Exercícios para as turmas do 3 ano da E.E.B. Silva Jardim.

1. CORRENTE
ELÉTRICA
A corrente elétrica é um movimento
ordenado de cargas elementares.
A corrente elétrica pode ser um
simples jato de partículas no vácuo,
como acontece num cinescópio de TV,
em que um feixe de elétrons é lançado
contra a tela. No entanto, na maioria
dos casos, a corrente elétrica não
ocorre no vácuo, mas sim no interior
de um condutor. Por exemplo,
aplicando uma diferença de potencial
num fio metálico, surge nele uma
corrente elétrica formada pelo
movimento ordenado de elétrons.

2. Não se pode dizer que todo movimento de cargas elétricas
seja uma corrente elétrica. No fio metálico, por exemplo,
mesmo antes de aplicarmos a diferença de potencial, já existe
movimento de cargas elétricas. Todos os elétrons livres estão
em movimento, devido à agitação térmica. No entanto, o
movimento é caótico e não há corrente elétrica.

3. Quando aplicamos a diferença de potencial,
esse movimento caótico continua a existir,
mas a ele se sobrepõe um movimento
ordenado, de tal forma que, em média, os
elétrons livres do fio passam a se deslocar ao
longo deste. É assim que se forma a corrente
elétrica.
O símbolo convencional para representar a
intensidade de corrente elétrica (ou seja, a
quantidade de carga Q que flui por unidade
de tempo t) é o I, original do alemão
Intensität, que significa intensidade.
A unidade padrão no SI para medida de
intensidade de corrente é o ampère. A
corrente elétrica é também chamada
informalmente de amperagem.

4. EXERCÍCIOS
1. O que é corrente elétrica? Qual o sentido convencional da
corrente elétrica e qual o seu sentido real?
2. ( (Vunesp-SP) Mediante estímulo, 2 . 105 íons de K+ atravessam
a membrana de uma célula nervosa em 1,0 milisegundo.
Calcule a intensidade dessa corrente elétrica, sabendo que a
carga elementar é 1,6 .10-19C.
3. (PUC-SP) Uma lâmpada permanece acesa durante 1h, sendo
percorrida por uma corrente elétrica de intensidade igual a
0,5A. A carga do elétron em valor absoluto é 1,6.10-19C.
a) Qual a carga elétrica que passou por uma secção de seu
filamento?
b) Quantos elétrons passaram?

5. 4. Às vezes sentimos um choque
elétrico ao morder – por descuido
– um pedaço de papel alumínio
com um dente que sofre
obturação co amálgama. Por que
isso acontece?
Amálgama é um material,
utilizado na odontologia, feito de
uma liga de mercúrio, prata e
estanho, que por ser resistente a
oxidação, tem a finalidade de
proporcionar a restauração dos
dentes.

6. Isto tem utilidade?
Em 1887 foi feito o primeiro eletrocardiograma
humano, medindo-se a corrente elétrica que provoca
as contrações do coração. Hoje, sabe-se que os
músculos são excitados pela corrente elétrica
proveniente do tecido nervoso.
Pacientes com problemas na frequência cardíaca
podem ser tratados pela utilização de um estímulo
elétrico externo no músculo cardíaco. Os marca-
passos são pequenos aparelhos que estimulam
eletricamente o coração.
Exercício
5. Qual a função do marca-passos?

7. Marca-passos

8. RESISTOR
Resistor é todo dispositivo elétrico que transforma exclusivamente
energia elétrica em energia térmica.
SÍMBOLO

9. Alguns dispositivos elétricos classificados
como resistores: ferro elétrico, chuveiro,
lâmpada incandescente etc.

10. • A figura mostra o
aspecto físico de
alguns tipos de
resistores
•

11. • A figura mostra os
tipos mais comuns
de resistores
variáveis.

12. 1ª Lei de OHM
Mantendo-se constante
a temperatura do resistor, U
sua resistência elétrica
permanecera constante. R=
i
Unidade: Volt/Ampere(ohm,Ω)
Resistor ôhmico

13. 2ª LEI DE OHM
L
A
ρ .L
R=
A
ρ = Resistividade do material (ohm.m))

14. Resistividade elétrica é uma medida da oposição
de um material ao fluxo de corrente elétrica. Quanto
mais baixa for a resistividade mais facilmente o
material permite a passagem de uma carga elétrica.
A unidade SI da resistividade é o ohm.metro
(Ωm).
Dependência da temperatura
Uma vez que é dependente da temperatura a
resistência específica geralmente é apresentada para
temperatura de 20 ºC. No caso dos metais aumenta
à medida que aumenta a temperatura enquanto que
nos semicondutores diminui à medida que a
temperatura aumenta.
Conforme o valor da sua resistividade um material
pode ser considerado condutor ou isolante.

