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Química ·
Física 3
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Corrente Elétrica Núcleo de Educação a Distância wwwunigranriocombr Rua Prof José de Souza Herdy 1160 25 de Agosto Duque de Caxias RJ Reitor Arody Cordeiro Herdy PróReitor de Administração Acadêmica Carlos de Oliveira Varella PróReitor de Pesquisa e PósGraduação Emilio Antonio Francischetti Produção Fábrica de Soluções Unigranrio Desenvolvimento do material Giselle Faur Copyright 2018 Unigranrio Nenhuma parte deste material poderá ser reproduzida transmitida e gravada por qualquer meio eletrônico mecânico por fotocópia e outros sem a prévia autorização por escrito da Unigranrio PróReitora de Ensino de Graduação Virginia Genelhu de Abreu Francischetti PróReitora de PósGraduação Lato Sensu e Extensão Nara Pires Sumário Corrente Elétrica Objetivo 04 Introdução 05 1 Corrente Elétrica 06 11 Sentido da Corrente 09 12 Tipos de Corrente 09 2 Densidade de Carga 11 Síntese 12 Referências 13 Objetivo Assimilar os conceitos de corrente elétrica e densidade de corrente 4 Física III Introdução Nesta unidade vamos discutir a física das cargas em movimento a corrente elétrica Os conceitos físicos apresentados aqui têm seus efeitos percebidos em vários momentos ao ligarmos um aparelho eletrodoméstico o chuveiro elétrico o computador ou o celular Esses conceitos explicam o funcionamento dos circuitos elétricos e a razão pela qual alguns materiais conduzem corrente elétrica melhor que outros Já pensou como você consegue usar tantos aparelhos elétricos em sua casa ao mesmo tempo Por que a lâmpada acende emitindo luz quando ligamos o interruptor Como a energia elétrica chega em sua casa e como ela é cobrada na conta de luz Vamos pensar juntos sobre essas questões nesta unidade 5 Física III 1 Corrente Elétrica Antes de introduzirmos o conceito de corrente elétrica vamos definir o conceito de capacitância Um capacitor é um aparelho eletrônico constituído por dois condutores isolados por um isolante entre eles com função de armazenar energia elétrica Um capacitor de placas paralelas tem placas feitas de material condutor que contém cargas de mesmo valor e sinais opostos q e q As placas são superfícies equipotenciais ou seja todos os pontos de uma placa estão no mesmo potencial elétrico configurando uma diferença de potencial entre elas Dizemos que a carga total do capacitor é q que é o valor absoluto da carga de uma das placas HALLIDAY et al 2016 A relação entre a carga do capacitor e sua diferença de potencial é dada por q CV onde C é a constante de proporcionalidade chamada Capacitância do capacitor Assim a capacitância mede a quantidade de carga necessária para produzir determinada diferença de potencial A unidade da Capacitância é Coulomb por Volt CV ou farad F Garrafa de Leyden A Garrafa de Leyden foi o primeiro capacitor um dispositivo que armazena cargas elétricas Foi construída por Pieter Van Musschenbroeck 16921761 um professor da Universidade de Leyden na Holanda e utilizada nas primeiras experiências sobre cargas elétricas Até então não era possível armazenar carga elétrica Ainda hoje essas garrafas são utilizadas para demonstrações de eletrostática em laboratórios de física Para saber mais sobre a Garrafa de Leyden sugerimos a leitura do artigo indicado Saiba Mais Leia mais 6 Física III Voltemos à corrente elétrica Para tratar do conceito de corrente elétrica precisamos entender que os condutores metálicos são constituídos por elétrons que se movimentam de forma desordenada no material eles são os chamados elétrons livres Esses elétrons estão na última camada de energia do átomo a que estão ligados podendo transitar de um átomo ao outro com certa facilidade Esse tipo de material é por isso um bom condutor elétrico Quando esses elétrons são colocados em movimento ordenado dizemos que há corrente elétrica Assim definimos corrente elétrica como o conceito físico