Corrente elétrica

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Corrente elétrica

  1. 1. Professor Marco Antonio
  2. 2. Corrente elétrica Denomina-se corrente elétrica o movimento ordenado de partículas portadoras de carga elétrica no interior de um condutor elétrico. Condutor elétrico é todo meio que permita a movimentação de cargas. Existem condutores metálicos, não metálicos e líquidos (soluções eletrolíticas de baterias ), e não metálicos e gasosos (plasma ionizado no interior das lâmpadas fluorescentes).
  3. 3. Para que exista a corrente elétrica, no entanto, é necessária a presença de uma diferença de potencial (ddp) ou tensão. Corrente elétrica
  4. 4. Quem estabelece essa diferença de potencial é o gerador de eletricidade, por exemplo, uma pilha ou bateria. Tanto torneiras quanto os eletrodomésticos funcionam graças a uma diferença de potencial. Corrente elétrica
  5. 5. Nos condutores sólidos, temos:  Sempre que falamos em sentido da corrente, estamos nos referindo ao sentido convencional e não ao sentido real.  sentido real: deslocamento de cargas negativas (elétrons)  Sentido convencional: deslocamento de cargas positivas (prótons) Sentido da corrente elétrica
  6. 6. Sentido real da corrente elétrica Sentido da corrente elétrica
  7. 7. Observação: nos condutores eletrolíticos (solução NaCl em água, por exemplo), a corrente elétrica é constituída pelo movimento dos íons positivos (cátions) e dos íons negativos (ânions). Sentido da corrente elétrica
  8. 8. A corrente elétrica pode ser:  contínua e constante: é a corrente de sentido e intensidade constantes no decorrer do tempo.  alternada: é a corrente que muda periodicamente de sentido e de intensidade. Tipos de corrente elétrica
  9. 9. Quanto à natureza, a corrente elétrica pode ser classificada em eletrônica e iônica. Corrente eletrônica é aquela constituída pelo deslocamento dos elétrons livres. Ocorre, principalmente, nos condutores metálicos. Natureza da corrente elétrica
  10. 10. Quanto à natureza, a corrente elétrica pode ser classificada em eletrônica e iônica. Corrente iônica é aquela constituída pelo deslocamento dos íons positivos e negativos, movendo-se simultaneamente em sentidos opostos. Ocorre nas soluções eletrolíticas (soluções de ácidos, sais ou bases) e nos gases ionizados (lâmpadas fluorescentes). Natureza da corrente elétrica
  11. 11. Vamos ver alguns efeitos associados à corrente elétrica.  Efeito Joule. Quando se estabelece uma corrente elétrica através de um condutor sólido (metálico), há a transformação de energia elétrica em energia térmica. Esse efeito é denominado de efeito Joule e ocorre, por exemplo, nos ferros e chuveiros elétricos. Efeitos da corrente elétrica
  12. 12.  Efeito fisiológico. Os impulsos nervosos no corpo humano são transmitidos por estímulos elétricos. Dessa forma, a corrente elétrica no nosso organismo provoca contrações musculares e, dependendo de sua intensidade, pode causar parada cardíaca. Porém, a tensão necessária para produzir uma parada cardíaca é de dezenas de volts, pois o corpo humano é um péssimo condutor quando comparado aos metais, por exemplo. Efeitos da corrente elétrica
  13. 13.  Efeito químico. Esse efeito resulta de um fenômeno elétrico molecular, sendo objeto de estudo da Eletroquímica. O aproveitamento do efeito químico se dá, por exemplo, nas pilhas, na eletrólise, como também na cromação e niquelação de objetos. Efeitos da corrente elétrica