16. EXERCÍCIOS
6. Os elétrons podem se mover mais facilmente no
metal ou no vidro? Explique.
7. Cite duas razões para se utilizar fios grossos nas
instalações das casas.
8. O diâmetro e o comprimento de um fio de cobre são
dobrados. O que ocorre com a resistência elétrica do
fio?
9. Aplica-se uma ddp de 100V nas extremidades de um
fio de secção circular de área 2mm² e resistividade
elétrica 0,001Ω.m. Sabendo-se que a corrente
elétrica que circula tem intensidade 10A, calcule o
comprimento total do fio.

17. Isto tem utilidade?
Alguns tipos de detectores de mentira funcionam medindo a
resistência elétrica do corpo humano. Nosso corpo, por ser
constituído em grande parte por água e íons dissolvidos, é
condutor elétrico. A resistência do nosso corpo depende de
vários fatores, como o caminho percorrido pela corrente, o tipo
de contato que fazemos com os eletrodos, a umidade da pele
etc. A teoria diz que, quando mentimos nosso corpo sofre
algumas modificações na sua resistência elétrica. Por exemplo,
podemos começar a suar mais e a diminuir a resistência
elétrica.
Os detectores de mentira ficam monitorando continuamente a
resistência entre dois pontos do corpo da pessoa submetida ao
teste, e indicam os instantes em que ela tem alguma alteração
significativa em sua resistência elétrica. Quando isso ocorre, é
sinal de que ela estará um pouco mais nervosa, supostamente
devido alguma mentira.

18. POTÊNCIA ELÉTRICA
Muitas vezes, na propaganda de certos produtos de
eletrônicos, destaca-se a sua potência. Podemos citar como
exemplos os aparelhos de som, os chuveiros e as fontes dos
microcomputadores.
Sabemos que esses aparelhos necessitam de energia
elétrica para funcionar. Ao receberem essa energia elétrica,
eles a transformam em outra forma de energia. No caso do
chuveiro, por exemplo, a energia elétrica é transformada em
energia térmica.
Quanto mais energia for transformada em um menor
intervalo de tempo, maior será a potência do aparelho.
Portanto, podemos concluir que potência elétrica é uma
grandeza que mede a rapidez com que a energia elétrica é
transformada em outra forma de energia.
.

19. • Define-se
potência elétrica
como a razão
entre a energia
elétrica
transformada e o
intervalo de
tempo dessa
transformação.
Observe o quadro
ao lado:

20. Podemos
também calcular
a potência
elétrica através
da através da
tensão e da
corrente.

21. Potência elétrica dissipada
Quando utilizamos algum aparelho que funciona à base de
transformação de energia, podemos observar que ele esquenta
durante o seu funcionamento. Isso não é diferente quando
estamos lidando com aparelhos que funcionam à base de
energia elétrica.
Esse aquecimento é conhecido como efeito Joule, e ele é
fruto das colisões que os elétrons sofrem contra os átomos e
íons que pertencem ao condutor. A energia que é drenada
nesse aquecimento é chamada de energia dissipada
Existem aparelhos que têm como objetivo dissipar toda a
energia elétrica e transformá-la em energia térmica. Temos
muitos exemplos cotidianos de aparelhos que funcionam assim,
o chuveiro, o ferro de passar, o forno elétrico, o secador de
cabelo, etc.

22. Se tomarmos a lei de
Ohm R = U/i, e a
equação para
calcularmos a potência
P = U.i é possível
determinar o valor da
potência elétrica
dissipada. Observe o
quadro ao lado:

23. Unidades de
potência e energia
elétrica
As duas unidades
de potência mais
usadas são o watt
(W) e o quilowatt
(kW). Elas estão
representadas no
quadro abaixo,
assim como a
conversão entre
elas:

24. EXERCÍCIOS
10. (Unb-DF) Um cidadão que morava em Brasília, onde a voltagem é
220V, mudou-se para o Rio de Janeiro, onde a voltagem é de 110V.
Para que tenha a mesma potência no chuveiro elétrico, ele deverá
modificar sua resistência para:
a) ½ da resistência original
b) ¼ da resistência original
c) 2 vezes resistência original
d) 4 vezes a resistência original
Justifique sua resposta.
11. A ddp existente nas tomadas elétricas de nossas residências é de
110V. Um aquecedor elétrico é ligado a uma tomada. Verificamos
que passam pelo aquecedor 200 coulombs em 25 segundos.
Determine a potência consumida pelo aquecedor.
12. (Fuvest-SP)
a) Qual a resistência elétrica de uma lâmpada de 220V e 60W?
b) Supondo que a resistência elétrica varia pouco com a temperatura,
qual a potência dissipada quando a lâmpada é ligada a uma tomada
de 110V?