associado ao fluxo ordenado de cargas através de uma superfície Vamos nos debruçar sobre o estudo de corrente de elétrons em condutores metálicos como fio de cobre por exemplo A corrente está associada ao fluxo de elétrons livres nesse condutor quando há entre suas extremidades uma diferença de potencial gerada por uma bateria Essa diferença de potencial existente é a responsável pelo movimento ordenado dos elétrons livres no condutor Observe a figura a seguir Figura 1 Campo elétrico no interior de um fio Fonte Wikimedia Quando as extremidades de um fio metálico como fio de cobre são ligadas aos polos de uma bateria aparece uma diferença de potencial entre os pontos do fio Há então campo elétrico no interior do fio que faz com que cargas elétricas se movam preferencialmente em um sentido gerando a corrente Expressamos a corrente pela seguinte relação dq i dt onde dq é a carga que atravessa a seção reta de um condutor em um intervalo de tempo dt Note que a corrente elétrica é uma grandeza escalar 7 Física III dq dt Figura 2 Corrente elétrica Fonte Wikimedia A carga que passa pelo plano da seção entre os instantes 0 e t é então t q dq idt 0 Considerando que após um pequeno intervalo de tempo o movimento das cargas se torna constante a corrente entra em regime estacionário e é a mesma em qualquer seção do condutor uma vez que a carga é conservada Se a corrente não depende do tempo podemos escrever q i t A figura a seguir representa um condutor atravessado por uma corrente i que se divide ao chegar no que chamamos nó i i2 nó i1 Figura 3 Condutor atravessado por uma corrente Fonte Do autor Como a carga é conservada podemos escrever a seguinte relação i i1 i2 8 Física III A unidade de corrente no Sistema Internacional é o Coulomb por segundo ou Ampère A Sendo a unidade de corrente o Coulomb por segundo temos que um coulomb é a carga elétrica que passa por segundo por uma seção transversal de um condutor se percorrido por uma corrente elétrica contínua e constante de intensidade 1 ampere 11 Sentido da Corrente Representamos o sentido da corrente elétrica ou seja o sentido em que as cargas estão se movendo por uma seta Por convenção as setas indicam o sentido em que portadores de carga positivos se moveriam mesmo que os portadores sejam negativos e se movam no sentido oposto Figura 4 Representação do sentido em que as cargas se movem constituindo a corrente elétrica Fonte Wikimedia 12 Tipos de Corrente Podemos classificar a corrente elétrica em dois tipos quanto o sentido de propagação O primeiro tipo é a Corrente Contínua representada por CC que é o fluxo de cargas em um único sentido por ser produzida por pilhas e baterias O segundo tipo é a Corrente Alternada representada por CA que é um fluxo oscilante de cargas que muda de sentido de propagação Esse tipo de corrente é produzido por usinas geradoras de energia elétrica Importante 9 Física III Corrente Contínua i A t s Corrente Alternada i A t s Figura 5 Representação das correntes Contínua e Alternada Fonte Wikimedia Benjamin Franklin é conhecido como o inventor da eletricidade Realizou diversos experimentos entre eles o que envolveu uma pipa em meio a uma tempestade de raios defendendo a hipótese de que as tempestades são um fenômeno elétrico Esse evento resultou na construção do pararaios Sugerimos a leitura deste artigo para você conhecer um pouco mais acerca das contribuições de Benjamin Franklin Saiba Mais Leia mais 10 Física III 2 Densidade de Carga A densidade de corrente está associada ao fluxo de carga através de uma seção reta em uma parte do material e não na corrente total em um condutor A densidade de corrente é representada por e tem a mesma direção e o mesmo sentido da velocidade das cargas que constituem a corrente se as cargas forem positivas Determinamos a densidade de corrente pela razão entre corrente e área do elemento da seção reta Sendo o vetor área do elemento perpendicular ao elemento podemos