CURSO DE FÍSICA – (Unidade Campina Grande) Professor: Geraldo Mota ur1. O conceito de corrente elétrica
Nos condutores metálicos, existe, movimentando-se desordenadamente, uma verdadeira nuvem de elétrons, os elétrons livres. Eles são assim chamados porque pertencem à última camada da eletrosfera do átomo a que estão ligados, sendo essa ligação muito fraca, isto é, a força de atração eletrostática exercida pelo núcleo atômico não é suficiente para manter o elétron fortemente ligado ao átomo. Então, o elétron migra com certa facilidade de um átomo para outro. É isso que faz corri que o material seja bom condutor elétrico. Os metais possuem uma quantidade muito grande de elétrons livres. Por exemplo, no volume de 1 cm 3 de cobre um dos metais de melhor condutibilidade elétrica existem em média, 10 22 átomos. Como cada átomo de cobre possui um elétron livre, isso significa que em 1 cm 3 de cobre (podemos imaginar um pequeno cubo com 1 cm de aresta) existem 10 22 elétrons livres, isto é, 10 sextilhões de elétrons livres. Em certas condições, esses elétrons podem ser colocados em movimento ordenado, constituindo então uma corren corrente te elétri elétrica. ca. De fato, quaisquer cargas elétricas em movimento ordenado constituem uma corrente elétrica. Por exemplo, íons positivos e negativos podem se movimentar ordenadamente em um líquido, desde que sejam criadas condições para isso, constitui rido correntes elétricas. Interessa-nos apenas a corrente elétrica constituída por elétrons em movimento, que pode ser então chamada c hamada de corrente elétrica eletrônica. Assim, podemos definir.
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Corrente elétrica
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Corrente elétrica eletrônica
é o movimento ordenado de cargas elétricas; é o movimento ordenado de elétrons.
Na figura abaixo, represen representamos tamos esquematicamente, esquematicamente, fora de qualquer proporção, um trecho de fio metálico com os elétrons movimentando-se caoticamente (figura A), e ordenadamente (figura 8), constituindo uma corrente elétrica. A
B
Observações:
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Para haver corrente elétrica é necessário o estabelecimento de uma ddp no circuito.. circuito A corrente elétri elétrica ca tem como element elemento básico os portadores de carga el elétric étricaa – elétrons dos sólidos e elét elétrons ou íons posi positivos ou negati negativos nos líquidos ou gases. Os portadores de carga constituem uma parcela ínf ima da estrutura do condutor e têm um moviment movimentomu omuiito irregular .
2. Corrente real e corrente convencional Sabemos então que a corrente elétrica nos condutores metálicos é constituída correntte real. Entretanto pela movimentação ordenada de elétrons. elétrons. Essa é a corren Entretanto,, por razões hi histór icas cas,, que remontam à época em que a eletricidade era entendida como produzida pela movimentação de um flui fluido elétr ico co,, tornouse conveniente estabelecerse uma convenção. convenção. Segun Segundo do essa convenção convenção,, a cor corren rentte el elétri étrica ca nos condut condutores metál me tálicos icos é constituí constituída pelo movim movimento ento or or denado denado de parti particulas culas elementares positi positivas vas (com a mesma carga, carga, em módulo, módulo, dos elétrons), portanto, portanto, em sentido contrário ao movimento real dos elétrons. Tal Tal corrente corrente,, que faz uso dessas partículas positi positivas corr rr ent nte e co conv nvenc enciiona onall. Daqui par hipotétiticas hipoté cas,, é a chamada co par a a f rent rente, port rtan antto,
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considerar emos considerar emos sem semppr e a cor r r ente ente conv convenc enciional onal,, sal salvo vo se for fei feita ta uma menção menção específ ica em contr contr ár ár io. Na figura abaixo, abaixo, fazemos a repr esen senttação da cor r r ente ente real real, (F (Fiigura A) e da cor r r ente ente co conve nvenncion cionaal. (F (Figur igur a B) Na re pr esentaç ntaçãão da cor r r ent ntee conven venccional, costtumamos colocar cos colocar uuma seta ao lado do f io, io, para represen representa tar r oo sentido do movim vimeento das car car gas gas posi osititivas vas hip hipot otééticas e, e, porta ortant ntoo, o senti sentido da cor r r ent ntee el elétr ica conv convenciona onall. A
B
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
Observ Obs erv aç ão: ão:
Embor a a int Embor nteensidade da corr corr ente e nte el elétr ica seja uma grandeza escalar escalar , é impor tan antte defi de finnir um senti sentido associ associado a el ela. Admi Admitte-se por convenção qu que o sentido da co cor r r r ent ntee elétr elétr ica se j jaa o sent sentiido dos por tador tador es de carga carga pos posititiiva va..