  14. 14.  Efeito luminoso. Esse efeito também resulta de um fenômeno elétrico molecular. A excitação eletrônica pode dar margem à emissão de radiação visível, tal como observamos nas lâmpadas fluorescentes. Efeitos da corrente elétrica
  15. 15.  Efeito magnético. Toda corrente elétrica gera ao seu redor um campo magnético. Esse efeito é inerente à corrente elétrica e a sua descoberta consolidou a associação entre a eletricidade e o magnetismo, dando origem ao eletromagnetismo. Efeitos da corrente elétrica
  16. 16. Admita que pela secção transversal de um fio condutor passe um certo número de cargas elementares. Seja ∆Q a quantidade de carga que passa pelo condutor, podemos definir: ∆𝑄 = 𝑛. 𝑒 Onde: • ∆Q é a quantidade de carga elétrica (C) • n é o número de elétrons • e é a carga elementar do elétron • e = 1,6.10-19 C Intensidade da corrente elétrica
  17. 17. Exemplo: Uma partícula, inicialmente neutra, recebe 3,75.1010 elétrons. Qual a quantidade de carga elétrica dessa partícula. ∆𝑄 = 𝑛. 𝑒 Intensidade da corrente elétrica
  18. 18. Assim, a quantidade de carga elétrica que passa num condutor, durante um intervalo de tempo ∆t é chamada de intensidade da corrente elétrica. Onde: • i é a intensidade da corrente elétrica (A) • ∆Q é a quantidade de carga elétrica (C) • ∆t é o intervalo de tempo (s) 𝑖 = ∆𝑄 ∆𝑡 Intensidade da corrente elétrica
  19. 19. A unidade de medida da corrente elétrica é o ampère (A), em homenagem ao físico francês André-Marie Ampère. Em nosso curso, vamos utilizar com frequência os submúltiplos, que são: Nome Símbolo Valor miliampère mA 10-3 A microampère µA 10-6 A nanoampère nA 10-9 A Unidade de medida da corrente elétrica
  20. 20. Sabemos, da Mecânica, que certa quantidade de água escoa através do tubo AB, desde que haja uma diferença de potencial gravitacional entre suas extremidades. Diferença de potencial elétrico • Quando a torneira está aberta, ocorre o movimento espontâneo do líquido no sentido de A (de maior potencial) para B (de menor potencial). Observe que a torneira fechada interrompe a corrente de água.
  21. 21. Sabemos, da Mecânica, que certa quantidade de água escoa através do tubo AB, desde que haja uma diferença de potencial gravitacional entre suas extremidades. Diferença de potencial elétrico • Na Eletrodinâmica, a carga elétrica também se movimenta espontaneamente desde que se estabeleça uma diferença de potencial elétrico (ddp ou tensão elétrica) entre as extremidades do condutor. • O dispositivo que causa o movimento das cargas elétricas é uma fonte ou gerador (bateria, pilha, tomada etc).
  22. 22. Exemplo: Num relâmpago, em 10-4 s descem, em média, 2.1019 elétrons da nuvem para a terra. Determine a intensidade da corrente elétrica devido a esse movimento de cargas. Considere e = 1,6.10-19 C. 𝑖 = ∆𝑄 ∆𝑡 Intensidade da corrente elétrica
  23. 23. Intensidade da corrente elétrica ER1. Um fio condutor é percorrido por uma corrente de intensidade 200 mA durante 1 hora. Qual foi a quantidade de carga elétrica que passou por uma seção reta do condutor? ER2. Quais são a intensidade e o sentido da corrente elétrica que percorre a seção reta de um condutor, sabendo-se que, em 10 s, passam por ela, da esquerda para a direita, 5.1020 elétrons livres? Dado: e = 1,6.10-19C. ER3. Um condutor é percorrido por uma corrente de intensidade 480 uA. Determine o número de elétrons que passam por uma seção transversal do condutor, no intervalo de 2 minutos, sabendo-se que a carga elementar vale 1,6 .10-19 C.
