Elétrica - Física
Autor: Douglas | Publicado: 2011-06-28T12:36:00-03:00

Trabalho no campo elétrico 
Esse trabalho é considerado uma variação da energia potencial elétrica,  ou seja, isso ocorre quando uma carga se desloca de um lugar para outro.  Como já vimos nos capítulos anteriores, a unidade de medida usada na  energia potencial é o joule. 
É importante sabermos que em um campo eletrostatico, ou seja, ou seja em  um campo de forças conservativas, o trabalho que não é dependente da  trajetória .
Para calculamos o trabalho, usamos a seguinte equação:

Teorema da energia cinética&nbsp;
De acordo com este teorema, todos os trabalhos da força que agem sobre  as cargas de prova (q), sempre será igual à variação da energia cinética  deste trabalho. Vejamos a equação:

Caso particular importante
Onde á carga deslocada do repouso em A e, depois de ser transportada através do operador, é novamente situada em repouso em B.












Campo ElétricoAssim como a Terra tem um campo gravitacional, uma carga Q também tem um campo que pode influenciar as cargas de prova q nele colocadas. E usando esta analogia, podemos encontrar:Desta forma, assim como para a intensidade do campo gravitacional, a intensidade do campo elétrico (E) é definido como o quociente entre as forças de interação das cargas geradora do campo (Q) e de prova (q) e a própria carga de prova (q), ou seja: Chama-se Campo Elétrico o campo estabelecido em todos os pontos do espaço sob a influência de uma carga geradora de intensidade Q, de forma que qualquer carga de prova de intensidade q fica sujeita a uma força de interação (atração ou repulsão) exercida por Q.Já uma carga de prova, para  os fins  que nos interessam, é definida como um corpo puntual de carga elétrica  conhecida, utilizado para detectar a existência de um campo elétrico,  também possibilitando o cálculo de sua intensidade.
Vetor Campo ElétricoVoltando à analogia com o campo gravitacional  da Terra, o campo elétrico é definido como um vetor com mesma direção do  vetor da força de interação entre a carga geradora Q e a carga de prova q e com mesmo sentido  se q&gt;0 e sentido oposto se q&lt;0. Ou seja: A unidade adotada pelo SI para o campo elétrico é o N/C (Newton por coulomb).Interpretando esta unidade podemos concluir que  o campo elétrico descreve o valor da força elétrica que atua por  unidade de carga, para as cargas colocadas no seu espaço de atuação.
O campo elétrico pode ter pelo menos quatro  orientações diferentes de seu vetor devido aos sinais de interação entre  as cargas, quando o campo é gerado por apenas uma carga, estes são: 

             Quando a carga de prova tem sinal  negativo (q&lt;0), os vetores força e campo elétrico têm mesma direção,  mas sentidos opostos, e quando a carga de prova tem sinal positivo  (q&gt;0), ambos os vetores têm mesma direção e sentidoJá quando a carga geradora do campo tem  sinal positivo (Q&gt;0), o vetor campo elétrico tem sentido de  afastamento das cargas e quando tem sinal negativo (Q&lt;0), tem sentido  de aproximação, sendo que isto não varia com a mudança do sinal das  cargas de provas.            

