Corrente Eletrica

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Material para estudo de fisica III corrente eletrica

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Corrente Eletrica

  1. 1. Corrente Elétrica Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 1
  2. 2. Corrente elétrica ● A corrente elétrica é definida como um fluxo de elétrons por unidade de tempo: Q I= [C/ segundo]ou [ A] Ampere t I Material condutor I Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 2
  3. 3. Corrente elétrica ● Quando campos elétricos são aplicados a materiais condutores, ao contrário do que acontece com os materiais dielétricos, surge uma corrente elétrica – fluxo de elétrons dentro do material condutor. A corrente elétrica surge porque: ● ● ● os elétrons livres do material condutor sofrem a ação do campo elétrico – força agindo sobre os elétrons Os elétrons são acelerados pelo campo elétrico e sofrem colisões com a rede cristalina do material condutor, derivando de um átomo para outro. Pode-se demonstrar que a densidade de corrente J é proporcional a esse campo elétrico: J = E  −condutividade do material condutor[−1 m ] ˙ V E−campoelétrico aplicado ao trecho condutor [ ] m A J −densidade de corrente [ 2 ] m Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 3
  4. 4. Corrente elétrica ● A relação entre J (densidade de corrente) e I (corrente) é simples: I I =∫S J ds I −corrente total na seçãocondutora [ A] Material condutor S−área da seçãocondutora [ m2 ] A J −densidade de corrente [ 2 ] m S J I Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 4
  5. 5. Corrente elétrica ● Para a maioria das aplicações práticas, pode-se considerar J constante na seção condutora => I I =J⋅S Material condutor S J I Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 5
  6. 6. Potencial elétrico ● ● O conceito de potencial elétrico, juntamente com o de corrente elétrica forma a base da Engenharia Elétrica e suas aplicações A partir do conceito de campo elétrico que foi desenvolvido anteriormente neste curso, pode-se definir potencial elétrico como: Potencial elétrico é a energia potencial por unidade de carga de um campo elétrico B W =−Q ∫A E⋅dl B W V AB = =−∫A E.dl Q A expressão acima indica que o potencial entre dois pontos A e B é a energia necessária para deslocar uma unidade de carga no campo elétrico E entre esses dois pontos. VAB é chamado de diferença de potencial entre A e B. Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 6
  7. 7. Resistência elétrica ● Ao ser aplicada uma diferença de potencial (devido a um campo elétrico) a um corpo de material condutor surge uma corrente elétrica. A resistência é definida como a relação entre essas duas grandezas. V R= I V em volt [V ] I em Ampere[ A] R em ohm[] ● A resistência elétrica representa o conjunto de forças amortecedoras do movimento dos elétrons dentro do condutor Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 7
  8. 8. Resistência elétrica ● Utilizando as relações vistas anteriormente: => - S - - σ - I l V+ - V supondo campoelétrico uniforme, l é ocomprimento do material condutor ⇒ E= l I condutor com seçãoreta uniforme ⇒ J = S e lembrando que J = E V l ⇒ R= = I S Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 8
  9. 9. Resistores x condutores ● ● ● ● Dessa maneira, conhecendo a geometria do condutor (l e S) e sua condutividade (σ) pode ser determinada a sua resistência elétrica Componentes especialmente projetados para apresentar um determinado valor de resistência são chamados de resistores – são feitos de materiais com condutividades médias (por exemplo carbono) Nas aplicações práticas, chamamos de condutores elétricos os cabos e fios que conduzem a energia elétrica nos sistemas de transmissão e distribuição e nos circuitos eletrônicos – são normalmente feitos de cobre ou alumínio (condutividades elevadas) Esses dois componentes apresentam resistência, muito baixa no caso dos condutores elétricos e no caso dos resistores definida segundo a aplicação. Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 9
  10. 10. Circuito elétrico básico ● Em circuito elétricos a intensidade de corrente é “controlada” através de resistores, componentes que apresentam normalmente resistividade bem maior que a dos materiais condutores. I + Resistor R V _ Condutor elétrico Bateria Além de limitar a corrente, resistores tem como aplicação: - divisores de tensão - aquecimento Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 10
  11. 11. Circuito elétrico básico ● Componentes reais A potência de um resistor depende de sua área superficial) Resistor de fio Resistor de fio (ajustável) Tamanhos relativos de resistores de filme de metal (1/8 W, ¼ w, ½ W e 1 W) Resistores de fio podem atingir potências de até 200 W Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 11
  12. 12. Exercícios ● ● Encontre a resistência de 3 km de de fio de cobre com uma área de 4 mm2 (1mm2 = 10-6 m2). A condutividade do cobre é de 5,8 x 10 7 siemens/metro. A partir de 10 mA de intensidade de corrente começam a ocorrer danos ao organismos humano. E um circuito eletrônico são geradas tensões de até 1 kV por uma fonte interna. Essas tensões podem por falha mecânica vir a entrar em contato com o usuário. Qual o valor do resistor em série com essa fonte interna que você colocaria para proteger os suários desse circuito eletrônico? Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica 12

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