Física eletricidade

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Física - resumo de eletricidade - Programa Maranhão Profissional Etapa Pré-vestibular São João dos PatosMA

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Física eletricidade

  1. 1. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSACOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 1
  2. 2. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Cargas Elétricas A matéria é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores, os prótons, os elétrons e os nêutrons. Os prótons e os nêutrons localizam-se na parte central do átomo, e formam o núcleo. Os elétrons giram em torno do núcleo na região denominada eletrosfera. Os prótons e os elétrons apresentam uma importante propriedade física, a carga elétrica. A carga elétrica do próton e a do elétron têm a mesma intensidade, mas sinais contrários. A carga do próton é positiva e a do elétron, negativa.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 2
  3. 3. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Num átomo não existe predominância de cargas elétricas; o número de prótons é igual ao número de elétrons. O átomo é um sistema eletricamente neutro. Entretanto quando ele perde ou ganha elétrons, fica eletrizado. Eletrizado positivamente quando perde elétrons e negativamente quando recebe elétrons. Sendo a carga do elétron a menor quantidade de carga elétrica existente na natureza, ela foi tomada como carga padrão nas medidas de carga elétricas. No Sistema Internacional de Unidades, a unidade de medida de carga elétrica é o Coulomb (C). A carga do elétron, quando tomada em módulo, é chamada de carga elementar e é representada por e. carga elementar: 1,6.10 - 19 C carga do elétron: - 1,6.10 - 19 C carga do próton: + 1,6.10 - 19 CCOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 3
  4. 4. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSACOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 4
  5. 5. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Princípio da atração e repulsão Princípios da Eletrostática • Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem; • Cargas elétricas de sinais opostos se atraem. Princípio da conservação das cargas • Num sistema eletricamente isolado, a soma algébrica dasquantidades de cargas positivas e negativas é constante.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 5
  6. 6. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Condutores elétricos Meios materiais nos quais as cargas elétricas movimentam-se com facilidade. Isolantes elétricos ou dielétricos Meios materiais nos quais as cargas elétricas não têm facilidade de movimentação.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 6
  7. 7. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Eletrização de um corpo O processo de eletrização de um corpo é semelhante ao de umátomo. Se num corpo o número de prótons for igual ao número deelétrons, dizemos que ele está neutro. Quando um corpo apresentauma falta ou um excesso de elétrons, ele adquire uma carga elétrica Q,que é sempre um número inteiro n de elétrons, de modo que:Q = .e n , sendo n um numero inteiro. Portanto, um corpo pode ser:a) eletrizado positivamente: falta de elétrons Q = + n . eb) eletrizado negativamente: excesso de elétrons Q = – n . eCOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 7
  8. 8. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Eletrização de um corpo • Quando há um desequilíbrio entre o número de elétrons e o número de prótons, o corpo está eletrizado.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 8
  9. 9. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA - Para que um corpo esteja carregado positivamente, é necessário que seus prótons estejam em maior número que os seus elétrons.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 9
  10. 10. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA - Para que um corpo esteja carregado negativamente é necessário que os seus elétrons estejam em maior número que seus prótons.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 10
  11. 11. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA - Para que um corpo seja considerado neutro, seu número elétrons deve ser igual ao seu número de prótons.  + +  +  +  +  +  + COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 11
  12. 12. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSACOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 12
  13. 13. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSACOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 13
  14. 14. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Corrente Elétrica Corrente elétrica é o movimentoordenado de cargas elétricas. •Nos sólidos: elétrons livres. Ex.: Metais •Nos líquidos: cátions e ânions. Ex.: H2O+NaCl •Nos gases: cátions e elétrons. Ex.: GásionizadoCOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 14