3. Intensidade de corrente elétrica Consideremos um condutor metálico pelo qual Consi qual pa passsa uma cor r r ente ente elét elétr ica ca.. Não di d iscut scutir ir emos emos ainda as condi condições a serem estabel estabelecidas para que as par tículas se movim ovimentem entem orden ordenadame adamente nte.. Se de dest stac acar armo moss um umaa se seçã çãoo tr tran ansv sver ersa sall S de dess ssee condutor , por ela passarão, passarão, num dado int intervalo de tempo ∆t, n partícul partículas el e lementares, cor co r respondendo respondendo a uma carga elétr ica ∆Q, que pode ser dada pela f órm rmuula ∆Q = n × e, –19 onde e é o val valor r da da car car ga ga el elétr ica el elementa ementar r . (e = 1,6 × 10 C). Def f ine-se a intensidade de cor r De r ente ente el elétr ica (i) pe pella r elação elação entre a carga elétrica ∆Q que passa pela seção S do f io condutor e o intervalo de tempo ∆t em qu q ue oco correu rreu essa passagem passagem: S i = ∆Q ∆t
A intensidade de corrente, corrente, tal co como foi definida, corresponde de fato a um valor valor médio.. Se fifizermos médio zermos,, na fór fór mula mula de defini definição, o intervalo de tempo ex extremamente pequeno, tendendo a zero (∆t → 0), teremos uma intens ntensiidade de cor r rente e nte inst instantâ antânnea ea.. Entretanto Entretanto,, em nosso estudo, na maior parte das vezes, vezes, esta estar r emos emos considerando correntes que não mudam de sentido (correntes cont contínuas) e cujas intens ntensiidades não se modi modificam ficam no decorrer do tempo (correntes con constantes stantes), ), nas quais o valor médi médio da intensidade de cor r r ente ente coincide com o val valor da intens ntensiidade de cor cor rente rente em qual qualquer instante. instante. A partir dessa fórmula, fórmula, concluím concluímos os que a unidade de intensidade de corrente I s ), ), que recebeu o nome de coullomb po por r segundo (C I no SI é o cou de ampère (A), em homennagem ao matemático home matemático e físico físico fran franccês André-Marie Ampère (1775(1775-1836) 1836),, um dos r esponsávei esponsáveis pelo desenvolvimen desenvolvimentto da Eletr icidade cidade.. Assiim co Ass com mo o coulomb, coulomb, o amp mpère ère também é um uma un uniidade muito grande. grande. Por isso costumamos usar seus submúl submú ltiplos plos.. Os mai mais comuns são: são: 1 mi miliampè pèr r e (1 (1 mA) = 10 –3 A 1 microampère (1 µA) = 10 –6 A
1 nanoampère (1 nA) = 10 –9 A 1 picoampère (1 pA pA)) = 10 –12 A
Comentár i i os os:
A c orrente el ét ét ric ric a é medida em ampères ampères.. Um ampere significa um flu x o de car g g a igual a 1 coulomb por seg seg undo. undo. (Lem (Lemb bre-se de que 1 coulomb coulomb,, a unidade pa padrão de carga, carga, é a ca car r ga ga elét r ri i ca ca de 6,25 bi lhõ lhões de el étrons trons. ) . ) Num fio que tran transpo sport rt a 5 ampère ampè ress, po por r e x emplo emplo,, 5 coulom coulomb bs de c ar ar ga g a passam atr atr avés avés de qu alque lquer r sec ç ção ã o tr ansve sver r sal sal do f io io a cada segun segundo do.. Isso é u ma qu anti d d ade gig antes ntesca ca de el étr étr ons! E Eletrodinâmica
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num fio qu qu e t ransporta ransporta 10 amperes, duas v eze zess ma mai i s elétrons passam por qualquer sec ção ção do fio a cada segundo. É interessante observ ar que um f i i o t ransportando ransportando uma corrente não est es t á el eet ri ri c cament a ment e c arreg arreg ado. ado. So Sob b c ondições ondições nor mai mai s, os elé elétr tr ons de conduçã condução o neg ati ati v vo s se d esl esl oc oc am am at r r avé véss da r ede atô tôm mi ca c a form formada ada pe pelos los í ons ons po possiti vament vament e ca carreg rreg ad os. os. Por Po r tant tant o, e xi st em em tantos elétr ons ons qu antos são os p prót rót ons, d entr o do fio. fio. Es Estej tej a o f i io t r r ans ans p po or tand tand o u ma ma corr corr ente ou não, a car g ga l í í quida quida d el e nor malme malment nt e é nu l l a a c ada i nst nst ante. ante. Observação Observaçã o:
É freqü freqüent ntee diz dizeer que qu e a corren correntte f lui lui atr avé véss de um cir cuit uitoo. Mas Ma s não diga isso i sso perto de al perto alguém exi xige gent ntee co com m a gramáti gramática ca,, pois a ex expre ress ssãão "f luxo de cor r r ente" ente" é redundante. Melhor ser ia dizer que a carga flui o que é a cor cor rente. rente.