Quando uma única partícula é responsável por  gerar um campo elétrico, este é gerado em um espaço que  a circunda,  embora não esteja presente no ponto onde a partícula é encontrada.
Campo elétrico gerado por mais do que uma partícula eletrizada.Quando duas ou mais cargas estão próximas o  suficiente para que os campos gerados por cada uma se interfiram, é  possível determinar um campo elétrico resultante em um ponto desta  região.Para isto, analisa-se isoladamente a influência de cada um dos campos gerados sobre um determinado ponto.Por exemplo, imaginemos duas cargas postas arbitrariamente em um ponto A e outro B, com cargas  e , respectivamente. Imaginemos também um ponto P sob a influência dos campos gerados pelas duas cargas simultaneamente.O vetor do campo elétrico resultante será dado pela soma dos vetores  e  no ponto P. Como ilustram os exemplos a seguir:Como as duas cargas geradoras do campo têm  sinal positivo, cada uma delas gera um campo divergente (de  afastamento), logo o vetor resultante terá módulo igual à subtração  entre os valores dos vetores e direção e sentido do maior valor  absoluto. Assim como no exemplo anterior, ambos os campos  elétricos gerados são divergentes, mas como existe um ângulo formado  entre eles, esta soma vetorial é calculada através de regra do  paralelogramo, ou seja, traçando-se o vetor soma dos dois vetores, tendo  assim o módulo direção e sentido do vetor campo elétrico resultante.
Como ambas as cargas que geram o campo tem  sinais negativos, cada componente do vetor campo resultante é  convergente, ou seja, tem sentido de aproximação. O módulo, a direção e o  sentido deste vetor são calculados pela regra do paralelogramo, assim  como ilustra a figura. Neste exemplo, as cargas que geram o campo  resultante têm sinais diferentes, então um dos vetores converge em  relação à sua carga geradora () e outro diverge ().Então podemos generalizar esta soma vetorial para qualquer número finito de partículas, de modo que: 
Linhas de forçaEstas linhas são a representação geométrica  convencionada para indicar a presença de campos elétricos, sendo  representadas por linhas&nbsp; que tangenciam os vetores campo elétrico  resultante em cada ponto, logo, jamais se cruzam. Por convenção, as  linhas de força têm a mesma orientação do vetor campo elétrico, de modo  que para campos gerados por cargas positivas as linhas de força são  divergentes (sentido de afastamento)&nbsp; e campos gerados por cargas  elétricas negativas são representados por linhas de força convergentes  (sentido de aproximação).Quando se trabalha com cargas geradoras sem dimensões, as linhas de força são representadas radialmente, de modo que:

