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1  sur  73
Tensão elétrica, d.d.p., força eletromotriz ou voltagem
A tensão associa-se a energia fornecida a um aparelho qualquer.
Uma carga, ao deslocar-se entre dois pontos no interior de um
condutor, sente a ação de uma força elétrica que realiza um
trabalho sobre essa carga ao deslocá-la. A razão entre esse
trabalho e a carga sobre a qual ele é realizado chama-se d.d.p.
(U = τ /q), tensão elétrica, força eletromotriz (f.e.m.) ou
voltagem. Essa voltagem é consequência do acúmulo de cargas
nos terminais metálicos da pilha ou bateria, que são
denominados de polos positivo e negativo através dos quais é
produzida uma tensão (d.d.p.) cujo valor vem impresso no corpo
desses geradores.
                                     U




                                     U = τ / q (J/C = V) SI
                                     τ = U.q (J) SI
Aparelhos elétricos de uso cotidiano
relho                   tensão         potência          frequência outras

 liquidificador          110/220V      350W               60Hz

 chuveiro              220V            2800/7000W        60Hz

 rádio                 110/220V        6W                60Hz     DC
 6V

 tv                    110/220V        60W               60Hz

 máquina de lavar      110/220V                          60Hz

 roupas

 aspirador de pó                  110/220V        850W           60Hz

 computador             110V                                     60Hz

 lâmpada                110/220V       100W              60Hz     1A

 antena                                                          300
 Ohm
Movimento ordenado dos elétrons livres e sua relação com a
corrente elétrica.
Lâmpadas, ferros elétricos, computadores e eletrodomésticos em geral, só
funcionam quando ligados à fontes de energia (d.d.p.), tais como baterias
ou tomadas. Quando isso é feito se estabelece uma corrente elétrica no
interior desses aparelhos. Em um fio metálico desligado da fonte de
energia, a “nuvem” de elétrons livres move-se desordenadamente pela
rede cristalina. Tal movimento não constitui a corrente elétrica. Quando
ligamos o fio a uma fonte de energia, aparece uma força de natureza
elétrica que ordena o movimento dessa “nuvem”.
(1775 - 1836)


Intensidade de corrente elétrica (Ampère).
         Quando ligamos o interruptor de uma lâmpada, o filamento metálico
no interior do bulbo fica sujeito a uma tensão elétrica (diferença de potencial)
que provoca um fluxo de carga elétrica, de maneira semelhante ao fluxo de
água numa mangueira, provocado por uma diferença de pressão. A
intensidade da corrente elétrica (i) está relacionada ao número de elétrons
livres (n) que são forçados a atravessar um volume infinitesimal imaginário
(A.∆L) transversal ao fio condutor, num determinado intervalo de tempo
(∆T).


                                                A



                                               ∆L
                                    i = n.e / ∆t = |Q| / ∆t (C/s = A)
Corrente elétrica alternada

     Corrente alternada é aquela cujo sentido de movimentação
     da nuvem eletrônica sofre inversões periodicamente.
     No Brasil essa inversão ocorre com um frequência de 60
     ciclos por segundo.
     f = 60 ciclos/segundo = 60 Hertz = 60 Hz

                                 i

                                            1/120   1/60
                                                           t


                                         ciclo
Corrente elétrica contínua

     Corrente contínua é aquela na qual a movimentação
     da nuvem eletrônica não sofre inversões. São contínuas as
     correntes geradas por pilhas e baterias.




 i
Relação entre as correntes elétricas num nó.

Nó é um ponto de um circuito elétrico onde mais
de dois fios condutores estão interliagados.


              i1
                        i3    i1 + i2 = i3 + i4

         i2        nó    i4
Exemplo
1) Determinar a intensidade média de corrente elétrica no intervalo de tempo
de 0 a 4,0 s, conforme o gráfico abaixo. A área do gráfico (ixt) é
numericamente igual à variação de carga elétrica (∆Q).

                            ∆Q = “área” (ixt) trapézio
                            ∆Q = (B+b).h/2
                            ∆Q = (4+2).10/2
                            ∆Q = 30 C
                            i = ∆Q / ∆t = 30/4 = 7,5 A


2) A figura mostra 4 fios condutores interligados no ponto P. Em três desses
fios estão indicados os sentidos (sempre convencional) das correntes elétricas.
Qual a intensidade e o sentido da corrente i4? i1 = 20A, i2 =15A, i3 = 21A.
         i2             i1 + i4 = i2 + i3
    i1        i3        20 + i4 = 15 + 21
                        i4 = 16 A
         i4
Energia elétrica nas residências e sua relação com o KWh
apresentado nas contas de luz.


                                         E = Pot.∆t (W.h)



 Aparelhos elétricos estão quase sempre efetuando transformações de
 energia elétrica em outra forma de energia. Ao ligarmos um aparelho em
 uma fonte de tensão qualquer, as cargas elétricas perdem energia elétrica
 ao passar através dele. Essa energia não desaparece; ela é transferida
 para o aparelho surgindo sob outra forma de energia, que dependerá do
 tipo de aparelho utilizado. A energia elétrica consumida por um aparelho
 ligado durante certo tempo é obtida através do produto da potência pelo
 intervalo de tempo que o aparelho ficou ligado. Assim quanto maior a
 potência de um aparelho, mais rapidamente fará girar o disco do relógio de
 luz, que funciona como um tipo de motor, e mais KWh serão gastos em
 comparação com o mesmo tempo de funcionamento de um aparelho de
 menor potência.
Exemplos
 1)Qual é o consumo de energia, durante um mês, em kWh, de
 um chuveiro de 4000W, que é utilizado meia hora por dia?
E = kWh ? p/ ∆t = 30.0,5h = 15h      E = 4.15
Pot = 4000W = 4kW                    E = 60 kWh

   E = Pot.∆t (W.h)


2) Qual seria o valor da energia encontrada no exercício
anterior em Joule?
 Pot = E /∆t ( J/s = W ) SI

 E = 60 kWh           E = 60000 J . 3600s
 E = 60.1000 J.h                     s
              s       E = 216000000 J
                      E = 2,16.10 8
Em busca de uma relação entre potência (W), corrente (A)
   e tensão (V).

   Pot = E / ∆t (Watt =J/s)              Pot = U.q / ∆t
   W = U.q (Joule – J)                   Pot = U.i.∆t / ∆t
   i = q / ∆t (Ampère = C/s = A)         Pot = U.i

                           Pot = U.i (W) SI

A potência elétrica recebida por um aparelho será tanto maior quanto
maior a tensão à qual ele estiver submetido e quanto maior for a
 orrente elétrica circulando. Uma mesma tensão de 12 V pode,
por exemplo, por em funcionamento uma lâmpada de 12 W ou um
motor de ignição de um automóvel de 2400 W. No entanto, no
primeiro caso teremos uma corrente de 1A, enquanto que no segundo
 aso a corrente seria de 200 A. No primeiro caso, o farol ficaria aceso
por muitas horas, mas a bateria se descarregaria em poucos minutos
 e o motor de partida fosse acionado muitas vezes com o automóvel
 em combustível.
Exemplo:
 m chuveiro submetido a uma tensão U = 220V opera com potência
ot = 4400W. A quantidade de água que passa pelo chuveiro em
ada segundo é igual a 44 g. Sendo o calor específico da água
 =1cal/g°C e adotando 1cal = 4J, calcule:
) a intensidade de corrente no chuveiro;
) a energia consumida pelo chuveiro em 15min de funcionamento,
m J e kWh;
) a temperatura da água ao sair do chuveiro, sabendo que ela entra
ele a 20°C e supondo que toda energia elétrica dissipada seja
ntregue a água.
                       b) E = kWh, J?         c) em cada segundo,
  Pot = 4400W          p/ ∆t = 15min = ¼ h    passam 44 g de água
  U = 220V             E = Pot.∆t             pelo chuveiro, que
  m=44g/s              E = 4400.¼             recebem 4400 J.
  1cal = 4J            E = 1100 Wh            1 cal_____4J
  a) i= A?                                    Q________4400J
                       E = 1,1 kWh            Q = 1100 cal
    Pot = U.i
                                              m.c.∆t = 1100
    i = Pot/U          1kWh______3600000      44.1.(t – 20) = 1100
    i = 4400/220       1,1 kWh____ E          t = 45°C
    i = 20A            E = 39,6.10 5 J
Condução elétrica em distintos materiais,
resistência elétrica e leis de Ohm.
Características dos materiais ditos: isolantes ou
condutores.
Condutor elétrico: é um corpo que possui grande quantidade de
portadores de carga elétrica facilmente movimentáveis, como:




