O documento descreve conceitos fundamentais de eletricidade, incluindo: 1) Em 1897, Joseph Thomson identificou o eletrão, explicando fenômenos elétricos e a constituição da matéria. 2) Quando objetos como vidro e seda são esfregados, adquirem carga elétrica positiva ou negativa devido à troca ou excesso de elétrões. 3) Condutores como cobre transferem facilmente carga elétrica através de elétrões livres, enquanto isoladores como borracha retêm a

1. Energia e fenómenos elétricos
Subdomínio
2

2. 2.1 Grandezas elétricas

3. Em 1897, Joseph Thomson identificou a primeira
partícula elementar: o eletrão.
Joseph Thomson
(1856-1940)
Físico inglês laureado com o Prémio Nobel da Física
pelo contributo das suas descobertas para a compreensão
da matéria.

4. Além de esclarecer dúvidas acerca da constituição da matéria,
a descoberta do eletrão trouxe a explicação
para os fenómenos elétricos.
Até à descoberta do eletrão, julgava-se que existia um
«fluido elétrico» responsável pela eletrização dos corpos.
Depois da descoberta do eletrão, os fenómenos elétricos
passaram a ser interpretados com base na teoria atómica.

5. Carga elétrica

6. Esfregou-se um pedaço de vidro com um pano de seda.
Tanto o vidro como a seda, inicialmente com
carga elétrica nula, adquirem carga elétrica.
As forças de atrito levam a um aquecimento
das superfícies e ao consequente aumento da
energia interna.
O aumento de energia interna é suficiente para
libertar eletrões do último nível no material
cujos núcleos exercem menor atração.
A seda fica com excesso de carga negativa
(excesso de eletrões), enquanto o vidro fica com
excesso de carga positiva (défice de eletrões).
seda
vidro

7. Esfregou-se um pedaço de vidro com um pano de seda.
… carga elétrica positiva, pretende dizer-se que
passou a existir no corpo uma deficiência de
eletrões em relação a protões.
… carga elétrica negativa, pretende dizer-se que
passou a existir no corpo um excesso de eletrões
em relação a protões.
seda
vidro
Ao dizer-se que um corpo adquire…
O valor total da carga (Q) de um corpo é dado por:
Q = n x e
n — número inteiro;
e — unidade elementar de carga (1,602 x 10-19 C).
A unidade SI de carga elétrica é o coulomb (C).

8. A unidade SI de carga elétrica é designada por coulomb
em homenagem ao físico francês Charles Augustin de Coulomb.
Charles Augustin de Coulomb
(1736-1806)
Físico francês que, de uma forma engenhosa, conseguiu
medir a força elétrica entre corpos carregados.

9. Condutores e isoladores elétricos

10. O cobre é um metal muito utilizado em instalações elétricas.
No cobre, os eletrões não estão todos fortemente ligados aos núcleos atómicos.
Alguns destes eletrões, denominados eletrões de condução,
movimentam-se facilmente entre átomos vizinhos.
Desta forma, a carga em excesso ao longo do corpo
é facilmente transferida ao longo do material.

11. Quando o cobre é eletrizado, …
… o excesso de carga é transferido a todas as partes do sistema pelos eletrões livres, com elevada
mobilidade;
… o sistema atinge o equilíbrio eletrostático quando o excesso de carga se distribuir por toda
a superfície do condutor e o seu interior se mantiver neutro:
Cobre
Cobre em equilíbrio eletrostático com superfície
carregada positivamente e interior neutro.
Cobre
Cobre em equilíbrio eletrostático com superfície
carregada negativamente e interior neutro.
O cobre é um bom condutor elétrico.

12. Os metais, …
O corpo humano, … … o ar húmido, …
… e o planeta Terra são bons condutores elétricos.

13. A borracha é utilizada no revestimento de luvas de eletricistas para impedir
que o utilizador apanhe um «choque elétrico».
Na borracha, os eletrões estão fortemente ligados aos respetivos
núcleos atómicos da ligação química.
Os eletrões são, assim, impedidos de se movimentar entre núcleos vizinhos.

14. Quando a borracha é eletrizada, …
… o excesso de carga não é transferido a outras regiões do corpo, afastadas da zona de eletrização,
devido à reduzida mobilidade dos eletrões;
… a carga fica em equilíbrio na região onde o corpo foi eletrizado, e todas as restantes regiões do
corpo ficam eletricamente neutras:
Borracha
Borracha com zona carregada positivamente
em equilíbrio eletrostático.
Borracha
Borracha com zona carregada negativamente
em equilíbrio eletrostático.
A borracha é um isolador elétrico.

15. A borracha, …
… a madeira, … … a cortiça, … … o mármore, …
… e o vidro são isoladores elétricos.

16. Diferença de potencial elétrico

17. Colocaram-se duas cargas positivas a uma distância d.
Como as cargas têm a mesma natureza, surgem forças elétricas
repulsivas entre ambas, e estas têm tendência a afastar-se.
+ +
d
d
+ +
As cargas
afastam-se
Para que ambas as cargas sejam mantidas a uma distância d, é necessário que
o sistema exterior realize trabalho contra a força elétrica de repulsão.
+ +
+ + Frepulsiva
Frepulsiva
d
+ + Frepulsiva
Frepulsiva
Fexterior Fexterior

18. Colocaram-se duas cargas positivas a uma distância d.
+ +
d
A energia potencial elétrica (Epe) do sistema constituído
pelas duas cargas depende:
do valor das cargas elétricas interatuantes;
da distância relativa entre as cargas elétricas interatuantes.