4. Energia e potência elétrica Par a se moviment movimentar em em or den denadamen damente te pel pelos f ios os,, as par par tículas elementares constiituintes da cor r const r ente ente elétrica dev devem estar sob a ação de um campo elétrico ou ou, em outr os ter mos os,, de devvem es estar tar ssubme bmetitida dass a uma dif er er ença de pote potenncial (ddp) ou tensão eléttr ica U. elé U. Para se obt obter er essa ddp, ddp, o condutor, pelo qual circu circula a corr corr ent ntee elétri elétrica ca deve deve ser liliga gaddo aos pólos ou ter minais de um di dispos spositiv itivoo chamado gerador. . Por enquanto, enquanto, não entraremos em detalhes sobre como funcidna um aparelho desse titipo po.. In Interessa-nos teressa-nos,, por ora, ora, apenas saber que o ger ger ador ador estabelece estabelece uma ddp ou tensão U nas ext extremidades remidades do f io, fazendo com que as par par tículas se movi movimen menttem ordenadamente.. Pa ordenadamente Para ra isso sso,, ele possui doi dois term ermiina naiis ou pólos: pólos: o pólo positivo, positivo, com potenciial V1, e o pólo negati potenc negativo, com potencial V2, sendo V1 > V2. Quando o fio condutor é ligado aos pólos, pólos, esse fornece energia às cargas lilivres do fio, fio, fazendo com com que el elas se moviimentem ordenadament mov ordenadamente. Há váririos os titipos pos de gerador. Lembrem Lembremos alguns guns,, todos bem conh conhec eciidos dos,, por fazerem parte de nosso di dia-a-d a-a-diia: ba batter ia de automóvel, automóvel, ba batter ia ia de relógi relógios (e outros aparelhos elétricos e eletrôni eletrônicos) cos),, pilha seca. seca. Qualquer que seja o gerador uti utilizado lizado,, a r epresen resentação tação simb simbólica ólica,, que apa aparec recee fre freqüe qüente ntemen mente te nos cir circcuitos itos,, é sem emppre a mes esm ma: do doiis tr aços aços par alel lelos, os, de tamanh nhos os di dif f eren erentes es,, se senndo o maior r oo pólo pos ositiv itivoo e o menor r oo pól póloo negativo.
– +
Representação si simbólica de um gerador À medi medida que as cargas el elétr icas se movim movi mentam no co condu nduttor, a energi energia que receberam do gerador (vamos chamáchamá-Ia de energi nergiaa elétrica) vai se transformando em outtro tipo de ener ou ener gia, conforme o tipo de uti utilização que se est está f azendo: azendo: térmica térmica,, luminosa,, qu luminosa quíímica etc. etc. Consiiderem Cons deremoos um certo certo trecho XY de um circuit ircuitoo elétri elétricco, no qual qual é ligado um aparelho elétrico qualquer. Nesse aparelho, a ener ener gia gia elétr ica está se transformando em outro titipo de energi energia, não importa qual. qual. O trabalho realizado pela força elétrica sobre a carga elétrica ∆q que se movimenta ao longo do aparelho, aparelho, sob tensão U, U, entre os mo tor , pois o pontos X e Y (U = Vx – Vy) é dada por W = ∆q ⋅ U. Esse trabalho é mot deslocamento da carga ∆q é espontâneo. espontâneo . Considerando um intervalo de tempo elétr ica des desenv envo olvida no pr ocesso será dada por: ∆t, a potência elétr i i
P= W ∆t
⇒
P=
∆q ⋅ U ∆t
X
Y U
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A potência é a medida da rapi rapidez com que a energi energia é transferida ou transformada.. transformada Mas
∆q = ∆t
i , onde i é a intens ensiidade de corrente que circul circula pel pelo fio.
Substituindo bstituindo,, te temos: P = U
⋅
ii
Nos ap apar elhos elétricos, costum costuma-se gravar gravar aa potê potênc nciia que o aparelho con consome e a ddp ddp so sobb a qual esse con consumo é r eal ealizado izado.. Esses E sses valores costumam ser chama ch amaddos de valore ress nomin minais ais.. O tr abalh abalhoo da f orça elét elétr r ica W = ∆q ⋅ U co corr rr esp esponde à energia energia elé létr tr ica EEL connsumi co midda pel eloo apa par r elho. elho. Entã Então, o, pode odemo moss escr eve ever EEL = ∆q ⋅ U. Consider Consider ando ando qu quee esse consum consumoo oco corr rr eu nu num in intervalo de tempo ∆t, po poddemos escrev escrever : W = P ⋅ ∆t ou EEL = P ⋅ ∆t t Essa f órmula é mui muito útilil,, por nos per miti itir r cal alcula cular r o co connsu sum mo de energia elétr ica ica num dado int inteer val valo de tempo po.. É óbvio que, que, se a pot potênc ênciia for expressa em wat attts (W) e o interv rvaalo de tempo em em segun segunddos (s), (s), a energia obt obtida ida est estará expr expr essa essa em em jou joulles (J). Entr etant etanto, por ser ser o jo joul ulee uma unidad unidadee de ener ener gia muititoo pequena, pequena, cos costu tumamos mamos exprim xprimiir a potência elétr elétr ica ica em em quilowat uilowattts (k (kW W) e o int inteerv rvaalo de temp tempoo em hor as as (h) h),, medi edind ndoo en enttão a ener ener gia g ia el eléétririca ca con consu sum mida num umaa uni nidade dade pr átic ticaa deno enom minada quiilo qu low watt-hora (kWh). (kWh). Todos os consumidores consumidores,, residenciais, comerciais e industriais industriais,, recebem ao fim do mês u ma ma conta de ener ener gia gia elét elét rica, rica, usualmente chamada de " conta conta de luz " Nela " Nela vem o consumo mensa, expresso em kWh, e o valor a ser pago, conforme é destacado no modelo da figura seguinte. O custo do kWh é, geralmente, escalonado por fai x as as de consumo.. Ao valor em rea consumo reai i s do consumo é adicionado o i mpost mpost o devido, devido, obtendo o valor f i inal n al da conta, conta, como se mostra no modelo. modelo.