escrever i J dA Se a corrente for uniforme e paralela a também será e podemos reescrever a equação acima como i JdA J dA JA i J A A unidade de densidade de corrente no SI será Am2 Já sabemos que o campo elétrico pode ser representado por linhas de campo De maneira análoga a densidade de corrente elétrica também pode ser representada pelo que chamamos de linhas de corrente O espaçamento entre as linhas é inversamente proporcional à densidade de corrente ou seja quanto mais afastadas menor é a densidade e quanto mais próximas umas das outras maior é a densidade de corrente Lembrese de que a quantidade de carga e consequentemente a quantidade de corrente não se alteram em virtude da conservação da carga elétrica Importante 11 Física III Síntese Nesta unidade aprendemos sobre o conceito de Capacitância representado por C e definido pela equação Vimos que corrente elétrica é uma grandeza escalar associada ao fluxo de elétrons que atravessa um condutor quando há entre suas extremidades uma diferença de potencial gerada por uma bateria e que ela é representada por i e definida pela equação i Pela conservação de carga temos que a corrente elétrica total é igual à soma das correntes divididas por um nó e por convenção o sentido da corrente elétrica é dado pelo movimento de cargas positivas Por fim vimos que a corrente elétrica i é uma grandeza escalar associada à densidade de corrente J que é uma grandeza vetorial e que a relação entre i e J é dada pela equação 12 Física III Referências HALLIDAY David RESNICK Robert WALKER Jearl Fundamentos de física eletromagnetismo Vol 3 10 ed Rio de Janeiro LTC 2016 HOJE NA HISTÓRIA Benjamin Franklin inventou o pararaios Disponível em httpsseuhistorycomhojenahistoriabenjaminfranklininventou opararaio Acesso em 01 de ago 2018 É inventada a Garrafa de Leiden o primeiro tipo de capacitor Disponível em httpsseuhistorycomhojenahistoriaeinventada garrafadeleidenoprimeirotipodecapacitor Acesso em 01 de ago 2018 13 Física III
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
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Corrente Elétrica Núcleo de Educação a Distância wwwunigranriocombr Rua Prof José de Souza Herdy 1160 25 de Agosto Duque de Caxias RJ Reitor Arody Cordeiro Herdy PróReitor de Administração Acadêmica Carlos de Oliveira Varella PróReitor de Pesquisa e PósGraduação Emilio Antonio Francischetti Produção Fábrica de Soluções Unigranrio Desenvolvimento do material Giselle Faur Copyright 2018 Unigranrio Nenhuma parte deste material poderá ser reproduzida transmitida e gravada por qualquer meio eletrônico mecânico por fotocópia e outros sem a prévia autorização por escrito da Unigranrio PróReitora de Ensino de Graduação Virginia Genelhu de Abreu Francischetti PróReitora de PósGraduação Lato Sensu e Extensão Nara Pires Sumário Corrente Elétrica Objetivo 04 Introdução 05 1 Corrente Elétrica 06 11 Sentido da Corrente 09 12 Tipos de Corrente 09 2 Densidade de Carga 11 Síntese 12 Referências 13 Objetivo Assimilar os conceitos de corrente elétrica e densidade de corrente 4 Física III Introdução Nesta unidade vamos discutir a física das cargas em movimento a corrente elétrica Os conceitos físicos apresentados aqui têm seus efeitos percebidos em vários momentos ao ligarmos um aparelho eletrodoméstico o chuveiro elétrico o computador ou o celular Esses conceitos explicam o funcionamento dos circuitos elétricos e a razão pela qual alguns materiais conduzem corrente elétrica melhor que outros Já pensou como você consegue usar tantos aparelhos elétricos em sua casa ao mesmo tempo Por que a lâmpada acende emitindo luz quando ligamos o interruptor Como a energia elétrica chega em sua casa e como ela é cobrada na conta de luz Vamos pensar juntos sobre essas questões nesta unidade 5 Física III 1 Corrente Elétrica Antes de introduzirmos o conceito de corrente elétrica vamos definir o conceito de capacitância Um capacitor é um aparelho eletrônico