Isolante elétrico: é um corpo que, ao contrário do condutor, não possui
quantidade significativa de portadores de carga elétrica facilmente
movimentáveis (vidro, plástico, mica, porcelana, seda etc.).
Resistência elétrica                                                     George S. Ohm
                                                                        (1787-1854)
                                                                        Físico alemão

Experimentalmente verificou-se que condutores de materiais distintos, quando
submetidos à mesma voltagem, são percorridos por correntes elétricas diferentes,
sendo que aqueles condutores que podem ser percorridos por correntes mais intensas
são, portanto, os de menor resistividade, ou seja, que apresentam menor resistência.



                                           Primeira lei de Ohm
                                           R = U/i (V / A = ohm = Ω)
                                           U – d.d.p ( J/C = voltz =V)
                                           i = corrente (C/s = ampère =A)


                                        Curva característica do resistor ôhmico
                                            U (V)

                                                         U = R.i

                                                           i (A)
Fatores que influenciam na resistência

  • material do qual o condutor é feito
  • características geométricas (comprimento e expessura)
  • temperatura

                            ρ
                                        A



                                        L
                     Segunda lei de Ohm
                     R = ρ.L/A (Ohm =Ω)          Nota:
                     R – Resistência             o inverso
                     ρ– resitividade (Ω.m)       da resistividade
                     L - comprimento (m)         é a condutividade
                     A – área de seção reta (m²) σ = 1/ρ
Utilize a expressão da primeira lei de Ohm para demosntrar que
a potência elétrica pode também ser calculada por mais duas
expressões:
Pot = R.i² ou Pot = U²/R.

   U = W/q (J/C = Volts = V) – tensão, d.d.p., voltagem.
   Q = n.e (Coulomb-C) - carga elétrica.
   Pot = E/∆t = U.i (J/s = Watt = W) – potência elétrica.
   i =n.e/∆t = ∆Q/∆t (C/s = Ampère = A) – corrente elétrica.
   R = U/i (V/A = Ohm = Ω) – Resistência elétrica – 1 a lei de Ohm

    Pot = U.i                     Pot = U.i
    Pot = R.i.i                   Pot = U.U/R
    Pot = R.i²
    [W] = [Ω].[A]²                Pot = U²/R
    [J/s] = [V/A].[A]²
    [J/s] = [J/C.A].[A ]²
    [J/s] = [J.s/C²].[C/s]²
    [J/s] = [J/s]
Ao ler a etiqueta de um aparelho elétrico, com as seguintes
especificações (100V – 40 Ω), Jéssica avaliou a potência do
aparelho como sendo de 250 W. Diga se Jéssica está certa.

    Pot = U.i = U²/R = R.i²
    U = 100 V
    R = 40 Ω

    Pot = 100² / 40
    Pot = 250 W

    Jéssica estava certa.
No projeto de instalação elétrica de uma casa foi utilizado um
fusível de 30 A para protegê-la. A voltagem da residência é 110 V.
Os moradores possuem os seguintes aparelhos eletrodomésticos:
Televisão – 150 W
Chuveiro – 2800 W
Lâmpadas – 60 W
Liquidificador – 250 W
Máquina de lavar roupas – 920 W
Determine quais aparelhos podem ser ligados simultaneamente.
 Potência máxima que a rede aguenta:
 i = 30 A
 U = 110 V
 Pot = U.i
 Pot = 110.30 = 3300 W

 Qualquer combinação que não ultrapasse
 3300 W.
Exemplos

1) Determine a ddp que deve ser aplicada a um resistor de resistência 6
Ω para ser atravessado por uma corrente elétrica de 2A.

  R = 6Ω      U = r.i
  i = 2 A     U = 6.2
  U = ? V     U = 12 V

2) Um chuveiro elétrico é submetido a uma ddp de 220V, sendo percorrido
por uma corrente elétrica de 10A. Qual é a resistência elétrica do
chuveiro?
U = 220 V        R = U/i
i = 10 A         R = 220 / 10
R = Ω            R = 22 Ω
3) Um fio de cobre desencapado tem seção transversal de área A=6,0 mm²
e é percorrido por corrente de intensidade i=30A. O fio encontra-se a 35 0 C
e, nessa temperatura, a resistividade do cobre é ρ=1,8.10-5 Ω.mm.
Considere dois pontos M e N desse fio, separados por 1m. Calcule a
diferença de potencial entre os pontos M e N.

 M                 A                     N


                   L
 A = 6mm²                     U = ρ.L.i/A
 i = 30 A                     U = 1,8.10 -5 .1000.30/6
 ρ = 1,8.10 -5 Ω.mm           U = 9.10 -2 V
 L = 1 m = 1000 mm
 U M,N = ? V

 U = R.i
 R = ρ.L/A
Circuítos elétricos e medidores elétricos.



                                i        i2   i4

                                    i1   i3   i4
        i




                            i
    i

Série                                          Paralelo
É comum o uso de associações em série e em paralelo entre pequenos
resistores em circuitos elétricos de aparelhos eletrônicos, como rádios e
televisores. Como, normalmente, esses resistores têm valores
padronizados é comum colocar vários desses resistores em série, de
forma que a resistência equivalente aumente e reduza a corrente elétrica a
medida requerida ou, então, colocá-los em paralelo a fim de diminuir a
resistência equivalente e aumentar a corrente elétrica.




Cálculo para o resistor equivalente
da associação em série:
   U = U 1 +U 2 +…+U n
   i = i 1 =i 2 =i n
   U = R.i                                R eq = R 1 +R 2 +…+R n
   R.i = R 1 .i+R 2 .i+…+R n .i
Exemplo 1:

             R eq = 1,5+1,5+1,5+1,5
             R eq = 6Ω

                          = 6Ω


                          =12V


             U=R eq .i
             i = U/R eq
             i = 12/6
   i         i = 2A
Cálculo para o resistor equivalente da associação em
paralelo.