Para obt Para obter er os dad dados os nec necessá essário rioss à emi emissã ssão o da con conta, ta, o funcio funcionário nário da companhia concessionária faz , num dado dia de cada mês mês,, a leitura do " relógio relógio de luz " " normalmente normal mente colocado na en ent t rada rada da instal instalação ação.. O princíp princípi i o de f unc unc i ionament o nament o desse med i idor d or de energia elétrica será analisado no futuro ao estudarmos eletr oma mag g netismo tismo..
Texto comp ompllementa ementar r Fo Forn rno o de microondas Imagiine um cercado com bolas de pi Imag ping ng--pong e algun alguns bastões, bastões, todos em em reppouso. Ago re Agora imag imagine ine que os ba basstões subitamente subitamente co comecem a girar par a um lado e para o outro, outro, como hélices sem i-g -giira rattórias órias,, go gollpean peanddo com isso as bol bolas de pi ping-pon ng-pongg Eletrodinâmica
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ad j jacen acenttes. Um forno de mi miccr oond oondas as f unci unciona de mane aneir ir a sem se melh lhaante. Os bast stões ões são as molé molécu cullas de águ águaa ou out outras molé molécula ulass polares ares,, obri briga gada dass a gir ar de de um um la laddo para o outr o, em ritmo ritmo co com m as micr oon oondas encl enclausu sur r adas no in inte teririoor do forn forno. o. As bol bolas de pingg-pong pong são as molé léccul ulas as não não--polare polaress que co constitu titueem a maior par te da mas asssa dos aliment al imentos os em em co cozim zimeent ntoo. Cada Ca da molé léccul ulaa de águ águaa é um dipo pollo elétri elétrico co qu quee tende a se al aliinh nhaar co com mo camp ca mpoo elétri e létrico co,, da d a mes esm ma fo for r ma qu q ue a agulh gulhaa de um umaa bú bússo ssolla tende a se alinhar com um campo magnético magnético.. Quand uandoo o campo campo el eléétri trico co começa começa a os oscilar, cilar, as as molécula moléculass de água tam ambbém f azem o mes esm mo. E, quando a freqüên freqüênccia de oscil oscilaaçã çãoo do ca camp mpoo se iguala a sua pr ópria ópria fr eqü qüêência na natu tural ral,, as mol olééculas de águ águaa pa pass ssam am a se movim vimeent ntaar muito muito energ ene rgiica cam ment ntee em r essonâ essonânncia. A comi comida é cozid cozidaa por um umaa espé péccie de "at atrito rito cín ínéético co", ", quando o mov ovim imeent ntoo sem emigirat igiratóri órioo das moléc lécuulas de águ água (ou de out outr r as molléc mo écuulas pol polares ares)) comun comuniicam a agit agitaç ação ão tér mica às molé molécu cula lass ci cir r cundante cundantess. As par edes met metálicas do forn fornoo re reflfleetem as micr oon onddas para para cá e para lá, lá, co cozi zinha nhanndo rapiidamente os alimentos. rap Papel seco, seco, pedaços de placas isopor ou outros materais recomendados para uso em for for nos nos de microondas não contêm água ou outras moléculas polares, de de mod odoo que as mic microondas roondas os atravessam atravessam sem efeito algum. O mesmo acontece com o gelo, gelo, onde as mol molécu écullas de água est estão em posições fifixas xas e não podem oscilar oscilar de de um lado para o outro. outro. LEITURA COM OMPLEMENT PLEMENTA AR
A velocidade dos elétrons Reconhece Reconh ecem mos os,, como carac caracterís terísttico dos con condut dutore oress met metáli álicos cos,, ·qu quee os eléttrons das cam elé camadas mai mais externas de seus átomos, chamados elétrons de valênci valênciaa, poddem desprender-se desses át po átomos cons constitu tituiindo uma atmosf era de elé elétrons trons nos espaços interatômicos nteratômicos.. Nesse pressuposto, pressuposto, o resí resíduo do átomo con const stiitu tuii um íon carregado posi positivamente vamente.. Es Esttes elétrons, elétrons, em notáv notável número mero,, são atr atr aíd ídos os não só pelos íons positi positivos vos dos qu quais se desprender desprender am, am, como também, em todas t odas as dir dir eções, eções, pelos outr ou tr os os íons que o r odeiam odeiam e se comport comportam am,, na massa do cor cor po, po, como se esti estivessem vessem liv ivr r es. es. Pode-se consi considerar como aceitável que esse número de át átomos por cm3 é da 22 ordem de 10 , e se admitirmos que de cada átomos se desprende um ou mai mais elétrons, o número de elétrons livres, por cm3 , ser á da mesma ordem de grandeza. No típico fio de cobre teremos, então, então, N = 1022 elétrons/cm3, a rigor , N = 8,5 ⋅ 1022 elétrons/cm3• Quando se estabelece um campo el elét étririco co E no condutor, como conseqüência de uma di dif er er ença de pot potencial U apli aplicada entre seus extremos, extremos, cada elétron f ica su j jeeititoo a um umaa fo forç rçaa elét elétr ica F =( =( –e) –e) ⋅ E, de mesma di direção que o cam campo po,, porém de senti sentido do oposto.. As vel oposto veloc ociidades desse desses elétrons são aleat