19. Colocou-se uma carga positiva nas proximidades de outra carga,
também positiva, mas de valor mais elevado:
Q
+
Ambas as cargas são positivas, por isso têm tendência a afastar-se.
Para deslocar a carga de A para B, é necessário que o sistema elétrico receba energia da vizinhança.
A energia potencial elétrica em B é superior à energia potencial elétrica em A.
A variação da energia potencial elétrica entre A e B não depende do percurso
realizado para deslocar a carga entre esses dois pontos.
+
A
B
Epe(B) > Epe(A)

20. Q
Colocou-se uma carga positiva nas proximidades de outra carga,
também positiva, mas de valor mais elevado:
+
+
A
B
Epe(B) > Epe(A)
2Q
+
+
A’
B’
Epe(B’) = 2 x Epe(B)
Epe(A’) = Epe(A)
Se o valor da carga passar para o dobro, mantendo constantes as restantes condições, …
… a variação da energia potencial elétrica entre A e B aumenta também para o dobro.

21. A diferença de potencial elétrico (tensão) corresponde ao trabalho
realizado (WFe) pela força elétrica para deslocar uma carga unitária
positiva (carga de prova, q) de uma região (A) de potencial elétrico
UA para outra região (B) onde o potencial elétrico é UB.
UA – UB = WFe
q
O potencial elétrico numa região do espaço é de 1 volt quando o trabalho realizado pela força
elétrica para transportar uma carga de 1 coulomb desde um ponto que esteja ao potencial zero
(por exemplo, o solo) até essa região é de 1 joule. (UTerra = 0 V)
A unidade SI de diferença de potencial elétrico é o volt (V).
A força elétrica, Fe , tal como a força gravítica, é uma força conservativa; por isso:
WFe = – (ΔEpe)

22. Corrente elétrica

23. Em dias de tempestade, é frequente
a ocorrência de relâmpagos.
A faísca que se vê é uma manifestação
da corrente elétrica.
Há um movimento de eletrões entre dois pontos
através de um meio condutor — o ar húmido.
Como este movimento é de curta duração,
a corrente denomina-se transitória.
Esse movimento ocorre devido à
diferença de potencial entre os pontos.

24. O movimento de eletrões ocorre durante
um intervalo de tempo suficientemente longo.
Com uma pilha é possível obter corrente elétrica
num fio condutor sempre no mesmo sentido.
Considera-se que a corrente elétrica obtida
através de uma pilha é uma corrente permanente.
As baterias e as pilhas são frequentemente
utilizadas para fornecer energia aos mais variados
equipamentos.

25. Numa pilha, distinguem-se dois terminais:
Terminal positivo (+)
Corresponde a um ponto de potencial elétrico elevado.
Terminal negativo (–)
Corresponde a um ponto de baixo potencial elétrico.
Ao conectar os dois terminais por diferentes condutores, forma-se um circuito elétrico.
Num circuito elétrico como o da figura:
o terminal positivo pode receber continuamente eletrões;
o terminal negativo pode ceder continuamente eletrões.
Pode receber continuamente eletrões.
Pode ceder continuamente eletrões.

26. Numa pilha, distinguem-se dois terminais:
Terminal positivo (+)
Corresponde a um ponto de potencial elétrico elevado.
Terminal negativo (–)
Corresponde a um ponto de baixo potencial elétrico.
Entre os terminais da pilha, há uma diferença de potencial constante.
Essa diferença de potencial é assegurada pela reação química de oxidação-redução
que ocorre no interior da pilha.
Pode receber continuamente eletrões.
Pode ceder continuamente eletrões.
Movimento de eletrões
Gera-se um movimento de eletrões do terminal negativo para o terminal positivo.

27. Considere o seguinte circuito:
Ao fechar o interruptor, a corrente elétrica gera os seguintes efeitos:
a resistência aquece — efeito térmico;
a agulha magnética move-se — efeito magnético;
formam-se novas substâncias junto aos elétrodos — efeito químico.
A resistência aquece
A agulha magnética
move-se
Ocorre uma reação química na
solução aquosa condutora — eletrólise
Interruptor
fechado
CuCl2 (aq)
Cl2(g) Cu(s)

28. Considere o seguinte circuito:
A indicação de que a corrente elétrica no circuito tem um sentido bem definido consoante
as ligações feitas aos polos da pilha é evidente pelas seguintes observações:
a orientação da agulha magnética muda quando se trocam as ligações à pilha;
os produtos da reação química são diferentes, no voltâmetro, quando se trocam
as ligações à pilha: os produtos de reação trocam de elétrodo onde se vão formar.
A resistência aquece
A agulha magnética
move-se
Ocorre uma reação química na
solução aquosa condutora — eletrólise
Interruptor
fechado
CuCl2 (aq)
Cl2 (g) Cu(s)