  24. 24. Intensidade da corrente varia com o tempo Gráfico da corrente elétrica
  25. 25. ER4. O diagrama abaixo representa a intensidade de corrente que atravessa um fio condutor, em função do tempo. Sendo o valor da carga do elétron e = 1,6.10-19 C, determine: a) a quantidade de carga elétrica que passa por uma seção reta do condutor nos primeiros 2 minutos; b) o número de elétrons que cruza a mesma seção no referido intervalo de tempo. Intensidade da corrente elétrica
  26. 26. Trabalho, energia potencial e potência elétrica P = U.i A potência elétrica consumida por um aparelho elétrico é dada pela expressão: Onde: • P é a potência elétrica em watt (W) • U é a ddp ou tensão elétrica em volts (V) • i e a corrente elétrica em ampère (A) O consumo de energia elétrica é dado usualmente na unidade quilowatt-hora, uma vez que os aparelhos elétricos ficam ligados frações ou múltiplos desse período (hora). E = P.Δt A relação entre o kwh e o joule é: 1kwh= 3,6.106 J
  27. 27. Trabalho, energia potencial e potência elétrica ER5. No vidro de uma lâmpada está gravado: 60 W - 120 V. Estando a lâmpada conectada a uma corrente elétrica compatível com ela, determine: a) a intensidade de corrente que percorre o filamento da lâmpada; b) o consumo dessa lâmpada em 20 horas de uso, medido em kwh. ER6. Qual dos dois dispositivos consome mais energia elétrica: uma lâmpada de 100 W acesa durante 10 horas ou um chuveiro elétrico de 3.000 W ligado durante 10 minutos?
  28. 28. Trabalho, energia potencial e potência elétrica ER7. Uma dona de casa passa roupa durante meia hora, todos os dias, usando um ferro elétrico que funciona na ddp de 110 V e dissipa potência de 660 W. Assim, determine: a) a intensidade de corrente que atravessa o aparelho; b) o custo mensal (30 dias) de energia elétrica dispendido pelo aparelho, com o kWh custando R$ 0,40 (desconsiderados os impostos).
  29. 29. EP1. Um condutor é percorrido por uma corrente de intensidade 4,8 A, durante 5 minutos. Sendo o valor da carga elementar e = 1,6.10-19 C, determine: a) a quantidade de carga elétrica que passa por uma seção reta do condutor; b) o número de elétrons que atravessam a mesma seção. EP2. Por uma seção transversal de um fio condutor atravessam, da esquerda para a direita, 6.1016 elétrons por minuto. Sendo o módulo da carga de um elétron e = 1,6.10-19 C, determine o sentido e a ntensidade da corrente elétrica medido em micro- ampères. Exercícios de fixação
  30. 30. EP3. A corrente elétrica que atravessa um fio condutor tem o comportamento apresentado no diagrama. Considere o valor da carga elementar 1,6.10-19C. Exercícios de fixação a) Determine a quantidade de carga elétrica que passa por uma seção transversal do condutor entre os instantes 1 e 3 horas. b) Qual é o número de elétrons que cruza uma seção reta do fio num intervalo de 4 horas.
  31. 31. EP4. Um rapaz, enquanto tomava seu banho quente, notou na plaquinha do chuveiro elétrico as seguintes especificações: 220 V - 3.960 W. a) Que intensidade de corrente atravessou as resistências do chuveiro, enquanto esteve ligado? b) Qual foi o consumo de energia, em kWh, se o banho do rapaz durou 20 minutos? Exercícios de fixação
  32. 32. EP5. (Enem-MEC) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes de consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam na tabela fossem utilizados diariamente, segundo os tempos definidos. Exercícios de fixação Supondo que o mês tem 30 dias e que o preço de 1 kWh é de R$ 0,40, qual é, aproximadamente, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa?
  33. 33. EP7. Para certificar-se de que uma lâmpada fluorescente compacta é realmente econômica, o Sr. João comprou uma de 110 V - 20 W por R$ 12,80, substituin-do-a pela lâmpada incandescente de 110 V - 100 W, ambas com luminosidade equivalente. Exercícios de fixação Se a lâmpada fluorescente ficar acesa durante 8 horas por dia e considerando o preço do kWh de R$ 0,40, calcule: a) a intensidade de corrente que percorre a lâmpada fluorescente compacta; b) o tempo de uso para que o preço da nova lâmpada seja amortizado com a economia de energia elétrica; c) a importância que será economizada pelo sr. João em um mês de 30 dias.
  34. 34. EP8. (Enem-MEC) A distribuição média, por tipo de equipamento, do consumo de energia elétrica nas residências no Brasil é apresentada no gráfico. Em associação com os dados do gráfico, considere as variáveis: I. Potência do equipamento. II. Horas de funcionamento. III. Número de equipamentos. Exercícios de fixação O valor dos porcentuais do consumo de energia depende de: a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e II, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III.