aleatór ias. Sob a aç ação das forç forças as elétri elétricas cas a en enorm rmee maiori maioriaa de desses sses el elétrons passam passam a de descreve screverr mo momentan ntaneeam ameent ntee mov oviime ment ntos os no senti sentido do de ali alinhar tai tais elétr elétr ons ons na di dire reçção e sentido op opost stoo ao campo. campo. Rapid idaamente (deviido à su (dev suas irrisór irrisór ias ias massas massas)) a nu nuve vem m eletrô letrônnica apresent apresentará ará a mai maior ia de seus componentees co component com ve velo loccidade médi média Vm na dir eção eção e senti sentido oposto ao campo E. É cl claaro que os íons positi positivos vos tendem tendem a se movi vim mentar no senti sentido do cam campo por po r ém, mes esm mo que admití dmitísse ssem mos que es estiv tivesse essem m lilivvr es, es, suas massa assass são muititoo maiores qu quee aqu aquela ela do el elétro ronn e su suas vel veloc ociidades mui muito to inf er er ior es; es; pre preddom omiina na,, pois is,, em exce xcessso, o movi ovimento mento dos elé létr tr ons. Disso r esult esulta um movi movimen mentto de conjun conjunto to dos elétrons em em sen sentitido do opost oposto ao cam ampo po que que co connstit titui ui a cor rent rente elét létriricca. É con convven eniiente determi determinar essa veloci velocidade média dos elétrons, v m' ao longo de de um fio de um meta metal que contém N elét elétrons livres por centímetro cú cúbico. Seja A (em cm2) a ár ea ea da seção reta desse fio e suponhamos que por ela passe uma corr corr ent ntee de inteensida int dadde I = Q/∆t ampèr es, es, ou se s e j jaa, a cada segun segundo do atr a tr avessa essam m essa área um total de carga Q = n ⋅ e (n é o nú núme mer r o.total de elé létr tr ons ons no global global de car car ga ga Q); Q); I = n ⋅ e/∆t. h
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A
S
vm
A
S
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No in intterva rvallo de tempo tempo ∆t, cad cadaa elét elétr on on co com m ve velloci ociddade médi diaa Vm pe per r cor cor r r e a distância h (em cm), tal que h = Vm ⋅ ∆t. Assim dis Assim,, du dura rannte o in intervalo tervalo ∆t, todos os elétr elétr ons quee pa qu parti rticcipa pam m da corr corr ente est estão conti contidos dos num num cilind ndr r o de ár ár ea ea A e comprimento h, 3 ocup oc upaando o volume v = A ⋅ h (cm ). Como, Como, por por hi hipótese pótese,, ca cadda cm3 apresenta N elé elétr tr ons ons lilivvr es, es, o tota otall n de elétr elétr ons de denntro do volume v será n = A ⋅ h ⋅ N e, como h = vm ⋅ ∆t ter te r emos: emos: n = A ⋅ vm ⋅ ∆t ⋅ N. Com Co mo I = n ⋅ e/∆t subs bsttituind tuindoo n po por r seu seu val valor , vem vem:: I = A ⋅ vm ⋅ ∆t ⋅ N ⋅ e/∆t ou I = N ⋅ e ⋅ Vm ⋅ A e fin finalm almente ente:: vm = N ⋅ eI ⋅ A Ten enhhamos uma idé déiia disso para o caso de um f io me mettálico de 0,25 cm2 de seção ret reta no qual circula corrente constante de intensidade 1 A: A: . 22 –19 vm = I/N ⋅ e · A = 1/10 ⋅ 1,6 ⋅ 010 ⋅ 0,25 = 0,0025 cm/s = 0,025 mm/s
reino de Sala 1.
(UEMA)A corrente elétrica real, através de um fio metálico, é constituída de: a) íons íons po posi sititivo voss e neg negat ativ ivos os b) elétrons elétrons livres livres se movim movimentan entando do no sent sentido ido oposto oposto ao da co corrent rrentee convencio convencional nal c) cargas cargas positi positivas vas no sentido sentido da corrent correntee conven convencional cional d) cargas cargas positiva positivass no sentido sentido opost opostoo ao da da corrente corrente convencion convencional al e) nunca é ppossív ossível el determina determinarr o portador portador de carga carga para para a corrente corrente elétrica elétrica real real
2.
(Vunesp) Suponha que num experimento de eletrólise, repre-sentado pela figura, 3 coulo coulombs mbs de carg cargaa po posit sitiv ivaa e 3 coucoulombs de carga negativa atravessam o plano PP' durante 1 segundo. A corrente em ampères indicada pelo amperímetro A será: a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e) 6
+
–
A P
+ P’
fio 1
3.
No trecho de circuito esquematizado na figura têm-se dois nós, N1 e N2. As intensidades das correntes i) e i2 são respectivamente iguais a: a) 5 A e 8 A b) 5 A e 10 A c) 13 A e 10 A d) 3 A e 2 A e) 11 11 A e 10 A
4.
aNa aNa qu ques estã tãoo an ante teri rior or,, qu qual al fo foii o prin princi cipi pioo ut utililiz izad adoo na de dete term rmina inaçã çãoo da dass intensidades das correntes elétricas? a) princí princípio pio da cons conserv ervaçã açãoo da ene energi rgiaa b) princí princípio pio da co conse nserva rvação ção das das cargas cargas elét elétric ricas as
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c) princí princípio pio da da conse conserva rvação ção do mom moment entoo linear linear d) princí princípio pio da da conser conservaç vação ão do mom moment entoo angular angular 5.