25. Isto tem
utilidade?
É muito importante saber qual
é a potência de cada aparelho que
estamos ligando em uma tomada.
Normalmente, os fios e as
tomadas têm um valor máximo de
corrente que podem suportar sem
se danificar. Quando este valor é
excedido, os fios se aquecem em
demasia, podendo resultar em um
derretimento de sua capa isolante.
Isto provoca um curto-circuito, que
é uma das principais causas de
incêndios em residências.
Antes de ligar os aparelhos é
importante saber a potência que
cada um exige e verificar se a
soma das potências não é maior
do que o recomendado na
tomada.

26. EXERCÍCIOS
13. Numa casa são utilizadas 6 lâmpadas elétricas de 100W durante 2
horas por dia, 4 lâmpadas de 60W durante uma hora por dia, um
chuveiro elétrico de 100W durante meia hora por dia e uma
geladeira de 250W durante 10 horas por dia. Sabendo que o
KWh é cobrado à razão de R$ 0,20, determine o custo de energia
elétrica consumida por essa casa em trinta dias.
14. Uma residência é iluminada por 12 lâmpadas de incandescência,
sendo 5 de 100W e 7 de 60W cada.
a) Para uma média diária de 3 horas de utilização, qual a energia
consumida, em KWh, por essas lâmpadas em um mês?
b) Sendo a tensão da instalação de 115V, qual é a corrente tal
utilizada pelas lâmpadas?

27. Isto tem utilidade?
Na escolha dos fios para as instalações elétricas de uma
edificação, é necessário determinar a área (bitola) do fio para
que a resistência seja baixa e, ao mesmo tempo, usar o fio
mais fino possível para diminuir os custos: um fio muito grosso
possui resistência pequena, mas é mais caro. O fio deve ser
escolhido de acordo com a corrente máxima que,
supostamente, passará por ele.
Como vimos, a potência dissipada pelo fio é dada por P = Ri².
Um fio fino possui resistência maior e dissipa mais potência do
que um fio grosso, ao ser percorrido por uma determinada
corrente. A potência dissipada é a responsável pelo
aquecimento do fio, e é preciso que o fio dissipe este calor com
eficiência, pois – caso contrário- pode haver um
superaquecimento, derretendo a capa isolante e podendo
provocar curto-circuito na instalação. Por outro lado, quanto
maior for o diâmetro do fio, maior será o seu poder de
dissipação de calor. Estes fatores combinados determinam a
corrente máxima segura que pode passar pelo fio.
Levando em consideração o tipo de fio, o tipo de capa
isolante e as condições de instalação dos fios (área, enterrada
ou em tubos), pode-se determinar qual a corrente máxima
segura para este fio.

28. Área do fio Corrente
(mm²) máxima (A) • Na tabela,
mostramos um
1 10,5 exemplo para um fio
1,5 13 com capa isolante
2,5 18 termoplástica, área
do fio em mm² e a
4 24
corrente máxima
6 31 sugerida para sua
10 42 utilização (em A).
16 56
25 73
35 89
50 108

29. EXERCÍCIOS
15. (Unicamp-SP) Um aluno necessita de um resistor que,
ligado a uma tomada de 220V, gere 2 200W de potência
térmica. Ele constrói o resistor usando fio de
resistividade elétrica 2,0 . 106 (Ω.m) e área de secção
transversal de 5,0 . 10-² mm². Quantos metros de fio
deverão ser utilizados?

30. Supercondutividade
Em 1911, Kammerlingh Onnes, que foi o primeiro a conseguir a
liquefação do gás hélio que acontece em 4,2 K. Ele estava
pesquisando sobre as propriedades de metais sobre temperaturas
extremamente baixas banhando em hélio líquido. Durante um
desses experimentos, Onnes descobriu que a resistência do
mercúrio caia a zero na temperatura perto de 4 K. Com isso, foi
descoberto os supercondutores, uma nova classe de condutores.
Onnes ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1913.
Com evolução das pesquisas, a temperatura para que os
supercondutores ocorressem foi aumentando. Até a década
passada ocorria na ordem dos 28 K. Mas com a descoberta de
novos materiais supercondutores, ocorreu um aumento
surpreendente de temperatura para a utilização de
supercondutores, com os óxidos cerâmicos, com os fulerenos, os
borocarbetos e o composto intermetálico MgBr2. Atualmente o
recorde é de 134 K para um óxido de mercúrio, bário, cálcio e
cobre.