                     U=U 1 =U 2 =U n
                     i= i 1 +i 2 +...+i n
                     U=R.i
                     U/R eq =U 1 /R 1 +U 2 /R 2 +...+U n /R n
                     1/R eq =1/R 1 +1/R 2 +....+1/R n
                 Dicas:
                 1. Para n resistores (R) iguais:
                 R eq = R/n

                 2.Dupla: Produto pela soma.
                 R eq = R 1 .R 2 /R 1 +R 2
Exemplo 2:            R eq = R 2 .R 3 /R 2 +R 3
                          R eq = 10.20 / 10+20
                          R eq = 200 / 30 = 20/3
                          R eq ≈6,7Ω
     i        i2   i4     R’ eq =6,7.5/11,7
                          R’ eq ≈2,9Ω
         i1   i3   i4
                          Note que a resistência
                          equivalente é menor do
                          que a menor resistência
                          da associação.
                           i = U/R
                           i 1 = 12/5 = 2,4A
                   6,7Ω    i 3 =12/10 = 1,2A
i
                           i 4 = 12/20 = 0,6A
                           i 2 = i 3 +i 4 = 1,2+0,6 = 1,8A
                           i = i 1 +i 2 =2,4+1,8 = 4,2A
Exemplo 3:                     U = R eq .i
                               i = U/R eq
             iB                i = 3/5
                               i = 0,6 A
     i       ic
                  i           U D = R.i
                          i
             ic               U D = 2.0,6 = 1,2V
                              U A = U D = 1,2V
         i
                              U c = R B,C .i
                              U c = 1.0,6 = 0,6V
                               i = i B +i C
                               como R B =R C e
                               U B =U c temos:
 i                             i B =i C =i/2 = 0,6/2
                      i
                               i B =i C = 0,3A
Curto-circuito
Dizemos que dois pontos estão em curto-circuito
quando existe um condutor ideal (R=0) conectado
entre eles. Nesse caso a d.d.p. entre esses dois pontos
é igual a zero.


                   x     y

                             K


  Caso o fio conectado entre os pontos x e y tenha
  resistência nula, quando a chave K for fechada a
  lâmpada C permanecerá apagada.
Exemplo 4:
Fuvest-SP Dispondo de pedaços de fios e 3
resistores de mesma resistência, foram montadas as
conexões apresentadas abaixo. Dentre essas,
aquela que apresenta a maior resistência elétrica
entre seus terminais é:
                    a) Req = R/3

                    b) Req = 0

                    c) Req = R +R/2 = 3R/2

                    d) Req = 2R.R/2R+R = 2R/3

                    e) Req=0
Exemplo 5:
Na montagem esquematizada na figura, temos três
resistores de resistências R1 = 100 Ohm, R2 = 30 Ohm,
R3 = 60 Ohm, um reostato R4 e um fio ideal F.
Determine a resistência equivalente entre os terminais
A e B, quando o reostato estiver ajustado em 80 Ohm.

     A            C
           B            B
     A           C
R1 = 100 Ohm; R2 = 30 Ohm
R3 = 60 Ohm; R4 = 80 Ohm
 R 2,3 = 30.60/30+60 (Paralelo)
 R 2,3 = 1800/90 = 20 Ω
R 4,3,2 = R 4 +R 2,3 (série)
R 4,3,2 = 80+20 = 100 Ω




R 1 = 100 Ω
R A,B = 100/2 = 50 Ω
“Geradores” de energia elétrica
Características do Gerador

       Entre seus terminais existe uma d.d.p. conhecida
       como força eletromotriz (f.e.m.).

       Quando percorrido por uma corrente elétrica a d.d.p.
       em seus terminais torna-se menor que a f.e.m., pois
       há dissipação de energia na resistência interna do gerador.
Equação do Gerador
                           U = ε - r.i
                     U – d.d.p. aproveitada (V)
                     ε – d.d.p. gerada (f.e.m.) (V)
                     r.i - d.d.p. dissipada. (V)

                     Nota: U = R.i

                     Corrente no circuito:
                     R.i = ε - r.i
                     i = ε / (R+r) (Lei de Pouillet)
Curva característica do gerador e
corrente de curto-circuito (icc)
                                    U = ε - r.i
                                    R.i = ε - r.i
                                    0.i = ε - r.i
                                    icc = ε / r
Gerador em circuito aberto


                             U = ε - r.i
                             U = ε - r.0
                             U=ε
Potências (W) elétricas no gerador

    Potência útil : Potu = U.i

    Potência perdida: Potd = r.i²

    Potência total: Pott = Potu + Potd
                   Pott = U.i + r.i²
                   Pott = (ε – r.i).i + r.i²
                   Pott = ε .i

    Rendimento: η = Potu / Pott = U / ε
Nota:
Máxima transferência de potência
 Potu = U.i = (ε – r.i).i
 Potu = ε.i – r.i² (equação do 2° grau)
 Note que:
 Para o gerador em circuito aberto (i=0) – Potu = 0
 Para o gerador em curto-circuito (i = icc = ε / r ) – Potu = 0
Corrente para Potumáx : i = icc / 2; icc = ε / r
                             i = ε / 2r
 D.D.P. para Potumáx : U = ε – r.i = ε – r.ε /2r
                          U=ε /2

                               Resistência (R) ligada ao gerador para Potumáx :
                               U = ε – r.i
                               R.i = ε – r.i
                               i = ε / (R + r)
                               ε/ 2r = ε / (R + r)
                               R + r = 2r
                               R=r
Rendimento para Potumáx:
η= U / ε = ε / 2.ε
η = 0,5

Note que, para máxima transferência de potência, o gerador tem um rendimento
de 50%.
Associação de geradores:
Associação de geradores:
Receptores de energia elétrica
Lembrar
Equação do Gerador

                           U = ε - r.i
                     U – d.d.p. aproveitada (V)
                     ε – d.d.p. gerada (f.e.m.) (V)
                     r.i - d.d.p. dissipada. (V)

                     Nota: U = R.i

                     Corrente no circuito:
                     R.i = ε - r.i
                     i = ε / (R+r) (Lei de Pouillet)
Características do Receptor

       Entre seus terminais existe uma d.d.p. conhecida
       como força contra eletromotriz (f.c.e.m.).

       Quando percorrido por uma corrente elétrica a d.d.p.
       em seus terminais é maior que a f.c.e.m., pois
       há dissipação de energia na resistência interna do receptor.
Equação do Receptor
                                       U = ε× + r´.i
                               U – d.d.p. que chega (V)
                               ε´ – d.d.p. aproveitada (f.c.e.m.) (V)
                               r´.i - d.d.p. dissipada. (V)

                               Nota: U = ε - r.i

                               Corrente no circuito:
                               ε – r.i = ε× + r´.i
                               i = (ε – ε×) / (r´+ r)

 Note que a corrente elétrica (i) tem sentido (-) para (+) no interior do
 gerador, e de (+) para (-) no interior do receptor.
Curva característica do receptor




                              Note que quando U
                              aumenta i também
                              aumenta, e que quando
                              i = 0 U = ε×.
Leis de Kirchhoff


 A lei de Pouillet permite determinar a intensidade
  de corrente num circuito simples. Quando o
  circuito não pode ser reduzido a um circuito         (1824 – 1887)
  simples, para a determinação de todas as
  intensidades de corrente elétrica recorre-se às
  chamadas leis de Kirchhoff: lei dos nós e lei das
  malhas.

 A lei dos nós e a lei das malhas
são utilizadas para determinar
a distribuição da corrente nos
circuitos elétricos.
Considere uma rede elétrica constituída de dois geradores, (E1, r1) e (E2, r2), de um
receptor, (E3, r3), e de resistores de resistências elétricas, R1, R2 e R3.




Numa rede elétrica chama-se nó o ponto no qual a corrente elétrica se divide. No
exemplo dado, B e E são nós. Os trechos de circuito entre dois nós consecutivos são
denominados ramos. Na rede elétrica dada, os ramos são três:
BAFE, BE e BCDE.

Qualquer conjunto de ramos formando um percurso fechado recebe o nome de malha.
No circuito em questão as malhas são: ABEFA, BCDEB e ABCDEFA.
A cada ramo do circuito atribuímos um sentido de corrente elétrica. Esse sentido,
embora arbitrário, deve ser coerente com o elemento de circuito do ramo. Sendo
gerador, a corrente entra pelo terminal negativo e, sendo receptor, pelo positivo.