Uma grandeza física escalar, tal como a massa de um corpo, ao ser adicionada obedece as regras da álgebra ordinária, ou seja, 2 kg + 3 kg = 5 kg. Já uma grandeza fízica vetorial ao ser adicionada obedece a regra do paralelogramo, de tal sorte que não necessariamente 2 + 5 = 5. a partir das intensidades das correntes elétricas no nó N1, podemos afirmar que a intensidade de corrente elétrica é uma grandeza física: a) vetorial b) escalar c) pod podee ser esc escala alarr em uns uns caso casoss e vetor vetorial ial em em outros outros d) nada nada poem poemos os af afir irma mar r
6.
No esqu esquem emaa comp compar arec ecem em um umaa Tomada lâm-pada, lâm-pada, duas chaves chaves (K1 e K2), A A Lâmpada fios de ligação e uma tomada de energia elétrica de uma residência. K K As chaves estão instaladas em dois locais da residência e cada uma B B dela delass admi admite te duas duas po posi siçõ ções es estáveis: ou está em A, ou está em B. A lâmpada encomtra-se inicialmente apagada. a) Em que que posiçõ posições es estão estão as cchav haves es inici inicialm alment ente? e? b) É possível ligar a lâmpada em K1 e desliga-la em K2?
7.
(Overdose) Como sabemos, é muito comum pessoas levarem grandes choques elétricos ao tocar em fios de instalação elétrica. Entretanto, você já deve ter percebido passarinhos, no maior relax , pousados em fios de-sencapados da rede elétrica sem sofrerem esses cho-ques. Marque a alternativa que melhor explica esse fato. a) o corpo humano tem resistência elétrica desprezível se comparada ao passarinho. b) o corpo corpo humano humano é conduto condutorr e o do passari passarinho nho é dielétric dielétrico. o. c) as patas dos passarinho passarinhoss têm têm um isolam isolamento ento elétrico elétrico natural. natural. d) des desde de que man manten tenha ha uma pat pataa bem próxim próximaa à out outra, ra, a diferen diferença ça de pote potenci ncial al no ponto onde se encontra o passarinho é nula, enquanto que ao tocar os fios a pessoa fica sujeita a uma diferença de potencial.
8.
Uma lâmina bimetálica de bimetálica coeficientes de dilatação α1 campainha e α2 é presa num suporte e ligada a um circuito, como lâmpada mostra a figura abaixo. A situação, mostrada corresponcorresponde à temperatura ambiente. Podemos afirmar que: fonte elétrica a) a lâmpada acenderá se resfri resfriarm armos os a lâm lâmina ina e se α2 for menor que α1. b) a lâmpada acenderá se resfriarmos a lâmina e se α2 for maior que α1. c) a campainha tocará se resfriarmos a lâmina e se α2 for maior que α1. d) a lâmpada acenderá se aquecermos a lâmina e se α2 for maior que α1. e) a campainha tocará se aquecermos a lâmina e se α1 for maior que α2.
9.
lâmina
(UF-Viçosa) Normalmente, as distâncias entre os fios (desencapados) da rede elétrica de alta tensão são inferiores às distâncias entre as pontas das asas de algumas aves quando em vôo. Argumentando que isso pode causar a morte de algumas aves, ecologistas da região do Pantanal Mato-grossense têm criticado a
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empresa de energia elétrica da região. Em relação a esta argumentação, pode-se afirmar que: a) os ecologis ecologistas tas não tê têm m razão, razão, pois sabe-s sabe-see que é nula a resist resistência ência el elétric étricaa do corpo de uma ave. b) os ecolo ecologi gist stas as têm razão razão,, po pois is a mo mort rtee de uma ave pode poderá rá se dar com sua colisão com um único fio e, por isto, a maior proximidade entre os fios aumenta a probabilidade desta colisão. c) os ecolog ecologist istas as têm razão, razão, um umaa vez que, ao encosta encostarr simulta simultanea neamen mente te em dois fios, uma ave provavelmente morrerá eletrocutada. d) os ecologi ecologista stass não têm razão, razão, uma vez que, ao encostar encostar simult simultane aneame amente nte em dois fios, uma ave nunca morrerá eletrocutada. e) os ecolo ecologi gist stas as não têm têm razão, razão, pois pois sabesabe-se se que o corp corpoo de um umaa ave ave é um isolante elétrico, não permitindo a passagem de corrente elétrica. (UFRS(UFRS-200 2004) 4) Seleci Selecione one a altern alternati ativa va que I(A) preenche preenche corretamente corretamente as lacunas lacunas do text textoo abaixo, na ordem em que elas aparecem. 0,8 fio 1 As correntes elétricas em dois fios condutores fio 2 variam variam em funç função ão do temp tempoo de acordo acordo com o gráf gráfic icoo mo most stra rado do abaix abaixo, o, ond ondee os fios fios estão estão 0,3 identificados pelos algarismos 1 e 2. No intervalo de tempo entre zero e 0,6s, a quantidade de carga elétrica que atravessa uma 0,0 0,6 1,0 t(s) seção transversal transversal do fio maior para o fio ......... do que que para o outro fio; no intervalo intervalo entre 0,6s e 1,0s, ela é maior para o fio ........ do que para o outro fio; e no intervalo entre zero e 1,0s, ela é maior para o fio ......... do que para o outro fio. a) 1 – 1 – 2 b) 1 – 2 – 1 c) 2 – 1 – 1 d) 2 – 1 – 2 e) 2 – 2 – 1
10.