29. A corrente elétrica pode ser estabelecida por diferentes tipos
de partículas, consoante o tipo de condutor:
Condutor metálico sólido
A corrente elétrica é assegurada pelos
eletrões «livres».
Condutor eletrólito
A corrente estabelece-se através de iões positivos
e negativos que se deslocam em sentidos opostos.
Condutor gasoso
A corrente estabelece-se através dos iões e eletrões
resultantes da ionização das moléculas ou átomos.
Quando um condutor é ligado aos terminais de uma pilha, a atração
e repulsão entre as partículas (eletrões ou iões) e os polos da pilha
conduzem a um movimento orientado dessas partículas carregadas.

30. A corrente elétrica pode ser estabelecida por diferentes tipos
de partículas, consoante o tipo de condutor:
Condutor metálico sólido
A corrente elétrica é assegurada pelos
eletrões «livres».
Condutor eletrólito
A corrente estabelece-se através de iões positivos
e negativos que se deslocam em sentidos opostos.
Condutor gasoso
A corrente estabelece-se através dos Iões e eletrões
resultantes da ionização das moléculas ou átomos.
Numa secção de um fio condutor percorrido por corrente
elétrica, verifica-se que os eletrões se deslocam
maioritariamente em direção ao polo positivo da pilha.

31. Sentido real e convencional da corrente elétrica

32. Num condutor sólido metálico, as cargas negativas
movimentam-se no sentido do polo positivo:
sentido real
sentido convencional
O sentido real da corrente corresponde ao sentido real do deslocamento das cargas negativas.
O sentido convencional (positivo) da corrente corresponde ao sentido do movimento
das cargas positivas.
A deslocação de uma carga negativa no espaço equivale à movimentação de uma carga de igual
valor mas com sinal oposto no sentido contrário.

33. Num condutor sólido metálico, as cargas negativas
movimentam-se no sentido do polo positivo:
Sentido real
Sentido convencional
A corrente elétrica é um movimento ordenado de carga elétrica
num condutor quando o mesmo está sujeito a uma diferença
de potencial elétrico.

34. Intensidade da corrente elétrica

35. A intensidade de corrente é a quantidade de carga que atravessa
uma secção transversal de um condutor, num dado intervalo de tempo.
Quando a corrente elétrica é estacionária (não varia no tempo),
a intensidade pode ser calculada pela expressão:
I =
Q
Δt
I — intensidade de corrente;
Q — quantidade de carga;
Δt — intervalo de tempo.
A unidade SI para a intensidade de corrente elétrica é o ampere (A).

36. A unidade SI de intensidade de corrente é denominada ampere
em homenagem a André-Marie Ampère.
André-Marie Ampère
(1775-1836)
Físico, matemático e filósofo francês que deu um importante
contributo para o estudo do eletromagnetismo.

37. Resistência elétrica

38. cobre ferro
O cobre e o ferro são ambos materiais condutores.
Ao comparar dois fios semelhantes de cobre e ferro sujeitos à mesma tensão,
verifica-se que a corrente elétrica atravessa com maior facilidade o cobre do que o ferro.
O cobre é , por isso, melhor condutor elétrico do que o ferro.

39. cobre ferro
Diz-se que os materiais têm diferentes resistências elétricas.
A resistência elétrica (R) é a propriedade macroscópica característica
de um condutor que traduz a oposição do material ao transporte
da carga elétrica.
R = U
I
A resistência elétrica (R) do material depende da intensidade
de corrente (I), quando sujeito a uma tensão U:
A unidade SI de resistência elétrica é o ohm (Ω).

40. cobre ferro
O ferro resiste mais à passagem da corrente elétrica do que o cobre,
logo a resistência elétrica do ferro é maior do que a do cobre.
Isso significa que a intensidade de corrente no fio de ferro será inferior
à intensidade de corrente no fio de cobre, quando sujeitos à mesma tensão,
atendendo a que os fios têm características semelhantes.

41. Nos condutores metálicos, verifica-se uma proporcionalidade direta
entre a tensão e a intensidade de corrente, a temperatura constante.
U/V
I/A
Quando se verifica esta
proporcionalidade direta,
diz-se que o condutor é
óhmico.
Lei de Ohm
A resistência de um condutor metálico é constante, qualquer
que seja a diferença de potencial elétrico (tensão) aplicado.
R = U
I
= constante

42. Há materiais para os quais não se verifica uma proporcionalidade
direta entre a tensão e a intensidade de corrente.
Neste caso, diz-se que o condutor é não óhmico.
U/V
I/A
R = U
I
≠ constante

43. Conclusão
Depois da descoberta do eletrão, os fenómenos elétricos
passaram a ser interpretados com base na teoria atómica.
A corrente elétrica é um movimento ordenado de carga elétrica
num condutor quando o mesmo está sujeito a uma diferença
de potencial elétrico.
A Lei de Ohm diz que a resistência de um condutor metálico é
constante, qualquer que seja a diferença de potencial elétrico
(tensão) aplicado.