Eletricidade
Autor: Hyure | Publicado: 2011-06-29T19:36:00-03:00

Força elétrica

Lei de Coulomb&nbsp;–&nbsp;Esta lei diz respeito à intensidade das forças de atração ou de repulsão que agem em duas cargas elétricas puntiformes (cargas de dimensões desprezíveis), quando colocadas em presença uma da outra.

Considere duas cargas elétricas puntiformes, Q1 e Q2 , separadas pela distância d. Se os sinais dessas cargas forem iguais, elas se repelem; se forem diferentes, se atraem.


a)
b)  Isso se deve à natureza elétrica da interação entre elas. São forças de ação e reação e, portanto, têm a mesma intensidade, a mesma direção e sentidos opostos. De acordo com o principio da ação e reação, essas forças agem em corpos diferentes e, portanto, não se anulam.


Charles de Coulomb verificou experimentalmente que:  
As forças de atração ou de repulsão entre duas cargas elétricas puntiformes são diretamente proporcionais ao produto das cargas e inversamente proporcionais ao quadrado da distância que as separa.



A expressão matemática dessa força é:


   

F – força elétrica entre 2 cargas [ N ]

Ko&nbsp;– constante de Coulomb&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Ko&nbsp;= 9 x 109&nbsp;N.m2/C2&nbsp;

r&nbsp;– distância entre as cargas [ m ]&nbsp;

Q1&nbsp;e Q2&nbsp;- são cargas elétricas, em módulo.

   
   Campo elétrico


  
Os efeitos elétricos que ocorrem nas proximidades de cargas elétricas são associados à existência de um campo elétrico no local, este interage com a carga de prova. 

Um exemplo típico é a interação do cabelo de uma pessoa com a tela de uma televisão convencional, pois as cargas elétricas da televisão interagem com os cabelos deixando-os eriçados.

É importante perceber que um campo elétrico só pode ser detectado a partir da interação do mesmo com uma carga de prova, se não existir interação com a carga significa que o campo não existe naquele local.





   Campo elétrico é um vetor assim vamos estudar a direção sentido e intensidade do campo.

Quando o campo elétrico é criado em uma carga positiva ele, por convenção, terá um sentido de afastamento.



Quando o campo elétrico é criado em uma carga negativa ele, por convenção, terá um sentido de aproximação.
      
Que fique claro que o sentido do campo elétrico depende exclusivamente do sinal da carga elétrica.





A intensidade de um campo elétrico E, sempre considerando a carga de prova puntiforme, pela formula:




, assim voltando para a definição de campo podemos dizer que ele dependerá diretamente a força elétrica entre as cargas e inversamente à carga de prova.

Unidades de campo elétrico.





   Partido de que:

   e que&nbsp;&nbsp;




, após alguns cálculos chegamos que :



   , sendo que q2 é a carga que gera o campo elétrico, d a distância entre as cargas e k a constante elétrica do meio ( 9,0 . 109 unidades do SI).



Por Thomas Carvalhohttp://www.infoescola.com/fisica/campo-eletrico/


Corrente elétrica
A passagem da corrente elétrica através dos condutores acarreta diferentes efeitos, dependendo da natureza do condutor e da intensidade da corrente. É comum dizer-se que a corrente elétrica tem cinco efeitos principais: fisiológico, térmico (ou Joule), químico, magnético e luminoso.

Efeito fisiológico&nbsp;


Corresponde à passagem da corrente elétrica por organismos vivos.&nbsp;


A corrente elétrica age diretamente no sistema nervoso, provocando contrações musculares; quando isso ocorre, dizemos que houve um choque elétrico.&nbsp;


O pior caso de choque é aquele que de origina quando uma corrente elétrica entra pela mão de uma pessoa e sai pela outra. Nesse caso, atravessando o tórax da ponta a ponta, ela tem grande chance de afetar o coração e a respiração.&nbsp;


O valor mínimo de intensidade de corrente que se pode perceber pela sensação de cócegas ou formigamento leve é 1 mA.&nbsp;
Entretanto,, com uma corrente de intensidade 10 mA, a pessoa já perde o controle dos músculos, sendo difícil abrir a mão e livrar-se do contato.&nbsp;