11. 11.
(PUC-2004) A enguia elétrica ou poraquê, peixe de água doce da região amazônica chega a ter 2,5 m de comprimento comprimento e 25 cm de diâmetro. Na cauda que ocupa cerca de quatro quintos do seu comprimento, está situada a sua fonte de tensão as elet eletro ropl plaa-ca cas. s. Depe Depend nden endo do do ta tama manh nhoo e da vita vitalid lidad adee do an anim imal al,, essa essass eletroplacas podem gerar uma tensão de 600V e uma corrente de 2,0A, em pulsos que duram cerca de 3,0 milésimos de segundo, descarga suficiente para atordoar uma pessoa ou matar pequenos animais. (Adaptado de Alberto Gaspar, "Física", v.3. São Paulo: Ática, 2000, p. 135)
Numa descarga Numa descarga elétrica da enguia sobre um animal, o núme número ro de cargas elétricas elétricas elementares que percorre o corpo do animal, a cada pulso, pode ser estimado em: Dado: carga elementar = 1,6 ⋅ 10 –19C. a) 5 ⋅ 108 b) 1 ⋅ 109 c) 2 ⋅ 1012 d) 4 ⋅ 1016 e) 8 ⋅ 1018 12. Na tira, tira, Garfie Garfield, ld, mui muito to mal maldos dosam ament ente, e, reprod reproduz uz o fam famoso oso exp experi erime mento nto de
Benjamin Franklin, com a diferença de que o cientista, na época, teve o cuidado de isolar a si mesmo de seu aparelho e de manter-se protegido da chuva de modo que não fosse fosse eletro eletrocut cutado ado como como tan tantos tos out outros ros que ten tentar taram am reprod reproduzi uzirr o seu experimento. Franklin descobriu que os raios são descargas elétricas produzidas geralmente entre entre uma nuvem e o solo ou entre partes de uma mesma nuvem que estão eletrizadas com cargas opostas. Hoje sabe-se que uma descarga elétrica na atmosfera pode gerar correntes elétricas da ordem de 105 amperes e que as tempestades que ocorrem no nosso planeta originam, em média, 100 raios por segundo. Isso significa que a ordem de grandeza do número de elétrons que são transferidos, por segundo, por meio das descargas elétricas, é, aproximadamente, (use para a carga de 1 elétron: 1,6 ⋅ 10 –19C) Segure a) 1022 um b) 1024 instante! c) 1026 d) 1028 Eletrodinâmica
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e) 1030
13.
(Unifesp-2002) (Unifesp-2002) Num livro de eletricidade eletricidade você encontra três informações: i nformações: a primeira afirma que isolantes são corpos que não permitem a passagem da corrente elétrica; a segunda afirma que o ar é isolante e a terceira afirma que, em média, um raio se consti con stitui tui de uma desca descarga rga elétrica elétrica corres corres-ponde -pondente nte a uma corrente corrente de 10000 ampères que atraves-sa o ar e desloca, da nuvem à Terra, cerca de 20 coulombs. Pode-se concluir que essas três informações são a) coerentes, coerentes, e que o interval intervaloo de tempo tempo médio médio de uma descarga descarga elétrica elétrica é de 0,002 b) coerentes, coerentes, e que o interval intervaloo de tempo tempo médio médio de uma descarga descarga elétrica elétrica é de 2,0 s. c) con confli flitan tantes tes,, e que o interval intervaloo de tempo médio médio de uma descar descarga ga elétric elétricaa é de 0,002s. d) con conflit flitante antes, s, e que o interval intervaloo de tempo tempo médio médio de uma des descar carga ga elétric elétricaa é de 2,0 s. e) con confli flitan tantes tes,, e que não é possív possível el avaliar avaliar o interva intervalo lo de temp tempoo médio de uma uma descarga elétrica.
14. (FCC) A área hachurada no gráfico abaixo representa:
a) b) c) d) e)
corr corren ente te elét elétri rica ca potência dife difere renç nçaa de pot poten enci cial al carg cargaa elét elétri ricca resi resist stên ênci ciaa elétr elétric icaa
a c i r t é l e
e t n e r r o c
(Fund. Brás Cubas-SP) Uma bateria automotiva, tipo chumbo-ac de: a) corren corrente te con contínu tínuaa recarr recarregá egável vel.. b) corren corrente te cont contínu ínuaa não-r não-reca ecarre rregáv gável. el. c) corr corren ente te alte altern rnad ada. a. d) freqüência.
15.