  15. 15. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Intensidade da Corrente Elétrica Q i = ∆t i→ intensidade da corrente elétrica (A) Q→ quantidade de carga(C) t→ tempo (s) A = C/sCOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 15
  16. 16. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Potência elétrica Definimos a potência elétrica (P) para qualquer máquina pela relação entre a quantidade de energia transformada (∆E) e o correspondente intervalo de tempo (∆ t).COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 16
  17. 17. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Potência elétrica P→ Potência elétrica (W) E → Energia (J) t → tempo (s)COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 17
  18. 18. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Lâmpada de 60 W 60 J / s Chuveiro elétrico 2600 W – 6800 W TV 105 W Geladeira 101 W Home-Theater 30 a 130 W Usina Jorge Lacerda 700 MW Angra I 500 MW Angra II 1000 MW Itaipu 12000 MW kWh medida de energia 1000 W em uma hora Preço do kWh (abril 2011) ~ R$ 0,4COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 18
  19. 19. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA APARELHO POTÊNCIA DIAS DE USO MÉDIA DE CONSUMO CUSTO EM ELÉTRICO EM WATTS POR MÊS UTILIZAÇÃO MENSAL REAIS(R$) POR DIA (KWh) SOM 3 x1 80W 20 3h 4,8kwh AR- 1000 30 8,0 240kwh CONDICIONADO 7.500 BTU SECADOR DE 30 10min 7,0kwh CABELO 1400 GRANDE LAVADORA DE LOUÇAS 1500 30 40 min 30,0kwhCOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 19
  20. 20. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Resistores: transformar energia elétrica em energia térmica (dissipar energia elétrica) ou limitar a intensidade da corrente elétrica em circuitos eletrônicos.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 20
  21. 21. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 1ª LEI DE OHM: MANTIDA A TEMPERATURA CONSTANTE, O QUOCIENTE DA DDP APLICADA PELA RESPECTIVA INTENSIDADE DE CORRENTE ELÉTRICA RESULTAVA EM UMA CONSTANTE CARACTERÍSTICA DO RESISTOR. 1ª Lei de OhmCOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 21
  22. 22. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 1ª Lei de OhmCOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 22
  23. 23. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSACOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 23
  24. 24. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Resistores Não ÔhmicosCOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 24
  25. 25. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA ASSOCIAÇÃO DE RESISTORESEM UM CIRCUITO É POSSÍVEL ORGANIZAR CONJUNTOS DE RESISTORES INTERLIGADOS,CHAMADA ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES. O COMPORTAMENTO DESTA ASSOCIAÇÃO VARIACONFORME A LIGAÇÃO ENTRE OS RESISTORES, SENDO SEUS POSSÍVEIS TIPOS: EM SÉRIE, EMPARALELO E MISTA.ASSOCIAÇÃO EM SÉRIEASSOCIAR RESISTORES EM SÉRIE SIGNIFICA LIGÁ-LOS EM UM ÚNICO TRAJETO, OU SEJA:COMO EXISTE APENAS UM CAMINHO PARA A PASSAGEM DA CORRENTE ELÉTRICA ESTA ÉMANTIDA POR TODA A EXTENSÃO DO CIRCUITO. JÁ A DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE CADARESISTOR IRÁ VARIAR CONFORME A RESISTÊNCIA DESTE, PARA QUE SEJA OBEDECIDA A 1ª LEIDE OHM, ASSIM:COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 25
  26. 26. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA ASSOCIAÇÃO EM PARALELO: Ligar um resistor em paralelo significa basicamente dividir a mesma fonte de corrente, de modo que a ddp em cada ponto seja conservada. Ou seja: Usualmente as ligações em paralelo são representadas por: Como mostra a figura, a intensidade total de corrente do circuito é igual à soma das intensidades medidas sobre cada resistor, ou seja: Pela 1ª lei de ohm: E por esta expressão, já que a intensidade da corrente e a tensão são mantidas, podemos concluir que a resistência total em um circuito em paralelo é dada por:COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 26
  27. 27. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSACOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 27
  28. 28. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA 2ª Lei de Ohm: a resistência elétrica e diretamente proporcional à área (A) da secção transversal e inversamente proporcional ao comprimento (L) fio. Resistividade (ρ): uma grandeza que depende do material que constitui o resistor e da temperatura. 2ª Lei de OhmCOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 28
  29. 29. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Aplicações do Efeito Joule  Fornos: laboratórios e na indústria se usam fornos elétricos para obtenção de temperaturas elevadas. O forno contém uma resistência elétrica que liberta calor com a passagem da corrente. Ele é revestido externamente com uma substância que transmite mal o calor, como por exemplo amianto. Desse modo, o calor libertado pela resistência fica todo no interior do forno.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 29