O valor mortal está compreendido entre 10 m e 3 A, aproximadamente. Nesses valores, a corrente, atravessado o tórax, atinge o coração com intensidade suficiente para modificar seu ritmo. Modificado o ritmo, o coração pára de bombear sangue pelo corpo e a morte pode ocorrer em poucos segundos. Se a intensidade for ainda mais alta, a corrente pode paralisar completamente o coração.&nbsp;


Este se contrai o mais possível e mantém-se assim enquanto passar a corrente. Interrompida a corrente, geralmente o coração relaxa e pode começar a bater novamente, como se nada tivesse acontecido. Todavia, paralisado o coração, paralisa-se também a circulação sangüínea, e uma pequena interrupção dessa circulação pode provocar danos cerebrais irreversíveis.
Nossos impulsos nervosos são transmitidos por estímulos elétricos. Entretanto, embora pareçamos tão vulneráveis, a tensão necessária para produzir a situação descrita deve ser de centenas de volts, pois o corpo humano é péssimo condutor quando comparado aos metais, por exemplo.


Efeito térmico&nbsp;

O efeito térmico, também conhecido como efeito Joule, é causado pelo choque dos elétrons livres contra os átomos dos condutores. Ao receberem energia, os átomos vibram mais intensamente. Quando maior for a vibração dos átomos, maior será a temperatura do condutor. Nessas condições observa-se, externamente, o aquecimento do condutor. Esse efeito é muito aplicado nos aquecedores em geral, como o chuveiro. Em um chuveiro, a passagem da corrente elétrica pela “resistência” provoca o efeito térmico ou efeito Joule que aquece a água. Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elétrica. Nos condutores se processa a transformação da energia elétrica em energia térmica. Esse efeito é a base de funcionamento dos aquecedores elétricos, chuveiros elétricos, secadores de cabelo, lâmpadas térmicas, etc.




Efeito químico&nbsp;

O efeito químico corresponde a certas reações químicas que ocorrem quando a corrente elétrica atravessa as soluções eletrolíticas.&nbsp;
É muito aplicado, por exemplo, no recobrimento de matais (niquelação, cromação, prateação, etc). Uma solução eletrolítica sofre decomposição quando é atravessada por uma corrente elétrica.&nbsp;
É a eletrólise. Corresponde aos fenômenos elétricos nas estruturas moleculares, objeto de estudo da eletroquímica. A exploração desse efeito é utilizada nas pilhas, na eletrólise.


Efeito magnético&nbsp;

O efeito magnético é aquele que se manifesta pela criação de um campo magnético na região em torno da corrente. A existência de um campo magnético em determinada região pode ser constatada com o uso de uma bússola: ocorrerá desvio de direção da agulha magnética. Este é o efeito mais importante da corrente elétrica, constituindo a base do funcionamento dos motores, transformações, relés, etc.


Efeito luminoso
Também é um fenômeno elétrico em nível molecular. A excitação eletrônica pode dar margem à emissão de radiação visível, tal como observamos nas lâmpadas fluorescentes. E, determinadas condições, a passagem da corrente elétrica através de um gás rarefeito faz com que ele emita luz. As lâmpadas fluorescentes e os anúncios luminosos são aplicações desse efeito. Neles há transformação direta de energia elétrica em energia luminosa


Bibliografia

 -Os fundamentos da física. Capítulo 5.


-Física. Capítulo 28


-Física fundamental. Capítulo 1. Unidade XVII




Tensão elétricaou diferencial de potencial (ddp)&nbsp;


É a diferença de potencial entre dois pontos.&nbsp;
A tensão elétrica também pode ser explicada como a quantidade de energia gerada para movimentar uma carga elétrica. Vamos dar um exemplo de uma mangueira com água, a qual no ponto entre a entrada de água e a saída exista uma diferença na quantidade de água, essa diferença trata-se da ddp entre esses dois pontos. Já no condutor, por onde circula a carga de energia elétrica, a diferença entre o gerador (equipamento responsável por gerar energia) e o consumidor (que pode ser seu computador ou outro equipamento) é que simboliza qual é a tensão que existe nesse condutor. Exemplos de geradores de tensão: as usinas hidrelétricas, pilhas e baterias.Logo abaixo, temos um exemplo de um circuito elétrico, com um gerador e um consumidor.