é um gerador
tempo
16. (FCC) A que tipo de corrente elétrica, alternada ou contínua, estão associadas,
respectivamente, respectivamente, as afirmações (I), (II) e (III) abaixo? IÉ ado adotada par para tra transporte de ene energia elé elétrica a grandes dis distâncias, usando-se alta-tensão para diminuir as perdas de energia elétrica. IIPermite armazenar energia elétrica em acumuladores para posterior devolução à rede, em horas de alto al to consumo. IIIÉ produzida em baterias de automóveis. a) Altern Alternada ada,, con contínu tínuaa e con contín tínua. ua. b) Alte Altern rnad ada, a, contí contínu nuaa e alter alterna nada da c) Alte Altern rnad ada, a, alte altern rnad adaa e contí contínu nuaa d) Cont Contin inua ua,, contín contínua ua e alte altern rnad ada. a. e) Con Contín tínua, ua, altern alternada ada e con contín tínua. ua. 17. (Epusp-SP) A corrente corrente elétrica produz sempre:
a) b) c) d) e) 18.
efeit efeitoo Jou Joule le e mag magné nétitico co.. ef efei eito to ma magn gnét étic ico. o. efeit efeitoo magn magnét étic icoo e quí quími mico co.. efeito efe ito mag magnét nético ico,, qquím uímico ico e Joul Joule. e. Nenhuma Nenhuma das afirmações afirmações anteriores anteriores é satisf satisfatória atória..
(Odont. (Odont. Itaquera-SP) Itaquera-SP) Em 1820, um físico físico dinam dinamarquê arquês, s, H. G. Oersted, notou que “uma corrente elétrica, passando por um condutor, desvia uma agulha magnética de uma bússola colocada na sua vizinhança, de tal modo que a agulha assume
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posição perpendicular ao plano definido pelo fio e pelo centro da agulha”. Tal fenômeno é devido à existência de: a) um um campo gr gravitacional d) um uma qu queda de de temperatura b) um campo elétrico e) nenhuma das alternativas c) um campo magnético 19. (UFSC) Julgue a afirmativa:
A corrente elétrica, ao passar através de um fio, gera calor (efeito Joule) devido ao fato de os choques entre as cargas serem parcialmente elásticos. 20. (FCC) Uma lâmpada elétrica de filamento incandescente não atinge a temperatura de fusão do filamento porque: a) a corr corrent entee elét elétric ricaa é altern alternada ada.. b) o ffililam amen ento to está está no no vác vácuo uo.. c) o efei efeito to Pel Peltitier er atu atuaa nas sold soldas as.. d) a irradiaç irradiação ão de calo calorr no interior interior da lâmpad lâmpadaa é det detida ida pel pela a própria própria reflexã reflexãoo do calor no vidro da lâmpada. e) após após cert certoo te temp mpo, o, gran grande de pa part rtee da ener energi giaa diss dissip ipad adaa por por efei efeito to Joul Joulee é irradiada. 21. (Arquit. Santos-SP) Nos dispositivos elétricos abaixo relacionados, assinale aquele
em que não ocorre o efeito Joule. a) Lâmpada de filamento d) Chuveiro elétrico b) Lâmpada fluorescente e) nenhuma das alternativas c) Ferro elétrico 22. (UFCE) Freqüentemente, deposita-se uma fina camada de cádmio metálico na
superfície de objetos feitos de ferro ou de aço para prevenir contra ferrugem. Deseja-se que um pedaço de ferro passe por esse processo. Ele é, então, ligado a um dos eletrodos e colocado dentro de um tanque contendo cádmio duplamente ionizado. Uma corrente de 60A é estabelecida durante uma hora. Nesse período, o número de átomos de cádmio depositados no ferro é, aproximadamente: (Dado adicional: carga do elétron: 1,6 ⋅ 10 –19 C.) a) 6 ⋅ 1023 b) 2 ⋅ 1023 c) 4 ⋅ 1023 d) 8 ⋅ 1023 23. (Univ. (Univ. Ponta Grossa-PR) Considerando-se um bipolo elétrico, pode-se afirmar que:
a) a corrente corrente elétrica elétrica que que entre por um termin terminal al é igual à corren corrente te elétrica elétrica que que sai pelo outro. b) a corr corren ente te elétri elétrica ca que en entr tree pe pelo lo termin terminal al po posi sititivo vo é ma maio iorr qu quee a corr corren ente te elétrica que sai pelo terminal negativo. c) a corr corren ente te elétri elétrica ca que entre entre pe pelo lo termin terminal al positi positivo vo é me meno norr qu quee a corr corren ente te elétrica que sai pelo terminal negativo.. d) é o aparel aparelho ho usado usado para para medi medirr potânc potância ia elétri elétrica. ca. (FCC) Na figura abaixo, está esquematizado um trecho de um circuito elétrico, onde i1, i2, i 3 e i4 são as intensidades das correntes elétricas não nulas que passam pelos fios que se cruzam no ponto P. Qual a relação entre as intensidades dessas correntes? a) i3 + i4 = i1 + i2 b) i3 = i1 + i2 + i4 i2 c) i1 + i4 = i3 + i2 d) i1 = i3 + i4 + i2
24.
i1 P
GABARITO 01. B 02. E
i3
i4 03. C
Eletrodinâmica
04. B
05. B
06. a) uma chave em A e a oura em B; b) sim
07. D
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Curso de Física 08. B 09. C 19. CERTO
10. D 21. B
Eletrodinâmica
11. D 22. A
12. C 23. A
13. C 24. A
14. D
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16. A
17. B
18. C
20. E