                                      Primeira lei




                                   i3 = i2 + i1
Segunda Lei




VA – R1.i1 + r2.i2 – E2 - R2.i1 + E1 – r1.i1 = VA
 -R1.i1 + r2.i2 – E2 - R2.i1 + E1 – r1.i1 = 0
Energia elétrica e Potência elétrica

                                      E = Pot.∆t (W.h)


Energia elétrica nas residências e sua relação com o KWh apresentado
nas contas de luz.
Aparelhos elétricos estão quase sempre efetuando transformações de
energia elétrica em outra forma de energia. Ao ligarmos um aparelho em
uma fonte de tensão qualquer, as cargas elétricas perdem energia elétrica
ao passar através dele. Essa energia não desaparece; ela é transferida
para o aparelho surgindo sob outra forma de energia, que dependerá do
tipo de aparelho utilizado. A energia elétrica consumida por um aparelho
ligado durante certo tempo é obtida através do produto da potência pelo
intervalo de tempo que o aparelho ficou ligado. Assim quanto maior a
potência de um aparelho, mais rapidamente fará girar o disco do relógio de
luz, que funciona como um tipo de motor, e mais KWh serão gastos em
comparação com o mesmo tempo de funcionamento de um aparelho de
menor potência.
Exemplos
 1)Qual é o consumo de energia, durante um mês, em kWh, de
 um chuveiro de 4000W, que é utilizado meia hora por dia?
E = kWh ? p/ ∆t = 30.0,5h = 15h      E = 4.15
Pot = 4000W = 4kW                    E = 60 kWh

   E = Pot.∆t (W.h)


2) Qual seria o valor da energia encontrada no exercício
anterior em Joule?
 Pot = E /∆t ( J/s = W ) SI

 E = 60 kWh           E = 60000 J . 3600s
 E = 60.1000 J.h                      s
              s       E = 216000000 J         Nota:
                      E = 2,16.10 8 J         1kWh = 3,6.10 6 J
Em busca de uma relação entre potência (W), corrente (A)
   e tensão (V).

   Pot = E / ∆t (Watt =J/s)              Pot = U.q / ∆t
   W = U.q (Joule – J)                   Pot = U.i.∆t / ∆t
   i = q / ∆t (Ampère = C/s = A)         Pot = U.i

                           Pot = U.i (W) SI

A potência elétrica recebida por um aparelho será tanto maior quanto
maior a tensão à qual ele estiver submetido e quanto maior for a
 orrente elétrica circulando. Uma mesma tensão de 12 V pode,
por exemplo, por em funcionamento uma lâmpada de 12 W ou um
motor de ignição de um automóvel de 2400 W. No entanto, no
primeiro caso teremos uma corrente de 1A, enquanto que no segundo
 aso a corrente seria de 200 A. No primeiro caso, o farol ficaria aceso
por muitas horas, mas a bateria se descarregaria em poucos minutos
 e o motor de partida fosse acionado muitas vezes com o automóvel
 em combustível.
                                  Nota: Pot = U.i e U = R.i
                                  Pot = R.i² = U²/R
Potências (W) elétricas no receptor

    Potência útil : Potu = ε× .i

    Potência perdida: Potd = r´.i²

    Potência total: Pott = Potu + Potd
                   Pott = ε×.i + r´.i²
                   Pott = (ε× + r´.i).i
                   Pott = U.i

    Rendimento: η = Potu / Pott = ε×/U
Potências (W) elétricas no gerador

    Potência útil : Potu = U.i

    Potência perdida: Potd = r.i²

    Potência total: Pott = Potu + Potd
                   Pott = U.i + r.i²
                   Pott = (ε – r.i).i + r.i²
                   Pott = ε .i

    Rendimento: η = Potu / Pott = U / ε
Síntese gerador - receptor
Medidores elétricos:
Amperímetro ideal: (Não tem resistência interna)
- é ligado em série em determinado ramo do circuito.
- mede a intensidade da corrente elétrica (i – A)




Voltímetro ideal: (Possui uma resistência interna extremamente alta)
 - é ligado em paralelo em determinado ramo do circuito
 - mede d.d.p (U – V)
Galvanômetro

Utilizando um galvanômetro
para medir correntes e tensões elétricas.

  – Interação entre a corrente elétrica em uma bobina e
    um campo magnético
  – Constrói-se um circuíto simples de forma que a
    corrente elétrica que passa pelo galvanômetro seja
    proporcional à corrente ou tensão elétrica que
    queremos medir
  – Ajusta-se uma escala de fundo de modo a converter
    a corrente no galvanômetro para a grandeza medida.
Utilizando um galvanômetro para medir
corrente elétrica.
 • Se a corrente no
   circuito for menor do
   aquela que o
   galvanômetro
   suporta, basta
   conectá-lo ao circuito
 • E se for maior
   – Desvia-se parte da        UG = Us
     corrente para um
     resistor em paralelo      RG.i1 = Rs.i2
     (Rs)
O Amperímetro

  • Um galvanômetro
   acoplado a vários
   resistores em
   paralelo
    – A escolha do
      resistor determina
      o fundo de escala
      (corrente máxima)
      que pode ser
      medida.
Utilizando um galvanômetro
para medir tensão elétrica

Desvia-se parte da corrente do
circuíto para o galvanômetro
(U = Ri)

Para medir tensões que desviem
correntes acima do limite do
galvanômetro, aumenta-se a
resistência de modo a limitar
a corrente desviada
                                 i s = ig
                                 Us = Ug
                                 Rs Rg
O Voltímetro
Um galvanômetro
acoplado a vários
resistores em série.

   – A escolha do
     resistor determina
     o fundo de escala
     (tensão elétrica
     máxima) que pode
     ser medida.
   – O instrumento faz
     a conta (U = Ri)
     automaticamente
Na prática
 • Utiliza-se um voltímetro para medir a
   tensão no resistor
 • E um amperímetro para medir a corrente
   no resistor
Uma consequência importante
  • Voltímetros e amperímetros possuem
    resistência
  • Voltímetros e amperímetros funcionam
    através do desvio de um pouco de
    corrente para o instrumento


  • Voltímetros e amperímetros
    MODIFICAM as tensões e
    correntes em um circuito. Eles
    alteram as medidas
Quais as leituras do amperímetro e do voltímetro no circuito abaixo?




    Req = 2+3+4+1 = 10 Ω
    U = R.i
    50 = 10.i
    i = 5A

    No ramo do voltímetro temos:
    Req = 4+3 = 7Ω
    U = R.i
    U = 7.5 = 35V
Ponte de Wheatstone

   • É uma associação de
   três resistores fixos e
   um variável (reostato).
   • Serve para determinar
   a resistência de um resistor.   UA,B = UA,D
   • Varia-se a resistência do     r1.i1 = r3.i2 (I)
   reostato de forma que a
   intensidade da corrente no      UB,C = UD,C
   galvanômetro seja zero,         r2.i1 = r4.i2 (II)
   assim, UB,D = 0 (ponte em
   equilíbrio).                    (I) : (II)
                                   r1 = r3
                                   r2 r4

                                   r1.r4 = r3.r2
Ponte de fio




R = ρ.L / A
R / L = ρ / A (constante)   r3.L4 = r2.L3
A7
i = i’+ i’’

Malha no Amperímetro
(sentido horário):
-12i’ + 20i’’ = 0
i’’ = 0,6 i’ (I)

Malha na associação esquerda (sentido ah):
-12i’ – 15i’ – 5(i’+ i’’) +10 = 0
32i’ + 5i’’ = 10 (II)

32i’ + 3i’ = 10 (I) e (II)
i’ = 10 /35 A
i’’ = 6/35 A
i = 16/35 A                                    Ou Ponte em eq.:
Malha na associação direita                    12.(x+5) = 20.15
(sentido h)
-20.6/35 – 5.6/35 – 6x/35 – 5.16/35 + 10 = 0   12x + 60 = 300
x = 20 Ohm
                                               x = 20 Ohm
A1 pág 565

Rg = 20 Ohm
ig = 0,1 A
Rs =?
i = 10 A

Ug = Us
Rg.ig = Rs.is

i = i s + ig
is = 10 – 0,1 = 9,9 A

20.0,1 = Rs.9,9
Rs ≈ 0,2 Ohm
A2 pág 565

Ra = 0,20 Ohm = (Req)
iantes = 1,0 mA
idepois = 5,0 mA
Rs = ?


