual os danos que acarretam um choque com
   essa amperagem.

21. Explique por que devemos evitar usar equipamentos elétricos no
   banheiro e piscinas.
   e) O que fazer quando um choque acontece?

- Ao atender uma pessoa que levou um choque devemos, em minutos
   desligar a fonte de energia elétrica. Caso não seja possível desligar
   a energia, devemos usar um pedaço de madeira seca, por exemplo,
   para afastar os fios da pessoa. Nunca devemos utilizar canos ou
   madeira molhada.
RESPONDA
22. Por que esses materiais não devem ser utilizados?

- Após desligar a energia elétrica, devemos pedir ajuda imediatamente.
   O choque pode causar parada respiratória ou cardíaca.
RESPONDA
23. Qual o nome do aparelho utilizado em casos de parada cardíaca?
Isto tem utilidade?

   A chave teste é montada no
 interior de um cabo de uma
 chave de fenda. A extremidade
 deste cabo é feita de metal.
 Um resistor e uma lâmpada de
 neon são ligados entre esta
 extremidade e a chave de
 fenda.
   Quando colocamos a ponta
 da chave em contato com o fio
 que possui tensão (110 ou
 220V) e tocamos a parte
 metálica do cabo, o circuito se
 fecha e a lâmpada acende,
 indicando que existe tensão
 entre o fio e a terra.
Isto tem utilidade?
O relógio de luz
   O que comumente chamamos
  de relógio da luz é na verdade
  um medidor da energia elétrica
  consumida na instalação onde
  é colocado.
Como ler o medidor e
 acompanhar o
 consumo
     O medidor é composto por
  quatro relógios. A leitura é
  iniciada pelo primeiro deles,
  localizado à direita de quem o
  lê. O ponteiro gira no sentido
  do menor para o maior
  algarismo.
 Ao fazer a leitura lêem-se os reloginhos da esquerda para a direita. A leitura
corresponde sempre ao último número ultrapassado pelo ponteiro no seu sentido
de rotação. Observe que o 1º e o 3º relógios giram no sentido anti-horário,
enquanto o 2º e o 4º giram no sentido horário. Por exemplo , suponhamos que
num dado instante, os reloginhos apresentem o seguinte aspecto:




                                   KWh

                       A leitura é então: 4.627KWh

Essa leitura em si não tem valor significativo. O que interessa é a diferença
entre duas leituras consecutivas, a qual indica o consumo. Geralmente as leituras
são feitas no intervalo de um mês. Por exemplo se a leitura do mês anterior foi de
5.273KWh, o consumo no período corresponde à diferença:
                       consumo = 5.273 – 4.627 = 646KWh
A “conta de luz”
  A conta de luz fornecida num período de tempo,
 geralmente, de um mês marca o consumo medido pela
 diferença de leituras e é expresso em KWh. Observe o
 preço do KWh e os impostos que incidem sobre a conta
 e é possível analisar o consumo de energia elétrica nos
 diversos meses anteriores.

								
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