constituído por dois condutores isolados por um isolante entre eles com função de armazenar energia elétrica Um capacitor de placas paralelas tem placas feitas de material condutor que contém cargas de mesmo valor e sinais opostos q e q As placas são superfícies equipotenciais ou seja todos os pontos de uma placa estão no mesmo potencial elétrico configurando uma diferença de potencial entre elas Dizemos que a carga total do capacitor é q que é o valor absoluto da carga de uma das placas HALLIDAY et al 2016 A relação entre a carga do capacitor e sua diferença de potencial é dada por q CV onde C é a constante de proporcionalidade chamada Capacitância do capacitor Assim a capacitância mede a quantidade de carga necessária para produzir determinada diferença de potencial A unidade da Capacitância é Coulomb por Volt CV ou farad F Garrafa de Leyden A Garrafa de Leyden foi o primeiro capacitor um dispositivo que armazena cargas elétricas Foi construída por Pieter Van Musschenbroeck 16921761 um professor da Universidade de Leyden na Holanda e utilizada nas primeiras experiências sobre cargas elétricas Até então não era possível armazenar carga elétrica Ainda hoje essas garrafas são utilizadas para demonstrações de eletrostática em laboratórios de física Para saber mais sobre a Garrafa de Leyden sugerimos a leitura do artigo indicado Saiba Mais Leia mais 6 Física III Voltemos à corrente elétrica Para tratar do conceito de corrente elétrica precisamos entender que os condutores metálicos são constituídos por elétrons que se movimentam de forma desordenada no material eles são os chamados elétrons livres Esses elétrons estão na última camada de energia do átomo a que estão ligados podendo transitar de um átomo ao outro com certa facilidade Esse tipo de material é por isso um bom condutor elétrico Quando esses elétrons são colocados em movimento ordenado dizemos que há corrente elétrica Assim definimos corrente elétrica como o conceito físico associado ao fluxo ordenado de cargas através de uma superfície Vamos nos debruçar sobre o estudo de corrente de elétrons em condutores metálicos como fio de cobre por exemplo A corrente está associada ao fluxo de elétrons livres nesse condutor quando há entre suas extremidades uma diferença de potencial gerada por uma bateria Essa diferença de potencial existente é a responsável pelo movimento ordenado dos elétrons livres no condutor Observe a figura a seguir Figura 1 Campo elétrico no interior de um fio Fonte Wikimedia Quando as extremidades de um fio metálico como fio de cobre são ligadas aos polos de uma bateria aparece uma diferença de potencial entre os pontos do fio Há então campo elétrico no interior do fio que faz com que cargas elétricas se movam preferencialmente em um sentido gerando a corrente Expressamos a corrente pela seguinte relação dq i dt onde dq é a carga que atravessa a seção reta de um condutor em um intervalo de tempo dt Note que a corrente elétrica é uma grandeza escalar 7 Física III dq dt Figura 2 Corrente elétrica Fonte Wikimedia A carga que passa pelo plano da seção entre os instantes 0 e t é então t q dq idt 0 Considerando que após um pequeno intervalo de tempo o movimento das cargas se torna constante a corrente entra em regime estacionário e é a mesma em qualquer seção do condutor uma vez que a carga é conservada Se a corrente não depende do tempo podemos escrever q i t A figura a seguir representa um condutor atravessado por uma corrente i que se divide ao chegar no que chamamos nó i i2 nó i1 Figura 3 Condutor atravessado por uma corrente Fonte Do autor Como a carga é conservada podemos escrever a seguinte relação i i1 i2 8 Física III A unidade de corrente no Sistema Internacional é o Coulomb por segundo ou Ampère A Sendo a unidade de corrente o Coulomb por segundo temos que um coulomb é a carga elétrica que passa por segundo por uma seção transversal de um condutor se percorrido por uma corrente elétrica