Ua = Ra.iantes
Ua = 0,2mV

Ua = Req.idepois
0,2m = Ra.Rs . idepois
       Ra+Rs
0,2m.(0,2+Rs) = 0,2.Rs.5m
0,04 + 0,2Rs = Rs
0,8Rs = 0,04
A3 pág 565

Rg = 200 Ohm
ig = 10mA
U = 50V
Rm =?

Uv = (Rg + Rm).i
50 = (200 + Rm).10.10-3
Rm = 5000 – 200
Rm = 4800 Ohm
A4 pág 567

Ponte em equilíbrio: UB,D = 0
8.R = 20.3
R = 7,5 Ohm


A5
Ponte em equilíbrio: iA = 0
(4+1).Rx = (4+4).10
Rx = 16 Ohm

A6
a) Ponte em equilíbrio:
i =0
b) Req = 3,5.7 / 10,5
Req ≈ 2,3 Ohm

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  • 1. Tensão elétrica, d.d.p., força eletromotriz ou voltagem A tensão associa-se a energia fornecida a um aparelho qualquer. Uma carga, ao deslocar-se entre dois pontos no interior de um condutor, sente a ação de uma força elétrica que realiza um trabalho sobre essa carga ao deslocá-la. A razão entre esse trabalho e a carga sobre a qual ele é realizado chama-se d.d.p. (U = τ /q), tensão elétrica, força eletromotriz (f.e.m.) ou voltagem. Essa voltagem é consequência do acúmulo de cargas nos terminais metálicos da pilha ou bateria, que são denominados de polos positivo e negativo através dos quais é produzida uma tensão (d.d.p.) cujo valor vem impresso no corpo desses geradores. U U = τ / q (J/C = V) SI τ = U.q (J) SI
  • 2. Aparelhos elétricos de uso cotidiano relho tensão potência frequência outras liquidificador 110/220V 350W 60Hz chuveiro 220V 2800/7000W 60Hz rádio 110/220V 6W 60Hz DC 6V tv 110/220V 60W 60Hz máquina de lavar 110/220V 60Hz roupas aspirador de pó 110/220V 850W 60Hz computador 110V 60Hz lâmpada 110/220V 100W 60Hz 1A antena 300 Ohm
  • 3. Movimento ordenado dos elétrons livres e sua relação com a corrente elétrica. Lâmpadas, ferros elétricos, computadores e eletrodomésticos em geral, só funcionam quando ligados à fontes de energia (d.d.p.), tais como baterias ou tomadas. Quando isso é feito se estabelece uma corrente elétrica no interior desses aparelhos. Em um fio metálico desligado da fonte de energia, a “nuvem” de elétrons livres move-se desordenadamente pela rede cristalina. Tal movimento não constitui a corrente elétrica. Quando ligamos o fio a uma fonte de energia, aparece uma força de natureza elétrica que ordena o movimento dessa “nuvem”.
  • 4. (1775 - 1836) Intensidade de corrente elétrica (Ampère). Quando ligamos o interruptor de uma lâmpada, o filamento metálico no interior do bulbo fica sujeito a uma tensão elétrica (diferença de potencial) que provoca um fluxo de carga elétrica, de maneira semelhante ao fluxo de água numa mangueira, provocado por uma diferença de pressão. A intensidade da corrente elétrica (i) está relacionada ao número de elétrons livres (n) que são forçados a atravessar um volume infinitesimal imaginário (A.∆L) transversal ao fio condutor, num determinado intervalo de tempo (∆T). A ∆L i = n.e / ∆t = |Q| / ∆t (C/s = A)
  • 5. Corrente elétrica alternada Corrente alternada é aquela cujo sentido de movimentação da nuvem eletrônica sofre inversões periodicamente. No Brasil essa inversão ocorre com um frequência de 60 ciclos por segundo. f = 60 ciclos/segundo = 60 Hertz = 60 Hz i 1/120 1/60 t ciclo
  • 6. Corrente elétrica contínua Corrente contínua é aquela na qual a movimentação da nuvem eletrônica não sofre inversões. São contínuas as correntes geradas por pilhas e baterias. i
  • 7. Relação entre as correntes elétricas num nó. Nó é um ponto de um circuito elétrico onde mais de dois fios condutores estão interliagados. i1 i3 i1 + i2 = i3 + i4 i2 nó i4
  • 8. Exemplo 1) Determinar a intensidade média de corrente elétrica no intervalo de tempo de 0 a 4,0 s, conforme o gráfico abaixo. A área do gráfico (ixt) é numericamente igual à variação de carga elétrica (∆Q). ∆Q = “área” (ixt) trapézio ∆Q = (B+b).h/2 ∆Q = (4+2).10/2 ∆Q = 30 C i = ∆Q / ∆t = 30/4 = 7,5 A 2) A figura mostra 4 fios condutores interligados no ponto P. Em três desses fios estão indicados os sentidos (sempre convencional) das correntes elétricas. Qual a intensidade e o sentido da corrente i4? i1 = 20A, i2 =15A, i3 = 21A. i2 i1 + i4 = i2 + i3 i1 i3 20 + i4 = 15 + 21 i4 = 16 A i4
  • 9. Energia elétrica nas residências e sua relação com o KWh apresentado nas contas de luz. E = Pot.∆t (W.h) Aparelhos elétricos estão quase sempre efetuando transformações de energia elétrica em outra forma de energia. Ao ligarmos um aparelho em uma fonte de tensão qualquer, as cargas elétricas perdem energia elétrica ao passar através dele. Essa energia não desaparece; ela é transferida para o aparelho surgindo sob outra forma de energia, que dependerá do tipo de aparelho utilizado. A energia elétrica consumida por um aparelho ligado durante certo tempo é obtida através do produto da potência pelo intervalo de tempo que o aparelho ficou ligado. Assim quanto maior a potência de um aparelho, mais rapidamente fará girar o disco do relógio de luz, que funciona como um tipo de motor, e mais KWh serão gastos em comparação com o mesmo tempo de funcionamento de um aparelho de menor potência.
  • 10. Exemplos 1)Qual é o consumo de energia, durante um mês, em kWh, de um chuveiro de 4000W, que é utilizado meia hora por dia? E = kWh ? p/ ∆t = 30.0,5h = 15h E = 4.15 Pot = 4000W = 4kW E = 60 kWh E = Pot.∆t (W.h) 2) Qual seria o valor da energia encontrada no exercício anterior em Joule? Pot = E /∆t ( J/s = W ) SI E = 60 kWh E = 60000 J . 3600s E = 60.1000 J.h s s E = 216000000 J E = 2,16.10 8
  • 11. Em busca de uma relação entre potência (W), corrente (A) e tensão (V). Pot = E / ∆t (Watt =J/s) Pot = U.q / ∆t W = U.q (Joule – J) Pot = U.i.∆t / ∆t i = q / ∆t (Ampère = C/s = A) Pot = U.i Pot = U.i (W) SI A potência elétrica recebida por um aparelho será tanto maior quanto maior a tensão à qual ele estiver submetido e quanto maior for a orrente elétrica circulando. Uma mesma tensão de 12 V pode, por exemplo, por em funcionamento uma lâmpada de 12 W ou um motor de ignição de um automóvel de 2400 W. No entanto, no primeiro caso teremos uma corrente de 1A, enquanto que no segundo aso a corrente seria de 200 A. No primeiro caso, o farol ficaria aceso por muitas horas, mas a bateria se descarregaria em poucos minutos e o motor de partida fosse acionado muitas vezes com o automóvel em combustível.