Densidade Superficial de cargasUm corpo em equilíbrio eletrostático, ou seja,  quando todos possíveis responsáveis por sua eletrização acomodam-se em  sua superfície, pode ser caracterizado por sua densidade superficial  média de cargas , que por definição é o resultado do quociente da carga elétrica Q, pela área de sua superfície A.Sendo sua unidade adotada no SI o C/m².Observe que para cargas negativas a densidade superficial média de cargas também é negativa, já que a área sempre é positiva.Utiliza-se o termo médio já que dificilmente as  cargas elétricas se distribuem uniformemente por toda a superfície de  um corpo, de modo que é possível  constatar que o módulo desta densidade  é inversamente proporcional ao seu raio de curvatura, ou seja, em  objetos pontiagudos eletrizados há maior concentração de carga em sua  extremidade (ponta).
Campo Elétrico Uniforme (CEU) Dizemos que um campo elétrico é uniforme em uma  região quando suas linhas de força são paralelas e igualmente espaçadas  umas das outras, o que implica que seu vetor campo elétrico nesta  região  têm, em todos os pontos, mesma intensidade, direção e sentido.Uma forma comum de se obter um campo elétrico  uniforme é utilizando duas placas condutoras planas e iguais. Se as  placas forem postas paralelamente, tendo cargas de mesma intensidade,  mas de sinal oposto, o campo elétrico gerado entre elas será uniforme.Potencial ElétricoImagine um campo elétrico gerado por uma carga Q, ao ser colocada um carga de prova q em seu espaço de atuação podemos perceber que, conforme a combinação de sinais entre as duas cargas, esta carga q, será atraída ou repelida, adquirindo movimento, e conseqüentemente Energia Cinética.Lembrando da energia cinética estudada em  mecânica, sabemos que para que um corpo adquira energia cinética é  necessário que haja uma energia potencial armazenada de alguma forma.  Quando esta energia está ligada à atuação de um campo elétrico, é  chamada Energia Potencial Elétrica ou Eletrostática, simbolizada por .A unidade usada para a  é o joule (J).Pode-se dizer que a carga geradora produz um campo elétrico que pode ser descrito por uma grandeza chamada Potencial Elétrico (ou eletrostático).De forma análoga ao Campo Elétrico, o potencial  pode ser descrito como o quociente entre a energia potencial elétrica e  a carga de prova q. Ou seja:Logo:A unidade adotada, no SI para o potencial elétrico é o volt (V), em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta, e a unidade designa Joule por coulomb (J/C).Quando existe mais de uma partícula eletrizada  gerando campos elétricos, em um ponto P que está sujeito a todas estes  campos, o potencial elétrico é igual à soma de todos os potenciais  criados por cada carga, ou seja:Uma maneira muito utilizada para se representar   potenciais é através de equipotenciais, que são linhas ou superfícies  perpendiculares às linhas de força, ou seja, linhas que representam um  mesmo potencial.Para o caso particular onde o campo é gerado  por apenas uma carga, estas linhas equipotenciais serão circunferências,  já que o valor do potencial diminui uniformemente em função do aumento  da distância (levando-se em conta uma representação em duas dimensões,  pois caso a representação fosse tridimensional, os equipotenciais seriam  representados por esferas ocas, o que constitui o chamado efeito casca  de cebola, onde quanto mais interna for a casca, maior seu potencial).&nbsp;
Trabalho de uma força elétricaO trabalho   que uma carga elétrica realiza é análogo ao trabalho realizado pelas  outras energias potenciais usadas no estudo de mecânica, ou seja:Se imaginarmos dois pontos em um campo elétrico, cada um deles terá energia potencial dada por:Sendo o trabalho realizado entre os dois pontos:Mas sabemos que, quando a força considerada é a eletrostática, então:
Diferença de potencial entre dois pontosConsidere dois pontos de um campo elétrico, A e  B, cada um com um posto a uma distância diferente da carga geradora, ou  seja, com potenciais diferentes. Se quisermos saber a diferença de  potenciais entre os dois devemos considerar a distância entre cada um  deles.Então teremos que sua tensão ou d.d.p (diferença de potencial) será expressa por U e calculada por:&nbsp;Corrente ElétricaAo se estudarem situações onde as partículas  eletricamente carregadas deixam de estar em equilíbrio eletrostático  passamos à situação onde há deslocamento destas cargas para um  determinada direção e em um sentido, este deslocamento é o que chamamos corrente elétrica.Estas correntes elétricas são responsáveis pela eletricidade considerada utilizável por nós.Normalmente utiliza-se a corrente causada pela  movimentação de elétrons em um condutor, mas também é possível haver  corrente de íons positivos e negativos (em soluções eletrolíticas ou  gases ionizados).A corrente elétrica é causada por uma diferença  de potencial elétrico (d.d.p./ tensão). E ela é explicada pelo conceito  de campo elétrico, ou seja, ao considerar uma carga A positiva e outra  B, negativa, então há um campo orientado da carga A para B. Ao ligar-se  um fio condutor entre as duas os elétrons livres tendem a se deslocar no  sentido da carga positiva, devido ao fato de terem cargas negativas,  lembrando que sinais opostos são atraídos. Desta forma cria-se uma corrente elétrica no fio, com sentido oposto ao campo elétrico, e este é chamado sentido real da corrente elétrica.  Embora seja convencionado que a corrente tenha o mesmo sentido do campo  elétrico, o que não altera em nada seus efeitos (com exceção para o  fenômeno chamado Efeito Hall), e este é chamado o sentido convencional da corrente.Para calcular a intensidade da corrente elétrica (i) na secção transversal de um condutor se considera o módulo da carga que passa por ele em um intervalo de tempo, ou seja:Considerando |Q|=n eA unidade adotada para a intensidade da corrente no SI é o ampère (A), em homenagem ao físico francês Andre Marie Ampère, e designa coulomb por segundo (C/s).Sendo alguns de seus múltiplos:
