Material para estudo de fisica III corrente eletrica

1. Corrente Elétrica
Eletricidade e magnetismo - corrente elétrica
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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
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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
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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
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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
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6. Potencial elétrico
●
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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.
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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
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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
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9. Resistores x condutores
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●
●
●
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.
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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
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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
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12. Exercícios
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●
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?
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