  • 12. Exemplo: m chuveiro submetido a uma tensão U = 220V opera com potência ot = 4400W. A quantidade de água que passa pelo chuveiro em ada segundo é igual a 44 g. Sendo o calor específico da água =1cal/g°C e adotando 1cal = 4J, calcule: ) a intensidade de corrente no chuveiro; ) a energia consumida pelo chuveiro em 15min de funcionamento, m J e kWh; ) a temperatura da água ao sair do chuveiro, sabendo que ela entra ele a 20°C e supondo que toda energia elétrica dissipada seja ntregue a água. b) E = kWh, J? c) em cada segundo, Pot = 4400W p/ ∆t = 15min = ¼ h passam 44 g de água U = 220V E = Pot.∆t pelo chuveiro, que m=44g/s E = 4400.¼ recebem 4400 J. 1cal = 4J E = 1100 Wh 1 cal_____4J a) i= A? Q________4400J E = 1,1 kWh Q = 1100 cal Pot = U.i m.c.∆t = 1100 i = Pot/U 1kWh______3600000 44.1.(t – 20) = 1100 i = 4400/220 1,1 kWh____ E t = 45°C i = 20A E = 39,6.10 5 J
  • 13. Condução elétrica em distintos materiais, resistência elétrica e leis de Ohm.
  • 14. Características dos materiais ditos: isolantes ou condutores. Condutor elétrico: é um corpo que possui grande quantidade de portadores de carga elétrica facilmente movimentáveis, como: Isolante elétrico: é um corpo que, ao contrário do condutor, não possui quantidade significativa de portadores de carga elétrica facilmente movimentáveis (vidro, plástico, mica, porcelana, seda etc.).
  • 15. Resistência elétrica George S. Ohm (1787-1854) Físico alemão Experimentalmente verificou-se que condutores de materiais distintos, quando submetidos à mesma voltagem, são percorridos por correntes elétricas diferentes, sendo que aqueles condutores que podem ser percorridos por correntes mais intensas são, portanto, os de menor resistividade, ou seja, que apresentam menor resistência. Primeira lei de Ohm R = U/i (V / A = ohm = Ω) U – d.d.p ( J/C = voltz =V) i = corrente (C/s = ampère =A) Curva característica do resistor ôhmico U (V) U = R.i i (A)
  • 16. Fatores que influenciam na resistência • material do qual o condutor é feito • características geométricas (comprimento e expessura) • temperatura ρ A L Segunda lei de Ohm R = ρ.L/A (Ohm =Ω) Nota: R – Resistência o inverso ρ– resitividade (Ω.m) da resistividade L - comprimento (m) é a condutividade A – área de seção reta (m²) σ = 1/ρ
  • 17. Utilize a expressão da primeira lei de Ohm para demosntrar que a potência elétrica pode também ser calculada por mais duas expressões: Pot = R.i² ou Pot = U²/R. U = W/q (J/C = Volts = V) – tensão, d.d.p., voltagem. Q = n.e (Coulomb-C) - carga elétrica. Pot = E/∆t = U.i (J/s = Watt = W) – potência elétrica. i =n.e/∆t = ∆Q/∆t (C/s = Ampère = A) – corrente elétrica. R = U/i (V/A = Ohm = Ω) – Resistência elétrica – 1 a lei de Ohm Pot = U.i Pot = U.i Pot = R.i.i Pot = U.U/R Pot = R.i² [W] = [Ω].[A]² Pot = U²/R [J/s] = [V/A].[A]² [J/s] = [J/C.A].[A ]² [J/s] = [J.s/C²].[C/s]² [J/s] = [J/s]
  • 18. Ao ler a etiqueta de um aparelho elétrico, com as seguintes especificações (100V – 40 Ω), Jéssica avaliou a potência do aparelho como sendo de 250 W. Diga se Jéssica está certa. Pot = U.i = U²/R = R.i² U = 100 V R = 40 Ω Pot = 100² / 40 Pot = 250 W Jéssica estava certa.
  • 19. No projeto de instalação elétrica de uma casa foi utilizado um fusível de 30 A para protegê-la. A voltagem da residência é 110 V. Os moradores possuem os seguintes aparelhos eletrodomésticos: Televisão – 150 W Chuveiro – 2800 W Lâmpadas – 60 W Liquidificador – 250 W Máquina de lavar roupas – 920 W Determine quais aparelhos podem ser ligados simultaneamente. Potência máxima que a rede aguenta: i = 30 A U = 110 V Pot = U.i Pot = 110.30 = 3300 W Qualquer combinação que não ultrapasse 3300 W.
  • 20. Exemplos 1) Determine a ddp que deve ser aplicada a um resistor de resistência 6 Ω para ser atravessado por uma corrente elétrica de 2A. R = 6Ω U = r.i i = 2 A U = 6.2 U = ? V U = 12 V 2) Um chuveiro elétrico é submetido a uma ddp de 220V, sendo percorrido por uma corrente elétrica de 10A. Qual é a resistência elétrica do chuveiro? U = 220 V R = U/i i = 10 A R = 220 / 10 R = Ω R = 22 Ω
  • 21. 3) Um fio de cobre desencapado tem seção transversal de área A=6,0 mm² e é percorrido por corrente de intensidade i=30A. O fio encontra-se a 35 0 C e, nessa temperatura, a resistividade do cobre é ρ=1,8.10-5 Ω.mm. Considere dois pontos M e N desse fio, separados por 1m. Calcule a diferença de potencial entre os pontos M e N. M A N L A = 6mm² U = ρ.L.i/A i = 30 A U = 1,8.10 -5 .1000.30/6 ρ = 1,8.10 -5 Ω.mm U = 9.10 -2 V L = 1 m = 1000 mm U M,N = ? V U = R.i R = ρ.L/A
  • 22. Circuítos elétricos e medidores elétricos. i i2 i4 i1 i3 i4 i i i Série Paralelo
  • 23. É comum o uso de associações em série e em paralelo entre pequenos resistores em circuitos elétricos de aparelhos eletrônicos, como rádios e televisores. Como, normalmente, esses resistores têm valores padronizados é comum colocar vários desses resistores em série, de forma que a resistência equivalente aumente e reduza a corrente elétrica a medida requerida ou, então, colocá-los em paralelo a fim de diminuir a resistência equivalente e aumentar a corrente elétrica. Cálculo para o resistor equivalente da associação em série: U = U 1 +U 2 +…+U n i = i 1 =i 2 =i n U = R.i R eq = R 1 +R 2 +…+R n R.i = R 1 .i+R 2 .i+…+R n .i
  • 24. Exemplo 1: R eq = 1,5+1,5+1,5+1,5 R eq = 6Ω = 6Ω =12V U=R eq .i i = U/R eq i = 12/6 i i = 2A
  • 25. Cálculo para o resistor equivalente da associação em paralelo. U=U 1 =U 2 =U n i= i 1 +i 2 +...+i n U=R.i U/R eq =U 1 /R 1 +U 2 /R 2 +...+U n /R n 1/R eq =1/R 1 +1/R 2 +....+1/R n Dicas: 1. Para n resistores (R) iguais: R eq = R/n 2.Dupla: Produto pela soma. R eq = R 1 .R 2 /R 1 +R 2
  • 26. Exemplo 2: R eq = R 2 .R 3 /R 2 +R 3 R eq = 10.20 / 10+20 R eq = 200 / 30 = 20/3 R eq ≈6,7Ω i i2 i4 R’ eq =6,7.5/11,7 R’ eq ≈2,9Ω i1 i3 i4 Note que a resistência equivalente é menor do que a menor resistência da associação. i = U/R i 1 = 12/5 = 2,4A 6,7Ω i 3 =12/10 = 1,2A i i 4 = 12/20 = 0,6A i 2 = i 3 +i 4 = 1,2+0,6 = 1,8A i = i 1 +i 2 =2,4+1,8 = 4,2A