     No exemplo acima, o gerador, que é a pilha, libera uma partícula eletrizada, esta percorre o condutor e faz acender a lâmpada, depois essa partícula continua seu percurso até retornar à pilha.Com isso, pode-se concluir que a tensão elétrica é a quantidade de energia que um gerador fornece pra movimentar uma carga elétrica durante um condutor.

Como já foi dito, a tensão elétrica é quantidade de energia gerada para movimentar uma carga, portanto, o gerador necessita liberar energia elétrica para movimentar uma carga eletrizada.

A fórmula para calcular a tensão a partir desse conceito é:

U = Eel / Q
Onde:U= Tensão elétricaEel= Energia elétricaQ= Quantidade de carga eletrizadaOutra fórmula para calcular a tensão elétrica é a partir da energia elétrica utilizada e quantidade de carga:V = J / COnde:J= JouleC= CoulombA unidade de tensão será dada em J/C

Também é possível calcular a tensão elétrica de um circuito tendo as grandezas de corrente e resistência:

V= I.R
Onde:V= tensão elétricaI= corrente elétricaR= resistência elétrica

Se analisarmos mais profundamente para calcular a tensão, poderemos calcular também através da potência elétrica:

V= P/I

Onde:P= potência elétricaI= corrente elétrica

Todos esses cálculos são para tensões contínuas (tensões que não mudam de polaridade de acordo o tempo), para calcular tensões alternadas (tensões que mudam a polaridade de acordo com o tempo), é necessário ter noções de números complexos, visto que todas variáveis são complexas.

Fórmula para cálculo de tensão alternada:

v(t)=V.sin(2∏ft.Φv)
Onde:v(t)= função tensão no tempoV= tensão de picoSin=senoF=frequênciaT=tempoΦ= ângulo de fase

Esse cálculo é para casos de tensão em função do tempo, entretanto, a tensão que é medida na sua tomada, é um valor eficaz, que é o valor quadrático médio desse sinal.

Vef= Vp/√2

Geradores e receptores elétricosOs receptores elétricos são muito comuns no nosso dia-a-dia. Definem-se receptores elétricos como qualquer dispositivo que transforma energia elétrica em energia não-elétrica que não seja exclusivamente em energia térmica, pois os dispositivos que transformam e energia elétrica totalmente em energia térmica são definidos como resistores.

Um exemplo de receptor elétrico é o motor elétrico, como ventiladores, liquidificadores e batedeiras. Quando recebem energia elétrica, esses motores a transformam em energia mecânica que pode ser observada no giro desses aparelhos.

Símbolo e Equação Característica


Quando ligamos um desses aparelhos a uma fonte de energia elétrica, observamos que essa energia é transformada em energia de mecânica de rotação. Observe que quando você usa um liquidificador, ele também se aquece. Isso ocorre por que a energia elétrica consumida pelo aparelho é dividida. Parte dela vai para o funcionamento e outra parte se perde em forma de dissipação devido à resistência dos enrolamentos e nos contatos.

Para o funcionamento do receptor se estabelece uma diferença de potencial (ddp) U entre os seus terminais, parte dela é queda ôhmica devido a resistências internas do aparelho (r), e outra parte é devido ao funcionamento mecânico. A parte da ddp devido ao funcionamento mecânico é uma ddp útil e é denominada como força contra-eletromotriz (fcem) simbolizada por E'. Um receptor em um esquema de um circuito é representado da seguinte forma:
   

Imagem 1



Pela figura anterior, observe que há uma semelhança entre o símbolo do gerador com o símbolo do receptor, mas no receptor, a corrente vai do pólo positivo para o negativo da bateria enquanto no gerador ocorre o contrário.&nbsp;


Isso é natural, pois o gerador é quem está criando a corrente elétrica enquanto o receptor apenas a recebe.