Continuidade da corrente elétricaPara condutores sem dissipação, a intensidade  da corrente elétrica é sempre igual, independente de sua secção  transversal, esta propriedade é chamada continuidade da corrente elétrica.Isto implica que se houver "opções de caminho"  em um condutor, como por exemplo, uma bifurcação do fio, a corrente  anterior a ela será igual à soma das correntes em cada parte desta  bifurcação, ou seja:&nbsp;Resistência Elétrica Ao aplicar-se uma tensão U, em um condutor  qualquer se estabelece nele uma corrente elétrica de intensidade i.  Para a maior parte dos condutores estas duas grandezas são diretamente  proporcionais, ou seja, conforme uma aumenta o mesmo ocorre à outra.Desta forma: A esta constante chama-se resistência elétrica   do condutor (R), que depende de fatores como a natureza do material.  Quando esta proporcionalidade é mantida de forma linear, chamamos o  condutor de ôhmico, tendo seu valor dado por: Sendo R constante, conforme enuncia a 1ª Lei de Ohm: Para condutores ôhmicos a intensidade da corrente elétrica é diretamente proporcional à tensão (ddp) aplicada em seus terminais.A resistência elétrica também pode ser  caracterizada como a "dificuldade" encontrada para que haja passagem de  corrente elétrica por um condutor submetido a uma determinada tensão. No  SI a unidade adotada para esta grandeza é o ohm (Ω), em homenagem ao físico alemão Georg Simon Ohm.Pode-se também definir uma grandeza chamada Condutância elétrica (G),  como a facilidade que uma corrente tem em passar por um condutor  submetido à determinada tensão, ou seja, este é igual ao inverso da  resistência: E sua unidade, adotada pelo SI é o siemens (S), onde:&nbsp;
Geradores de corrente elétricaA corrente sempre existe enquanto há diferença  de potencial entre dois corpos ligados, por um condutor, por exemplo,  mas esta tem pequena duração quando estes corpos são eletrizados pelos  métodos vistos em eletrostática, pois entram rapidamente em equilíbrio.A forma encontrada para que haja uma diferença  de potencial mais duradoura é a criação de geradores elétricos, que são  construídos de modo que haja tensão por um intervalo maior de tempo.Existem diversos tipos de geradores elétricos, que são caracterizados por seu princípio de funcionamento, alguns deles são:
Geradores luminosos
São sistemas de geração de energia construídos  de modo a transformar energia luminosa em energia elétrica, como por  exemplo, as placas solares feitas de um composto de silício que converte  a energia luminosa do sol em energia elétrica.
Geradores mecânicos      
São os geradores mais comuns e com maior  capacidade de criação de energia. Transformam energia mecânica em  energia elétrica, principalmente através          de magnetismo. É o caso dos geradores encontrados em usinas  hidroelétricas, termoelétricas e termonucleares. 
Geradores químicos
São construídos de forma capaz de converter  energia potencial química em energia elétrica (contínua apenas). Este  tipo de gerador é muito encontrado como baterias e pilhas.
Geradores térmicos      
São aqueles capazes de converter energia térmica em energia elétrica, diretamente.
Quando associados dois, ou mais geradores como  pilhas, por exemplo, a tensão e a corrente se comportam da mesma forma  como nas associações de resistores, ou seja:Associação em série: corrente nominal e tensão é somada.
Associação em paralelo: corrente é somada e tensão nominal.
Corrente contínua e alternadaSe considerarmos um gráfico i x t (intensidade  de corrente elétrica por tempo), podemos classificar a corrente conforme  a curva encontrada, ou seja:
Corrente contínua 
Uma corrente é considerada contínua quando não altera seu sentido, ou seja, é sempre positiva ou sempre negativa.A maior parte dos circuitos eletrônicos  trabalha com corrente contínua, embora nem todas tenham o mesmo  "rendimento", quanto à sua curva no gráfico i x t, a corrente contínua  pode ser classificada por:
Corrente contínua constanteDiz-se que uma corrente contínua é constante,  se seu gráfico for dado por um segmento de reta constante, ou seja, não  variável. Este tipo de corrente é comumente encontrado em pilhas e  baterias.
Corrente contínua pulsanteEmbora não altere seu sentido as correntes  contínuas pulsantes passam periodicamente por variações, não sendo  necessariamente constantes entre duas medidas em diferentes intervalos  de tempo. A ilustração do gráfico acima é um exemplo de corrente contínua constante.Esta forma de corrente é geralmente encontrada em circuitos retificadores de corrente alternada.
Corrente alternada
Dependendo da forma como é gerada a corrente,  esta é invertida periodicamente, ou seja, ora é positiva e ora é  negativa, fazendo com que os elétrons executem um movimento de  vai-e-vem.Este tipo de corrente é o que encontramos  quando medimos a corrente encontrada na rede elétrica residencial, ou  seja, a corrente medida nas tomada de nossa casa.
Tensão Elétrica