  • 27. Exemplo 3: U = R eq .i i = U/R eq iB i = 3/5 i = 0,6 A i ic i U D = R.i i ic U D = 2.0,6 = 1,2V U A = U D = 1,2V i U c = R B,C .i U c = 1.0,6 = 0,6V i = i B +i C como R B =R C e U B =U c temos: i i B =i C =i/2 = 0,6/2 i i B =i C = 0,3A
  • 28. Curto-circuito Dizemos que dois pontos estão em curto-circuito quando existe um condutor ideal (R=0) conectado entre eles. Nesse caso a d.d.p. entre esses dois pontos é igual a zero. x y K Caso o fio conectado entre os pontos x e y tenha resistência nula, quando a chave K for fechada a lâmpada C permanecerá apagada.
  • 29. Exemplo 4: Fuvest-SP Dispondo de pedaços de fios e 3 resistores de mesma resistência, foram montadas as conexões apresentadas abaixo. Dentre essas, aquela que apresenta a maior resistência elétrica entre seus terminais é: a) Req = R/3 b) Req = 0 c) Req = R +R/2 = 3R/2 d) Req = 2R.R/2R+R = 2R/3 e) Req=0
  • 30. Exemplo 5: Na montagem esquematizada na figura, temos três resistores de resistências R1 = 100 Ohm, R2 = 30 Ohm, R3 = 60 Ohm, um reostato R4 e um fio ideal F. Determine a resistência equivalente entre os terminais A e B, quando o reostato estiver ajustado em 80 Ohm. A C B B A C
  • 31. R1 = 100 Ohm; R2 = 30 Ohm R3 = 60 Ohm; R4 = 80 Ohm R 2,3 = 30.60/30+60 (Paralelo) R 2,3 = 1800/90 = 20 Ω
  • 32. R 4,3,2 = R 4 +R 2,3 (série) R 4,3,2 = 80+20 = 100 Ω R 1 = 100 Ω R A,B = 100/2 = 50 Ω
  • 34. Características do Gerador Entre seus terminais existe uma d.d.p. conhecida como força eletromotriz (f.e.m.). Quando percorrido por uma corrente elétrica a d.d.p. em seus terminais torna-se menor que a f.e.m., pois há dissipação de energia na resistência interna do gerador.
  • 35. Equação do Gerador U = ε - r.i U – d.d.p. aproveitada (V) ε – d.d.p. gerada (f.e.m.) (V) r.i - d.d.p. dissipada. (V) Nota: U = R.i Corrente no circuito: R.i = ε - r.i i = ε / (R+r) (Lei de Pouillet)
  • 36. Curva característica do gerador e corrente de curto-circuito (icc) U = ε - r.i R.i = ε - r.i 0.i = ε - r.i icc = ε / r
  • 37. Gerador em circuito aberto U = ε - r.i U = ε - r.0 U=ε
  • 38. Potências (W) elétricas no gerador Potência útil : Potu = U.i Potência perdida: Potd = r.i² Potência total: Pott = Potu + Potd Pott = U.i + r.i² Pott = (ε – r.i).i + r.i² Pott = ε .i Rendimento: η = Potu / Pott = U / ε
  • 39. Nota: Máxima transferência de potência Potu = U.i = (ε – r.i).i Potu = ε.i – r.i² (equação do 2° grau) Note que: Para o gerador em circuito aberto (i=0) – Potu = 0 Para o gerador em curto-circuito (i = icc = ε / r ) – Potu = 0
  • 40. Corrente para Potumáx : i = icc / 2; icc = ε / r i = ε / 2r D.D.P. para Potumáx : U = ε – r.i = ε – r.ε /2r U=ε /2 Resistência (R) ligada ao gerador para Potumáx : U = ε – r.i R.i = ε – r.i i = ε / (R + r) ε/ 2r = ε / (R + r) R + r = 2r R=r Rendimento para Potumáx: η= U / ε = ε / 2.ε η = 0,5 Note que, para máxima transferência de potência, o gerador tem um rendimento de 50%.
  • 44. Lembrar Equação do Gerador U = ε - r.i U – d.d.p. aproveitada (V) ε – d.d.p. gerada (f.e.m.) (V) r.i - d.d.p. dissipada. (V) Nota: U = R.i Corrente no circuito: R.i = ε - r.i i = ε / (R+r) (Lei de Pouillet)
  • 45. Características do Receptor Entre seus terminais existe uma d.d.p. conhecida como força contra eletromotriz (f.c.e.m.). Quando percorrido por uma corrente elétrica a d.d.p. em seus terminais é maior que a f.c.e.m., pois há dissipação de energia na resistência interna do receptor.
  • 46. Equação do Receptor U = ε× + r´.i U – d.d.p. que chega (V) ε´ – d.d.p. aproveitada (f.c.e.m.) (V) r´.i - d.d.p. dissipada. (V) Nota: U = ε - r.i Corrente no circuito: ε – r.i = ε× + r´.i i = (ε – ε×) / (r´+ r) Note que a corrente elétrica (i) tem sentido (-) para (+) no interior do gerador, e de (+) para (-) no interior do receptor.
  • 47. Curva característica do receptor Note que quando U aumenta i também aumenta, e que quando i = 0 U = ε×.
  • 48. Leis de Kirchhoff  A lei de Pouillet permite determinar a intensidade de corrente num circuito simples. Quando o circuito não pode ser reduzido a um circuito (1824 – 1887) simples, para a determinação de todas as intensidades de corrente elétrica recorre-se às chamadas leis de Kirchhoff: lei dos nós e lei das malhas.  A lei dos nós e a lei das malhas são utilizadas para determinar a distribuição da corrente nos circuitos elétricos.
  • 49. Considere uma rede elétrica constituída de dois geradores, (E1, r1) e (E2, r2), de um receptor, (E3, r3), e de resistores de resistências elétricas, R1, R2 e R3. Numa rede elétrica chama-se nó o ponto no qual a corrente elétrica se divide. No exemplo dado, B e E são nós. Os trechos de circuito entre dois nós consecutivos são denominados ramos. Na rede elétrica dada, os ramos são três: BAFE, BE e BCDE. Qualquer conjunto de ramos formando um percurso fechado recebe o nome de malha. No circuito em questão as malhas são: ABEFA, BCDEB e ABCDEFA.
  • 50. A cada ramo do circuito atribuímos um sentido de corrente elétrica. Esse sentido, embora arbitrário, deve ser coerente com o elemento de circuito do ramo. Sendo gerador, a corrente entra pelo terminal negativo e, sendo receptor, pelo positivo. Primeira lei i3 = i2 + i1
  • 51. Segunda Lei VA – R1.i1 + r2.i2 – E2 - R2.i1 + E1 – r1.i1 = VA -R1.i1 + r2.i2 – E2 - R2.i1 + E1 – r1.i1 = 0
  • 52. Energia elétrica e Potência elétrica E = Pot.∆t (W.h) Energia elétrica nas residências e sua relação com o KWh apresentado nas contas de luz. Aparelhos elétricos estão quase sempre efetuando transformações de energia elétrica em outra forma de energia. Ao ligarmos um aparelho em uma fonte de tensão qualquer, as cargas elétricas perdem energia elétrica ao passar através dele. Essa energia não desaparece; ela é transferida para o aparelho surgindo sob outra forma de energia, que dependerá do tipo de aparelho utilizado. A energia elétrica consumida por um aparelho ligado durante certo tempo é obtida através do produto da potência pelo intervalo de tempo que o aparelho ficou ligado. Assim quanto maior a potência de um aparelho, mais rapidamente fará girar o disco do relógio de luz, que funciona como um tipo de motor, e mais KWh serão gastos em comparação com o mesmo tempo de funcionamento de um aparelho de menor potência.