31. Supercondutores são materiais
que têm resistência elétrica
praticamente nula e nos quais a
corrente elétrica não perde energia
para o material. Com isso pode-se
construir equipamentos que
aproveitam ao máximo a energia
elétrica disponível, sem que seja
transformada em calor. Meios de
transportes, principalmente trens
suspensos por campos
magnéticos, podem usar esta
tecnologia.
O trem japonês, MAGLEV, que
usa tecnologia de materiais
supercondutores e atinge mais de
500Km/h com segurança.

32. EXERCÍCIOS
16. Após leitura do texto – Supercondutividade -
responda a questão que se segue:
Quando a temperatura do material aumenta
também aumenta o grau de agitação dos seus
átomos e moléculas. Isso faz com que os
elétrons tenham maior dificuldade de transitar
por dentro do material. Qual a relação existente
entre essa afirmação e a 2º Lei de Ohm.

33. EFEITOS DA CORRENTE
ELÉTRICA
• efeito joule: liberar calor
• efeito magnético: gerar
campo magnético
• efeito fisiológico: choque
• efeito químico: produzir
reações químicas
• efeito luminoso: gerar luz

34. EXERCÍCIOS
17. Um estudante deseja aquecer 1,2 litros de água contida em um
recipiente termicamente isolado e de capacidade térmica
desprezível, com o auxílio de um resistor R imerso na água e
conectado diretamente a uma bateria de 12V e de resistência
interna praticamente nula. Calcule R para que a temperatura da
água seja elevada de 20ºC para 32ºC em 42 mim.
Adote 1 cal = 4,2 J.
18. Um ferro elétrico tem resistência ôhmica de 11Ω. Sabendo-se que
ele é utilizado durante 1h por dia e que a tensão da rede elétrica é
de 110V, qual o consumo, em cal, após 30 dias?
Adote 1cal = 4J.
19. A corrente elétrica ao passar pelos condutores, pode apresentar
cinco efeitos principais. Cite , explique e exemplifique cada um
deles.

35. Integrando conceitos:
CHOQUES ELÉTRICOS
a) Por que o choque ocorre?
Quando uma corrente elétrica atravessa nosso corpo, interfere com as
correntes internas carregadas pelos nervos e nos dá a sensação de
formigamento.
Para que isto ocorra, é necessário existir uma diferença de potencial entre
dois pontos do corpo: quanto maior esta diferença de potencial, maior a
corrente elétrica e maior o choque.
Normalmente, um dos pontos são os pés, que estão em contato com o
solo, e o outro ponto é o que entra em contato com algum aparelho ou fio.
O valor da corrente depende de vários fatores, como a voltagem e a
resistência elétrica do caminho que ela percorre pelo corpo. A resistência
do corpo humano varia de pessoa para pessoa e depende muito das
condições da pele. A resistência do corpo humano molhado é muito menor
do que quando seco. Molhado, a resistência baixa, e a corrente que passa
pelo corpo pode ser muito alta, mesmo para uma pequena tensão.
É interessante notar que os danos causados pelos choques são mais
relacionados com a corrente elétrica do que com as voltagem. Choques
fatais podem ocorrer com voltagens de apenas 20V.

36. b)Danos ao corpo humano • A tabela indica os valores
Quando uma corrente passa pelo
corpo, os seguintes efeitos podem de aproximados de
ocorrer: sensação de formigamento,
dor, contração e espasmos musculares,
corrente e os danos que
alteração nos batimentos cardíacos, causam.
parada respiratória, queimaduras e
morte. Os danos decorrem do fato de a Corrente(em mA) Danos que acarretam
movimentação dos músculos e a
transmissão de sinais nervosos se 1 a 10 Leve formigamento
darem pela passagem de pequenas 10 a 20 Dor e forte
correntes elétricas. ‘formigamento’
Deve ser lembrado que também o
trajeto que a corrente percorre no corpo 20 a 100 Convulsões e parada
respiratória
humano é um fator determinante dos
danos causados. Os choques mais 1 Fibrilação
perigosos são os recebidos quando se
segura um fio em cada mão, pois o
caminho da corrente passa próximo ao
coração. Por isso os eletricistas evitam
utilizar as duas mãos ao mesmo tempo
quando mexem em um circuito elétrico
que pode estar energizado.
Acima de 200 Queimaduras e parada
cardíaca

