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ELETRICIDADE
CONCEITOS BÁSICOS

ROBSON JOSUÉ MOLGARO
rjmolgaro@gmail.com
A CARGA ELÉTRICA

• O conceito de carga elétrica é o principal elemento utilizado para explicar
todo e qualquer fenômeno elétrico, constituindo a grandeza mais básica em
eletricidade

• Carga elétrica é a propriedade elétrica das partículas atômicas que
compõem a matéria, medida em coulombs (C)
O ÁTOMO
Toda matéria é constituída de blocos fundamentais chamados ÁTOMOS e cada
um deles possui:
• Prótons (+)
• Nêutrons
• Elétrons (-)
A CARGA ELÉTRICA
• A carga elétrica ´e´ de um próton é positiva (+) e corresponde a
+1,602.10-19 C

• A carga elétrica ´e´ de um elétron é negativa (-) e corresponde a
-1,602.10-19 C

• Cada átomo no seu estado natural tem número igual de prótons e
elétrons
A CARGA ELÉTRICA
• A força de atração entre os elétrons (-) e os prótons (+) conserva os
elétrons em órbita
LEI DE COULOMB
•

A força de atração e/ou repulsão entre as cargas foi estudada pelo cientista francês
Charles Coulomb.

•

Aplica-se a pares isolados de cargas, assim como para elétrons dentro de um átomo.

•

O coulomb é definido como a carga presente em 6,24.1018 elétrons
LEI DE COULOMB
• A força entre duas cargas Q1 e Q2 é diretamente proporcional ao produto de
suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre
elas.
𝑄1. 𝑄2
𝐹 = 𝑘. 2
𝑑

•

𝐹 = força entre as cargas Q1 e Q2

•

𝑘 = constante eletrostática do meio em que estão imersas as cargas
(9. 109

𝑁.

𝑚2
𝐶2

para o vácuo/ar)

•

𝑄1 𝑒 𝑄2 = cargas em Coulombs

•

𝑑 = distância de centro a centro de cada carga, em metros
LEI DE COULOMB

𝑄1. 𝑄2
𝐹 = 𝑘. 2
𝑑
• A força decresce com o quadrado da distância.
• Elétrons em orbitas mais externas são atraídos mais fracamente para o
núcleo do que aqueles em órbitas interiores.
LEI DE COULOMB
Sejam duas cargas de 1 C, distantes uma da outra de 1m. Qual a força
existente entre elas?
𝑄1. 𝑄2
𝐹 = 𝑘. 2
𝑑
•

𝐹 = força entre as cargas Q1 e Q2

•

𝑘 = constante eletrostática do meio em que estão imersas as cargas

(9. 109

𝑁.

𝑚2
𝐶2

para o vácuo/ar)

•

𝑄1 𝑒 𝑄2 = 1 C

•

𝑑=1m
1. Calcule a força de repulsão entre as cargas positivas de 2µC e 5µC,
quando a distância entre elas é de:
a) d = 1m
b) d = 2m
c) d = 5m
2. Dois corpos foram eletrizados positivamente. Um dos corpos ficou com
uma carga de 10-5 C e o outro com uma carga de 10-7C. Determine a
força de repulsão que aparecerá entre eles, se forem colocados a uma
distância de 10-3 m um do outro. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2

3. Duas cargas de 8.10-4C e 2.10-3C estão separadas por 6 m, no vácuo.
Calcule o valor da força de repulsão entre elas.
4. Duas cargas elétricas Q1 = 10.10-6C e Q2 = -2.10-6C estão situadas no
vácuo e separadas por uma distância de 0,2 m. Qual é o valor da força
de atração entre elas?
5. Uma carga de 10-12 C é colocada a uma distância de 10-5 m de uma carga
Q. Entre as cargas aparece uma força de atração igual a 27.10-4 N.
Determine o valor da carga Q. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2
6. Uma carga de 10-9 C é colocada a uma distância de 2.10-2 m de uma carga
Q. Entre as cargas aparece uma força de atração igual a 9.10-5 N.
Determine o valor da carga Q. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2
7. A que distância no vácuo devem ser colocadas duas cargas positivas e
iguais a 10-4C, para que a força elétrica de repulsão entre elas tenha
intensidade 10 N?
8. Colocam-se no vácuo duas cargas elétricas iguais a uma distância de 2 m
uma da outra. A intensidade da força de repulsão entre elas é de 3,6.102 N.
Determine o valor das cargas.
9. A distância entre um elétron e o próton no átomo de hidrogênio é da ordem
de 5,3.10-11m. Determine a força de atração entre as partículas.
ELETRICIDADE
CONCEITOS BÁSICOS