Tensão elétrica é a diferença de potencial elétrico  entre dois pontos. Sua unidade de medida é o volt, o nome é homenagem  ao físico italiano Alessandro Volta. Observe que a palavra "voltagem"  não é o termo técnico correto; é um erro usá-la na língua portuguesa. Use sempre o termo tensão elétrica.A tensão elétrica entre dois pontos é definida matematicamente como a integral de linha do campo elétrico:

 Para facilitar o  entendimento do que seja a tensão elétrica pode-se fazer um paralelo  desta com a pressão hidráulica. Quanto maior a diferença de pressão  hidráulica entre dois pontos, maior será o fluxo, caso haja comunicação  entre estes dois pontos. O fluxo (que em eletrodinâmica seria a corrente  elétrica) será assim uma função da pressão hidráulica (tensão elétrica)  e da oposição à passagem do fluido (resistência elétrica). Este é o  fundamento da lei de Ohm, na sua forma para corrente contínua:

 onde:R = Resistência (ohms) 
I = Intensidade da corrente (amperes) 
V = Diferença de potencial ou tensão (volts) 
Em corrente alternada, substitui-se o uso da resistência pela impedância:

 onde:Z = Impedância (ohms) 
Pelo método fasorial, em corrente alternada, todas as variáveis da equação são complexas.Resumindo: "tensão é a força que faz movimentar os elétrons."
Vejamos:&nbsp;
Quando ligamos um condutor de luz em um gerador,  todas as partículas que estão eletrizadas, começam a entrar em  movimento ordenado. É o caso das pilhas de uma lanterna, por exemplo,  que manda energia elétrica para as partículas que á atravessam, com a  ajuda da energia química. Essas partículas que recebem energia se tornam  partículas energizadas, passando pelos condutores, e atravessando a  lâmpada, fazendo com que a luz da lanterna se acenda. Vejamos agora um  exemplo de um circuito elétrico:




Podemos considerar Eel, como energia elétrica, que a partícula  eletrizada com uma quantidade de carga elétrica Q receberá, quando  passar pelo gerador. A partir dessas considerações, podemos definir a  tensão elétrica (U) como uma grandeza que nos permite ver a quantidade  de energia elétrica que o gerador é capaz de liberar para cada uma das  unidades de quantidade de cada carga que passa por ele.
Portanto:

Podemos medir também a energia elétrica em joule (J) e a quantidade da  carga elétrica em Coulomb (C), porém a tensão elétrica virá manifestada  em J/C, denominado volt (V).
Portanto:

Notas:&nbsp;
* É importante lembrarmos que tensão elétrica e diferença de potencial (ddp) são sinônimos, portanto tensão elétrica = ddp. 
Vejamos a função:

* Vejamos agora o símbolo elétrico de um gerador:

* Vejamos o símbolo elétrico d uma lâmpada:

* Vejamos o símbolo elétrico de uma chave interruptora:
                  
Geradores e Receptores Elétricos
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Aparelhos Eletricos

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. 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. 
Fontes:http://alfaconnection.net/http://www.infoescola.com/http://www.colegioweb.com.br/http://educacao.uol.com.br/http://www.slideshare.net/http://www.efeitojoule.com/http://www.sofisica.com.br /http://educador.brasilescola.com/Física 51
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