  35. 35. EP9. (Enem-MEC, continuação do EP8) Como medida de economia, em uma residência com 4 moradores, o consumo mensal médio de energia elétrica foi reduzido para 300 kWh. Se essa residência obedece à distribuição dada no gráfico, e se nela há um único chuveiro de 5.000 W, pode-se concluir que o banho de cada morador passou a ter uma duração média, em minutos, de: a) 2,5. b) 5,0. c) 7,5. d) 10,0. e) 12,0. Exercícios de fixação
  36. 36. CORRENTE ELÉTRICA
  37. 37. 1- (PUC-SP) Uma lâmpada permanece acesa durante 1 h, sendo percorrida por uma corrente elétrica de intensidade igual a 0,5 A. a) Qual a carga elétrica que passou por uma secção de seu filamento? b) Quantos elétrons passaram? Use: carga do elétron e = -1,6.10-19 C. 2- (UFSC) Um fio condutor é percorrido por uma corrente elétrica constante de 0,25 A. Calcule, em coulombs, a carga que atravessa uma secção reta do condutor, num intervalo de 160 s. Exercícios complementares
  38. 38. 3- Através de uma secção transversal de um condutor metálico passam, em média, 5,0 1020 elétrons a cada 4,0 s, conforme a figura. Considere a carga elétrica de um elétron igual a 1,6 10-19 C. a) Qual é o sentido da corrente elétrica nesse condutor? b) Qual é a intensidade dessa corrente? Exercícios complementares
  39. 39. 4- Considere os seguintes dispositivos elétricos: uma bateria de automóvel, uma lâmpada incandescente e uma lâmpada fluorescente. Nesta sequência, a corrente elétrica no interior de cada aparelho é constituída, exclusivamente, por movimento de: a) íons - elétrons - elétrons e íons b) elétrons e íons - íons elétrons c) elétrons e íons - elétrons e íons - elétrons e íons d) elétrons - elétrons - elétrons e) íons elétrons e íons – íons 5- Se uma corrente elétrica de 3 A percorre um fio durante 2 minutos, qual é a carga elétrica, em C, que atravessou a secção reta neste tempo? Exercícios complementares
  40. 40. 6- Os passarinhos, mesmo pousando sobre fios condutores desencapados de alta tensão, não estão sujeitos a choques elétricos que possam lhes causar dano. Qual das alternativas indica uma explicação correta para o fato? a) A diferença de potencial elétrico entre os dois pontos de apoio do pássaro no fio (pontos A e B) é quase nula. b) A diferença de potencial elétrico entre os dois pontos de apoio do pássaro no fio (pontos A e B) é muito elevada. c) O corpo do passarinho é um bom condutor de corrente elétrica. d) A corrente elétrica que circula nos fios de alta tensão é muito baixa. Exercícios complementares
  41. 41. 7- (UFSC) Um fio condutor é percorrido por uma corrente elétrica constante de 0,25 A. Calcule, em coulombs, a carga que atravessa uma seção reta do condutor, num intervalo de 160 s. 8- Entre os aparelhos eletrodomésticos a seguir, os que têm como princípio de funcionamento o efeito Joule são: a) liquidificador e batedeira. b) chuveiro elétrico e forno de micro-ondas. c) torradeira e batedeira. e) liquidificador e ferro de passar roupas. e) ferro de passar roupas e torradeira. Exercícios complementares
  42. 42. 9- Em um condutor flui uma corrente elétrica de intensidade 1,6mA. Determine a carga elétrica que atravessa uma seção transversal do condutor durante 10 s, bem como o número de elétrons. Considere a carga elementar igual a 1,6.10-19 C. 10- Um ferro elétrico consome uma potência de 1100 W quando ligado em 110 V. Determine: a) a intensidade da corrente utilizada pelo ferro elétrico; b) a energia elétrica consumida pelo ferro elétrico em 1/2 hora, em quilowatts-hora, e o gasto em reais, sabendo que o preço do quilowatt-hora é de R$ 0,80. Exercícios complementares

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