ROBSON JOSUÉ MOLGARO
rjmolgaro@gmail.com
A CARGA ELÉTRICA
• O número de elétrons varia para cada elemento químico.
A CARGA ELÉTRICA
• Os elétrons orbitam o núcleo em órbitas esféricas chamadas níveis, cada
uma delas correspondendo a um determinado sub-nível de energia.
A CARGA ELÉTRICA
A CARGA ELÉTRICA
• O número de elétrons em cada nível varia para cada elemento químico.
Elemento

Nº elétrons

Nível

Sub-nível
s (2)

p (6)

K (2)

Elemento

29

Nº elétrons

L (8)

2

6

M (18)

2

6

1

Nível

13

10

Sub-nível
s (2)

p (6)

K (2)

Alumínio

f (14)

2

N (32)

Cobre

d (10)

2

L (8)

2

6

M (18)

2

1

d (10)

f (14)
A CARGA ELÉTRICA

Elemento

Nº elétrons

Nível

Sub-nível
s (2)

p (6)

K (2)

Elemento

17

Nº elétrons

L (8)

2

6

2

f (14)

2

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Cloro

d (10)

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Nível

Sub-nível
s (2)

p (6)

d (10)

f (14)

K (2)
L (8)

Chumbo

82

2
2

6

M (18)

2

6

10

N (32)

2

6

10

14

O (32)

2

6

10

4
A CARGA ELÉTRICA
• O átomo de cobre, possui 29 elétrons, sendo que os três níveis internos (K, L e M)
estão completamente cheios, mas o nível mais externo N (camada de valência)
tem somente 1 elétron (elétron de valência).
Elemento

Nº elétrons

Nível

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s (2)

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K (2)
29

6

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2

6

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Cobre

2

f (14)

2

L (8)

d (10)

1

10

• O número de elétrons de valência afeta diretamente as propriedades elétricas de
um elemento.
CONDUTORES X ISOLANTES
• CONDUTORES
• Cargas elétricas se movem com facilidade
• Poucos elétrons na camada de valência, com fraca ligação ao núcleo

• Metais (Cobre, Alumínio, Ouro, Prata...)

COBRE

ALUMÍNIO
CONDUTORES X ISOLANTES
• ISOLANTES
• Não conduzem cargas elétricas
• Camada de valência cheia ou quase cheia e seus elétrons estão
muito ligados ao núcleo
• Pode conduzir eletricidade na presença de forças que rompam
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• Vidro, Porcelana, Plásticos, Borracha...

PVC = 57% de cloro
A CARGA ELÉTRICA
• Os elementos em seu estado normal, geralmente têm número
igual de prótons (+) e elétrons (-).
• Esse equilíbrio pode facilmente ser desfeito.
• Então o corpo (átomo) passa a ganhar ou perder elétrons,
adquirindo uma carga líquida.
ELÉTRONS LIVRES
• A quantidade de energia requerida para que elétrons escapem de
seus átomos depende do número de elétrons na camada de valência.
• Para um metal como o cobre, os elétrons de valência podem ganhar
energia suficiente para escapar de seus átomos somente pelo
aquecimento do material, movimentando-se de átomo para átomo
através do material.
• Esses elétrons (elétrons livres) não saem do material, eles
simplesmente transitam de uma camada de valência de um átomo
para a camada de valência de outro.
ELÉTRONS LIVRES
ELETRICIDADE
CONCEITOS BÁSICOS