Da mesma figura podemos tirar a equação característica do receptor. Observe que a ddp fornecida ao mesmo, parte dela vai para o funcionamento, e outra parte para os elementos dissipativos. Portanto, a equação característica fica:
   

Imagem 2

 
Observe que o termo na equação referente à dissipação, é a lei de Ohm aplicada na resistência interna do receptor.

Potência e rendimento no receptor


A figura abaixo representa um esquema de um gerador ligado diretamente a um receptor. Apesar dos símbolos dos dois elementos serem muito semelhantes, o gerador é o que apresenta maior força eletromotriz e a corrente nele flui do pólo negativo para o pólo positivo.

Imagem 3

Quando ligamos um receptor a um gerador, não é difícil perceber que a potência útil do gerador, que é aquela que ele lança para o circuito, na verdade será a potencia total do receptor elétrico.&nbsp;


Ao receber essa potência total, o receptor aproveita parte dela para o seu funcionamento normal e essa potência é denominada como potência útil e outra parte é dissipada, e logicamente ela é denominada como potência dissipada.&nbsp;


Observe o quadro abaixo.

Imagem 4

 
Na física, rendimento é a razão entre o que é utilizado pelo total que é recebido, desse modo podemos definir o rendimento no receptor como sendo:

Imagem 5
 É importante assinalar que não existem receptores com rendimento igual a um, ou seja, cem por cento. Em uma situação dessas teríamos toda a energia fornecida a ele sendo usada para o seu funcionamento e nada estaria sendo dissipado. Essa situação é fisicamente impossível, pois sempre haverá uma parcela da energia sendo dissipada.
* Paulo Augusto Bisquolo é professor de física do colégio COC-Santos (SP)


APARELHOS ELETRÔNICOS  
A origem dos aparelhos eletrônicos remonta às pesquisas de Thomas Alva Edison, que em 1883 descobriu o que chamamos hoje de "Efeito Edison", ou efeito termiônico.&nbsp;


Ele demonstrou a formação de uma corrente elétrica fraca no vácuo parcial entre um filamento aquecido e uma placa metálica.&nbsp;


A corrente era unidirecional e cessava se a polaridade do potencial entre o filamento e a chapa fosse invertida.&nbsp;


Ficou comprovado que os transmissores da eletricidade estavam eletrizados. Mais tarde, estes transmissores receberam o nome de elétrons.
O aprendizado sobre o uso correto dos aparelhos elétricos pode ser um ponto muito importante para uma aula de eletricidade, tendo em vista que o professor pode ensinar seus alunos a entender como utilizar corretamente os equipamentos elétricos bem como ligá-los de forma adequada, evitando que estraguem. Por exemplo, se um aparelho que funciona na tensão 220 V for ligado na tensão de 127 V ele não queimará, mas também não funcionará de forma correta.&nbsp;


Caso ocorra o contrário, se o aparelho funciona a 127 V e for ligado numa tensão de 220 V, o aparelho elétrico queimará. Esse mesmo fato ocorre com as lâmpadas, por exemplo. Se a corrente estabelecida nela não for suficiente para aquecer o filamento de tungstênio, a lâmpada brilhará menos e a luz terá tom avermelhado. 

Alguns conceitos são muito importantes para entender o funcionamento dos aparelhos eletrônicos. 

Tensão: simbolizada pela letra V que significa volt, ela especifica a capacidade de energia da rede na qual o aparelho será ligado. 

Freqüência: representada pela letra f é a freqüência da oscilação da rede elétrica na qual o aparelho é ligado. A unidade de freqüência no Sistema Internacional de Unidades é o hertz (HZ). 

Potência: significa o consumo de energia por unidade de tempo e o símbolo é o W que é a unidade de potência no Sistema Internacional de Unidade. 




Por Marco Aurélio da Silva
Equipe Brasil Escola

Referencias:
http://www.if.ufrj.br/teaching/eletronica/texto2.htmlhttp://educador.brasilescola.com/estrategias-ensino/aprendendo-utilizar-os-aparelhos-eletricos.htm


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