  30. 30. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Aplicações do Efeito Joule  Lâmpadas Incandescentes: As lâmpadas elétricas têm uma estrutura Incandescentes muito simples. Na base, existem dois contatos de metal, que são ligados a dois fios rígidos, que são conectados ao filamento de metal fino. O filamento fica no meio da lâmpada, protegido por uma cápsula de vidro. Os fios e o filamento estão dentro da lâmpada de vidro, que é cheia de gás inerte, como o argônio.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 30
  31. 31. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Aplicações do Efeito Joule • Fusíveis: Em uma instalação elétrica sempre são usados fios capazes de suportar uma certa intensidade de corrente. A corrente não deve atingir valores muito mais elevados do que o valor previsto porque senão o calor libertado por efeito Joule pode fundir os fios e estragar a instalação.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 31
  32. 32. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA • A ECONOMIA GERADA PELA RECICLAGEM • Cada tonelada de papel reciclado representa 3 m³ de espaço disponível nos aterros sanitários. • A energia economizada com a reciclagem de uma única garrafa de vidro é suficiente para manter acesa uma lâmpada de 100 W durante quatro horas. • Com a reciclagem de uma lata de alumínio economiza-se o suficiente para manter ligado um aparelho de televisão durante 3 horas. • Uma tonelada de papel reciclado significa economia de três eucaliptos e 32 pinus, árvores usadas na produção de celulose. • Na fabricação de uma tonelada de papel reciclado são necessários apenas 2 mil litros de água, ao passo que no processo tradicional esse volume pode chegar a 100 mil litros por tonelada.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 32
  33. 33. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA • O Brasil só recicla cerca de 30% de seu consumo de papel. • O vidro é 100% reciclável e o Brasil só recicla cerca de 14,2% do vidro que produz e consome. • Cada tonelada de aço reciclado representa uma economia de 1.140 Kg de minério de ferro, 454 Kgde carvão e 18 Kg de cal, sem perda da qualidade. • O processo de reciclagem diminui a poluição do ar em 75%, a poluição da água em 35% e reduz o consumo de energia em 64%.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 33
  34. 34. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA • ENEM 2010 • Q-14.A EFICIÊNCIA DE UM PROCESSO DE CONVERSÃO DE ENERGIA É DEFINIDA COMO A RAZÃO ENTRE A PRODUÇÃO DE ENERGIA OU TRABALHO ÚTIL E O TOTAL DE ENTRADA DE ENERGIA NO PROCESSO. A FIGURA MOSTRA UM PROCESSO COM DIVERSAS ETAPAS. NESSE CASO, A EFICIÊNCIA GERAL SERÁ IGUAL AO PRODUTO DAS EFICIÊNCIAS DAS ETAPAS INDIVIDUAIS. A ENTRADA DE ENERGIA QUE NÃO SE TRANSFORMA EM TRABALHO ÚTIL É PERDIDA SOB FORMAS NÃO UTILIZÁVEIS (COMO RESÍDUOS DE CALOR). AUMENTAR A EFICIÊNCIA DOS PROCESSOS DE CONVERSÃO DE ENERGIA IMPLICA ECONOMIZAR RECURSOS E COMBUSTÍVEIS. DAS PROPOSTAS SEGUINTES, QUAL RESULTARÁ EM MAIOR AUMENTO DA EFICIÊNCIA GERAL DO PROCESSO?COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 34
  35. 35. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSACOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 35
  36. 36. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA • A) Aumentar a quantidade de combustível para queima na usina de força. • B) Utilizar lâmpadas incandescentes, que geram pouco calor e muita luminosidade. • C) Manter o menor número possível de aparelhos elétricos em funcionamento nas moradias. • D) Utilizar cabos com menor diâmetro nas linhas de transmissão a fim de economizar o material condutor. • E) Utilizar materiais com melhores propriedades condutoras nas linhas de transmissão e lâmpadas fluorescentes nas moradias.COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 36
  37. 37. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA (Enem 2005) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela a seguir fossem utilizados diariamente da mesma forma. Tabela: A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1kWh é R$ 0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa, é de aproximadamenteCOORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 37
  38. 38. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA a) R$ 135. b) R$ 165. c) R$ 190. d) R$ 210. e) R$ 230COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 38
  39. 39. ETAPA PRÉ-VESTIBULAR TUTOR: WALTER ALENCAR DE SOUSA Sabendo que o consumo de energia elétrica total diária é a soma do consumo de cada um dos aparelhos no dia (no tempo especificado), utilizando a equação (I) podemos determinar: ETotal= 1,5⋅(8) + 3,3⋅(1/3) + 0,2⋅(10) + 0,35⋅(10) + 0,10 ⋅(6) ETotal= 19,2 kWh Assim, o consumo em um mês será de EMensal= 30⋅(19,2) ⇒ EMensal= 576 kWh Convertendo para a unidade monetária fornecida (Real) utilizando a taxa de R$ 0,40/kWh (enunciado), temos que: C = 576⋅(R$ 0,40) ⇒ C = R$ 230,40COORDENADOR REGIONAL: WALTER ALENCAR 39

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