ROBSON JOSUÉ MOLGARO
rjmolgaro@gmail.com
TENSÃO ELÉTRICA
• Quando uma carga for diferente da outra, haverá uma diferença
de potencial entre elas.
TENSÃO ELÉTRICA
• Quando os elétrons são transferidos de um corpo neutro
para outro, pelo atrito por exemplo, resulta uma diferença
de potencial (DDP) entre eles.
• Uma carga elétrica é capaz de realizar trabalho ao
deslocar outra carga por atração ou repulsão.
ANALOGIA COM CIRCUITO HIDRÁULICO

Temos uma
diferença de nível
d’água

Se abrirmos
o registro
...não há
mais
desnível.
TENSÃO ELÉTRICA
• Para termos um movimento de água, é necessário um
desnível de água (pressão).
• O mesmo acontece com os elétrons.

• Para que eles se movimentem, é necessário termos uma
pressão elétrica.
TENSÃO ELÉTRICA
• À pressão exercida sobre os elétrons, chamamos de
tensão elétrica ou ddp (diferença de potencial).
• Unidade de medida da tensão elétrica - VOLT (V)
TENSÃO
• Diz-se que a tensão entre dois pontos é um Volt se ele
requer um Joule de energia para mover um Coulomb de
carga de um ponto a outro.
𝑾
𝑽=
(𝐕)
𝑸
•

𝑽 = Tensão em Volts (V)

•

𝑾 = Trabalho em Joules (J)

•

𝑸 = carga em Coulombs (C)
POTENCIAL GRAVITACIONAL X POTENCIAL ELÉTRICO
EXERCÍCIOS
1. Se nós gastamos 35 J de energia para movermos
uma carga de 5 C de um ponto a outro, qual é a
tensão entre os dois pontos?
2. Qual a energia necessária para mover 9,36.1024
elétrons sob uma diferença de potencial de 20 V.
CORRENTE ELÉTRICA
• Elétrons (-) são atraídos pelo polo positivo e repelidos pelo polo
negativo.

ddp = 12V
CORRENTE ELÉTRICA
• Os elétrons se movem no circuito e passam através do condutor.
• A movimentação ordenada dos elétrons por um condutor é
denominada CORRENTE ELÉTRICA.

+

-
O AMPÈRE (A)
• A carga elétrica é medida em Coulombs (C)
• Elétrons em movimento constituem um fluxo de cargas
negativas, dado em Coulombs por segundo (C/s)
• No sistema SI, um coulomb por segundo é definido como um
ampère (A).
𝑸
𝑰=
𝒕

•
•
•

𝑰 = corrente em ampère (A)
𝑸 = carga em Coulombs (C)
𝒕 = intervalo de tempo em segundos (s)
EXERCÍCIOS

1. Se 840 C de carga passam através de um plano imaginário
durante um intervalo de 2 minutos, qual o valor da
corrente?
2. Se uma corrente de 30 A é mantida por 20 minutos sob
uma diferença de potencial de 60 V, determine:
a) Os Coulombs de carga que passam através do fio.
b) A energia necessária para mover esta carga.
ELETRICIDADE
CONCEITOS BÁSICOS

ROBSON JOSUÉ MOLGARO
rjmolgaro@gmail.com

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Fundamentos da eletricidade - Conceitos básicos