contínua e constante de intensidade 1 ampere 11 Sentido da Corrente Representamos o sentido da corrente elétrica ou seja o sentido em que as cargas estão se movendo por uma seta Por convenção as setas indicam o sentido em que portadores de carga positivos se moveriam mesmo que os portadores sejam negativos e se movam no sentido oposto Figura 4 Representação do sentido em que as cargas se movem constituindo a corrente elétrica Fonte Wikimedia 12 Tipos de Corrente Podemos classificar a corrente elétrica em dois tipos quanto o sentido de propagação O primeiro tipo é a Corrente Contínua representada por CC que é o fluxo de cargas em um único sentido por ser produzida por pilhas e baterias O segundo tipo é a Corrente Alternada representada por CA que é um fluxo oscilante de cargas que muda de sentido de propagação Esse tipo de corrente é produzido por usinas geradoras de energia elétrica Importante 9 Física III Corrente Contínua i A t s Corrente Alternada i A t s Figura 5 Representação das correntes Contínua e Alternada Fonte Wikimedia Benjamin Franklin é conhecido como o inventor da eletricidade Realizou diversos experimentos entre eles o que envolveu uma pipa em meio a uma tempestade de raios defendendo a hipótese de que as tempestades são um fenômeno elétrico Esse evento resultou na construção do pararaios Sugerimos a leitura deste artigo para você conhecer um pouco mais acerca das contribuições de Benjamin Franklin Saiba Mais Leia mais 10 Física III 2 Densidade de Carga A densidade de corrente está associada ao fluxo de carga através de uma seção reta em uma parte do material e não na corrente total em um condutor A densidade de corrente é representada por e tem a mesma direção e o mesmo sentido da velocidade das cargas que constituem a corrente se as cargas forem positivas Determinamos a densidade de corrente pela razão entre corrente e área do elemento da seção reta Sendo o vetor área do elemento perpendicular ao elemento podemos escrever i J dA Se a corrente for uniforme e paralela a também será e podemos reescrever a equação acima como i JdA J dA JA i J A A unidade de densidade de corrente no SI será Am2 Já sabemos que o campo elétrico pode ser representado por linhas de campo De maneira análoga a densidade de corrente elétrica também pode ser representada pelo que chamamos de linhas de corrente O espaçamento entre as linhas é inversamente proporcional à densidade de corrente ou seja quanto mais afastadas menor é a densidade e quanto mais próximas umas das outras maior é a densidade de corrente Lembrese de que a quantidade de carga e consequentemente a quantidade de corrente não se alteram em virtude da conservação da carga elétrica Importante 11 Física III Síntese Nesta unidade aprendemos sobre o conceito de Capacitância representado por C e definido pela equação Vimos que corrente elétrica é uma grandeza escalar associada ao fluxo de elétrons que atravessa um condutor quando há entre suas extremidades uma diferença de potencial gerada por uma bateria e que ela é representada por i e definida pela equação i Pela conservação de carga temos que a corrente elétrica total é igual à soma das correntes divididas por um nó e por convenção o sentido da corrente elétrica é dado pelo movimento de cargas positivas Por fim vimos que a corrente elétrica i é uma grandeza escalar associada à densidade de corrente J que é uma grandeza vetorial e que a relação entre i e J é dada pela equação 12 Física III Referências HALLIDAY David RESNICK Robert WALKER Jearl Fundamentos de física eletromagnetismo Vol 3 10 ed Rio de Janeiro LTC 2016 HOJE NA HISTÓRIA Benjamin Franklin inventou o pararaios Disponível em httpsseuhistorycomhojenahistoriabenjaminfranklininventou opararaio Acesso em 01 de ago 2018 É inventada a Garrafa de Leiden o primeiro tipo de capacitor Disponível em httpsseuhistorycomhojenahistoriaeinventada garrafadeleidenoprimeirotipodecapacitor Acesso em 01 de ago 2018 13 Física III