37. d) Situações de perigosas e como evitar choques
- Lembre-se sempre de que correntes elétricas podem matar e que o número
de acidentes é grande.
- Ao lidar com fios ou tomadas, certifique-se de que o disjuntor esteja
desligado. Mesmo assim antes de tocar em qualquer fio use uma chave-
teste para verificar se existe ddp entre o fio e sue corpo.
- Tire da tomada qualquer equipamento antes de abri-lo . Não mexa nos
circuitos de equipamento sem conhecer detalhadamente a função de cada
componente (consertos devem ser feitos por especialistas) já que, mesmo
desligados, alguns componentes (como os capacitores) podem causar
violentos choques pois armazenam energia.
- Evite ao máximo usar aparelhos elétricos no banheiro ou nas proximidades
de piscinas. Quando o corpo esta molhado, a condução de eletricidade
através dele é facilitada e as chances de você sofrer lesões graves são
maiores.
- Caso tenha crianças pequenas em casa compre tapadores de tomadas
para evitar acidentes.
- Só use fios que estejam em perfeitas condições, inclusive para extensões
elétricas.
- Nunca toque fios que estão na rua, mesmo quando a companhia elétrica
indicou que a energia seria cortada.

38. EXERCÍCIOS
20. Qual a corrente, em mA, que passa em um chuveiro comum de
2200W de potência, ligado a uma tensão de 220V? Consultando a
tabela do ítem b, qual os danos que acarretam um choque com
essa amperagem.
21. Explique por que devemos evitar usar equipamentos elétricos no
banheiro e piscinas.

39. e) O que fazer quando um choque acontece?
- Ao atender uma pessoa que levou um choque devemos, em
minutos desligar a fonte de energia elétrica. Caso não seja possível
desligar a energia, devemos usar um pedaço de madeira seca, por
exemplo, para afastar os fios da pessoa. Nunca devemos utilizar
canos ou madeira molhada.
RESPONDA
22. Por que esses materiais não devem ser utilizados?
- Após desligar a energia elétrica, devemos pedir ajuda imediatamente.
O choque pode causar parada respiratória ou cardíaca.
RESPONDA
23. Qual o nome do aparelho utilizado em casos de parada cardíaca?

40. Isto tem utilidade?
A chave teste é montada no
interior de um cabo de uma
chave de fenda. A
extremidade deste cabo é feita
de metal. Um resistor e uma
lâmpada de neon são ligados
entre esta extremidade e a
chave de fenda.
Quando colocamos a ponta
da chave em contato com o fio
que possui tensão (110 ou
220V) e tocamos a parte
metálica do cabo, o circuito se
fecha e a lâmpada acende,
indicando que existe tensão
entre o fio e a terra.

41. Isto tem utilidade?
O relógio de luz
O que comumente
chamamos de relógio da luz é
na verdade um medidor da
energia elétrica consumida na
instalação onde é colocado.
Como ler o medidor e
acompanhar o
consumo
O medidor é composto por
quatro relógios. A leitura é
iniciada pelo primeiro deles,
localizado à direita de quem o
lê. O ponteiro gira no sentido
do menor para o maior
algarismo.

42. Ao fazer a leitura lêem-se os reloginhos da esquerda para a direita. A leitura
corresponde sempre ao último número ultrapassado pelo ponteiro no seu sentido
de rotação. Observe que o 1º e o 3º relógios giram no sentido anti-horário,
enquanto o 2º e o 4º giram no sentido horário. Por exemplo , suponhamos que
num dado instante, os reloginhos apresentem o seguinte aspecto:
KWh
A leitura é então: 4.627KWh
Essa leitura em si não tem valor significativo. O que interessa é a diferença
entre duas leituras consecutivas, a qual indica o consumo. Geralmente as leituras
são feitas no intervalo de um mês. Por exemplo se a leitura do mês anterior foi de
5.273KWh, o consumo no período corresponde à diferença:
consumo = 5.273 – 4.627 = 646KWh

43. A “conta de luz”
A conta de luz fornecida num período de tempo,
geralmente, de um mês marca o consumo medido pela
diferença de leituras e é expresso em KWh. Observe o
preço do KWh e os impostos que incidem sobre a conta
e é possível analisar o consumo de energia elétrica nos
diversos meses anteriores.