  • 53. Exemplos 1)Qual é o consumo de energia, durante um mês, em kWh, de um chuveiro de 4000W, que é utilizado meia hora por dia? E = kWh ? p/ ∆t = 30.0,5h = 15h E = 4.15 Pot = 4000W = 4kW E = 60 kWh E = Pot.∆t (W.h) 2) Qual seria o valor da energia encontrada no exercício anterior em Joule? Pot = E /∆t ( J/s = W ) SI E = 60 kWh E = 60000 J . 3600s E = 60.1000 J.h s s E = 216000000 J Nota: E = 2,16.10 8 J 1kWh = 3,6.10 6 J
  • 54. Em busca de uma relação entre potência (W), corrente (A) e tensão (V). Pot = E / ∆t (Watt =J/s) Pot = U.q / ∆t W = U.q (Joule – J) Pot = U.i.∆t / ∆t i = q / ∆t (Ampère = C/s = A) Pot = U.i Pot = U.i (W) SI A potência elétrica recebida por um aparelho será tanto maior quanto maior a tensão à qual ele estiver submetido e quanto maior for a orrente elétrica circulando. Uma mesma tensão de 12 V pode, por exemplo, por em funcionamento uma lâmpada de 12 W ou um motor de ignição de um automóvel de 2400 W. No entanto, no primeiro caso teremos uma corrente de 1A, enquanto que no segundo aso a corrente seria de 200 A. No primeiro caso, o farol ficaria aceso por muitas horas, mas a bateria se descarregaria em poucos minutos e o motor de partida fosse acionado muitas vezes com o automóvel em combustível. Nota: Pot = U.i e U = R.i Pot = R.i² = U²/R
  • 55. Potências (W) elétricas no receptor Potência útil : Potu = ε× .i Potência perdida: Potd = r´.i² Potência total: Pott = Potu + Potd Pott = ε×.i + r´.i² Pott = (ε× + r´.i).i Pott = U.i Rendimento: η = Potu / Pott = ε×/U
  • 56. Potências (W) elétricas no gerador Potência útil : Potu = U.i Potência perdida: Potd = r.i² Potência total: Pott = Potu + Potd Pott = U.i + r.i² Pott = (ε – r.i).i + r.i² Pott = ε .i Rendimento: η = Potu / Pott = U / ε
  • 57. Síntese gerador - receptor
  • 58. Medidores elétricos: Amperímetro ideal: (Não tem resistência interna) - é ligado em série em determinado ramo do circuito. - mede a intensidade da corrente elétrica (i – A) Voltímetro ideal: (Possui uma resistência interna extremamente alta) - é ligado em paralelo em determinado ramo do circuito - mede d.d.p (U – V)
  • 59. Galvanômetro Utilizando um galvanômetro para medir correntes e tensões elétricas. – Interação entre a corrente elétrica em uma bobina e um campo magnético – Constrói-se um circuíto simples de forma que a corrente elétrica que passa pelo galvanômetro seja proporcional à corrente ou tensão elétrica que queremos medir – Ajusta-se uma escala de fundo de modo a converter a corrente no galvanômetro para a grandeza medida.
  • 60. Utilizando um galvanômetro para medir corrente elétrica. • Se a corrente no circuito for menor do aquela que o galvanômetro suporta, basta conectá-lo ao circuito • E se for maior – Desvia-se parte da UG = Us corrente para um resistor em paralelo RG.i1 = Rs.i2 (Rs)
  • 61. O Amperímetro • Um galvanômetro acoplado a vários resistores em paralelo – A escolha do resistor determina o fundo de escala (corrente máxima) que pode ser medida.
  • 62. Utilizando um galvanômetro para medir tensão elétrica Desvia-se parte da corrente do circuíto para o galvanômetro (U = Ri) Para medir tensões que desviem correntes acima do limite do galvanômetro, aumenta-se a resistência de modo a limitar a corrente desviada i s = ig Us = Ug Rs Rg
  • 63. O Voltímetro Um galvanômetro acoplado a vários resistores em série. – A escolha do resistor determina o fundo de escala (tensão elétrica máxima) que pode ser medida. – O instrumento faz a conta (U = Ri) automaticamente
  • 64. Na prática • Utiliza-se um voltímetro para medir a tensão no resistor • E um amperímetro para medir a corrente no resistor
  • 65. Uma consequência importante • Voltímetros e amperímetros possuem resistência • Voltímetros e amperímetros funcionam através do desvio de um pouco de corrente para o instrumento • Voltímetros e amperímetros MODIFICAM as tensões e correntes em um circuito. Eles alteram as medidas
  • 66. Quais as leituras do amperímetro e do voltímetro no circuito abaixo? Req = 2+3+4+1 = 10 Ω U = R.i 50 = 10.i i = 5A No ramo do voltímetro temos: Req = 4+3 = 7Ω U = R.i U = 7.5 = 35V
  • 67. Ponte de Wheatstone • É uma associação de três resistores fixos e um variável (reostato). • Serve para determinar a resistência de um resistor. UA,B = UA,D • Varia-se a resistência do r1.i1 = r3.i2 (I) reostato de forma que a intensidade da corrente no UB,C = UD,C galvanômetro seja zero, r2.i1 = r4.i2 (II) assim, UB,D = 0 (ponte em equilíbrio). (I) : (II) r1 = r3 r2 r4 r1.r4 = r3.r2
  • 68. Ponte de fio R = ρ.L / A R / L = ρ / A (constante) r3.L4 = r2.L3
  • 69. A7 i = i’+ i’’ Malha no Amperímetro (sentido horário): -12i’ + 20i’’ = 0 i’’ = 0,6 i’ (I) Malha na associação esquerda (sentido ah): -12i’ – 15i’ – 5(i’+ i’’) +10 = 0 32i’ + 5i’’ = 10 (II) 32i’ + 3i’ = 10 (I) e (II) i’ = 10 /35 A i’’ = 6/35 A i = 16/35 A Ou Ponte em eq.: Malha na associação direita 12.(x+5) = 20.15 (sentido h) -20.6/35 – 5.6/35 – 6x/35 – 5.16/35 + 10 = 0 12x + 60 = 300 x = 20 Ohm x = 20 Ohm
  • 70. A1 pág 565 Rg = 20 Ohm ig = 0,1 A Rs =? i = 10 A Ug = Us Rg.ig = Rs.is i = i s + ig is = 10 – 0,1 = 9,9 A 20.0,1 = Rs.9,9 Rs ≈ 0,2 Ohm
  • 71. A2 pág 565 Ra = 0,20 Ohm = (Req) iantes = 1,0 mA idepois = 5,0 mA Rs = ? Ua = Ra.iantes Ua = 0,2mV Ua = Req.idepois 0,2m = Ra.Rs . idepois Ra+Rs 0,2m.(0,2+Rs) = 0,2.Rs.5m 0,04 + 0,2Rs = Rs 0,8Rs = 0,04
  • 72. A3 pág 565 Rg = 200 Ohm ig = 10mA U = 50V Rm =? Uv = (Rg + Rm).i 50 = (200 + Rm).10.10-3 Rm = 5000 – 200 Rm = 4800 Ohm
  • 73. A4 pág 567 Ponte em equilíbrio: UB,D = 0 8.R = 20.3 R = 7,5 Ohm A5 Ponte em equilíbrio: iA = 0 (4+1).Rx = (4+4).10 Rx = 16 Ohm A6 a) Ponte em equilíbrio: i =0 b) Req = 3,5.7 / 10,5 Req ≈ 2,3 Ohm