Aula sobre Eletricidade

1. Eletricidade
Parte 2 - Eletrodinâmica

2. Eletrodinâmica
A eletrodinâmica estuda as cargas elétricas em movimento, a
corrente elétrica, os circuitos elétricos, o funcionamento dos
aparelhos elétricos e as usinas elétricas.
Os aparelhos eletroeletrônicos que se encontram nas residências
precisam de energia elétrica para o seu funcionamento. Tal energia
é obtida quando eles são ligados em alguma fonte de energia,
como uma pilha, bateria, ou uma tomada.
Quando isso é feito, os elétrons livres, que se encontram nos meios
condutores desses aparelhos, passam a se movimentar de maneira
ordenada, transportando a energia elétrica necessária para o seu
funcionamento.
Esse movimento ordenado dos elétrons é conhecido como
corrente elétrica e ela pode ocorrer nos condutores sólidos, como
os metais, e em gases e líquidos ionizados.

3. Corrente elétrica
Quando um fio condutor se encontra fora da tomada (fonte de
energia), os seus elétrons livres estarão se movimentando de
maneira aleatória, conforme a figura ao lado.
Uma vez ligado na tomada, os elétrons passam a se
movimentar ordenadamente e no mesmo sentido; assim será
formada a corrente elétrica, e esse movimento ordenado de
elétrons fornecerá a energia necessária para o aparelho
funcionar.
Conclusão:
A corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas
em um condutor.

4. Diferença de potencial
Graças à força do seu campo eletrostático, uma carga
pode realizar trabalho ao deslocar outra carga por
atração ou repulsão.
Essa capacidade de realizar trabalho é chamada
potencial.
Quando uma carga for diferente da outra, haverá entre
elas uma diferença de potencial (ddp).

5. Intensidade da corrente elétrica (i)
Para calcular a intensidade da corrente elétrica (i) que atravessa a
secção transversal de um fio condutor, devemos dividir a
quantidade de carga que atravessa o condutor (∆Q, cuja unidade no
S.I. é o Coulomb, representado pela letra C), pelo intervalo de
tempo (∆t, cuja unidade no S.I. é o segundo, representado pela letra
s) considerado.
i = ∆Q
∆t
unidade:
𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚
𝑏
𝑠𝑒𝑔𝑢 𝑛 𝑑
𝑜
= Ampère (A)

6. Intensidade da corrente elétrica (i)
Por exemplo, se 30 C de carga atravessam uma secção de um fio
condutor (metálico) a cada minuto, temos:
∆t 60 s
i = ∆Q = 30 C = 0,5 A
Como ocorre com diversas unidades, o ampère possui
submúltiplos, conforme a tabela a seguir:
Corrente elétrica em um metal

7. Diferença de potencial e sentido da corrente elétrica
A corrente elétrica só ocorre quando há uma diferença
de potencial (d.d.p.), também chamada tensão ou
voltagem, no circuito elétrico. A d.d.p. é medida em
volts (V).
Neste momento vamos entender a d.d.p como uma
diferença de energia entre os terminais. É o que ocorre
na tomada, por exemplo. A voltagem convencional das
tomadas de nossas casas, na região sudeste, é de 110
V, embora em outras regiões do Brasil, como por
exemplo Santa Catarina, o padrão seja de 220 V. Claro,
é possível modificar a instalação elétrica das tomadas
de uma residência, caso seja necessário.
Um gerador de energia elétrica de um circuito (pilha,
bateria, etc.) possui dois polos: um positivo e um
negativo. Quanto ao sentido da corrente elétrica em
fios metálicos, o sentido real dos elétrons em
movimento é do polo negativo para o polo positivo.
Mas, nos estudos em eletricidade, adota-se como
sentido convencional para a corrente elétrica o sentido
do polo positivo para o polo negativo.

8. Efeito Joule e resistência elétrica
Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma
corrente elétrica, ocorre uma transformação de energia elétrica
em energia térmica. Este fenômeno é conhecido como Efeito
Joule, em homenagem ao físico britânico James Prescott Joule
(1818-1889).
Esse fenômeno ocorre devido o encontro dos elétrons da
corrente elétrica com as partículas do condutor. Os elétrons
sofrem colisões com átomos do condutor (devido à resistência
elétrica natural dos materiais), parte da energia cinética
(energia de movimento) do elétron é transferida para o átomo
aumentando seu estado de agitação, consequentemente sua
temperatura.
Assim, a energia elétrica é transformada em energia térmica
(calor), e o dispositivo onde ocorre esta transformação nós
chamamos de resistor.

9. Resistores
A resistência elétrica, portanto, mede a dificuldade com que os
elétrons fluem por um condutor, e é medida em Ohms (Ω).
Os resistores são elementos de circuito que fazem a conversão
de energia elétrica em energia térmica.
Pode parecer desperdício de energia a princípio, mas essa
transformação de energia é muito útil em nossas vidas.
Aparelhos como o ferro de passar, o secador de cabelo e o
chuveiro elétrico, por exemplo, possuem resistores e
funcionam baseados no efeito Joule. E quem não gosta de
andar com roupas passadas e de tomar um banho morno ou
quente, não é mesmo?
Ao lado temos a representação de um resistor em um circuito
elétrico.

10. Lei de Ohm
Podemos relacionar a intensidade da corrente elétrica (i) com a diferença de potencial (U) e a resistência
elétrica
(R) através da relação conhecida como Lei de Ohm:
U = R . i
Vejamos um exemplo de aplicação dessa lei:
No circuito abaixo, temos uma lâmpada ligada aos terminais de uma bateria de 9 V. Sabendo que a corrente
elétrica que percorre o circuito tem intensidade 2 A, qual a resistência elétrica do filamento da lâmpada?
U = 9 V; i = 2 A; R = ? U = R . i
9 = R . 2
9
2
R = = 4,5 Ω

11. Instrumentos de medida
Os diversos tipos de instrumento de medidas elétricas
podem ser de campo ou de bancada, analógicos ou
digitais e com diferentes graus de precisão. Podemos
medir a intensidade de corrente (i), a resistência elétrica
(R) e a voltagem (V) em um circuito (ou em seus
componentes) com facilidade.
Para medir a intensidade da corrente elétrica, utilizamos
um amperímetro. Para medir a voltagem, utilizamos o
voltímetro e, para medir a resistência elétrica, o
ohmímetro.
Mas para um profissional não é necessário andar com três
instrumentos de medida: o multímetro digital possui as
três funções!