  • 1. ELETRICIDADE CONCEITOS BÁSICOS ROBSON JOSUÉ MOLGARO rjmolgaro@gmail.com
  • 2. A CARGA ELÉTRICA • O conceito de carga elétrica é o principal elemento utilizado para explicar todo e qualquer fenômeno elétrico, constituindo a grandeza mais básica em eletricidade • Carga elétrica é a propriedade elétrica das partículas atômicas que compõem a matéria, medida em coulombs (C)
  • 3. O ÁTOMO Toda matéria é constituída de blocos fundamentais chamados ÁTOMOS e cada um deles possui: • Prótons (+) • Nêutrons • Elétrons (-)
  • 4. A CARGA ELÉTRICA • A carga elétrica ´e´ de um próton é positiva (+) e corresponde a +1,602.10-19 C • A carga elétrica ´e´ de um elétron é negativa (-) e corresponde a -1,602.10-19 C • Cada átomo no seu estado natural tem número igual de prótons e elétrons
  • 5. A CARGA ELÉTRICA • A força de atração entre os elétrons (-) e os prótons (+) conserva os elétrons em órbita
  • 6. LEI DE COULOMB • A força de atração e/ou repulsão entre as cargas foi estudada pelo cientista francês Charles Coulomb. • Aplica-se a pares isolados de cargas, assim como para elétrons dentro de um átomo. • O coulomb é definido como a carga presente em 6,24.1018 elétrons
  • 7. LEI DE COULOMB • A força entre duas cargas Q1 e Q2 é diretamente proporcional ao produto de suas cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. 𝑄1. 𝑄2 𝐹 = 𝑘. 2 𝑑 • 𝐹 = força entre as cargas Q1 e Q2 • 𝑘 = constante eletrostática do meio em que estão imersas as cargas (9. 109 𝑁. 𝑚2 𝐶2 para o vácuo/ar) • 𝑄1 𝑒 𝑄2 = cargas em Coulombs • 𝑑 = distância de centro a centro de cada carga, em metros
  • 8. LEI DE COULOMB 𝑄1. 𝑄2 𝐹 = 𝑘. 2 𝑑 • A força decresce com o quadrado da distância. • Elétrons em orbitas mais externas são atraídos mais fracamente para o núcleo do que aqueles em órbitas interiores.
  • 9. LEI DE COULOMB Sejam duas cargas de 1 C, distantes uma da outra de 1m. Qual a força existente entre elas? 𝑄1. 𝑄2 𝐹 = 𝑘. 2 𝑑 • 𝐹 = força entre as cargas Q1 e Q2 • 𝑘 = constante eletrostática do meio em que estão imersas as cargas (9. 109 𝑁. 𝑚2 𝐶2 para o vácuo/ar) • 𝑄1 𝑒 𝑄2 = 1 C • 𝑑=1m
  • 10. 1. Calcule a força de repulsão entre as cargas positivas de 2µC e 5µC, quando a distância entre elas é de: a) d = 1m b) d = 2m c) d = 5m 2. Dois corpos foram eletrizados positivamente. Um dos corpos ficou com uma carga de 10-5 C e o outro com uma carga de 10-7C. Determine a força de repulsão que aparecerá entre eles, se forem colocados a uma distância de 10-3 m um do outro. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2 3. Duas cargas de 8.10-4C e 2.10-3C estão separadas por 6 m, no vácuo. Calcule o valor da força de repulsão entre elas. 4. Duas cargas elétricas Q1 = 10.10-6C e Q2 = -2.10-6C estão situadas no vácuo e separadas por uma distância de 0,2 m. Qual é o valor da força de atração entre elas?
  • 11. 5. Uma carga de 10-12 C é colocada a uma distância de 10-5 m de uma carga Q. Entre as cargas aparece uma força de atração igual a 27.10-4 N. Determine o valor da carga Q. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2 6. Uma carga de 10-9 C é colocada a uma distância de 2.10-2 m de uma carga Q. Entre as cargas aparece uma força de atração igual a 9.10-5 N. Determine o valor da carga Q. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2 7. A que distância no vácuo devem ser colocadas duas cargas positivas e iguais a 10-4C, para que a força elétrica de repulsão entre elas tenha intensidade 10 N? 8. Colocam-se no vácuo duas cargas elétricas iguais a uma distância de 2 m uma da outra. A intensidade da força de repulsão entre elas é de 3,6.102 N. Determine o valor das cargas. 9. A distância entre um elétron e o próton no átomo de hidrogênio é da ordem de 5,3.10-11m. Determine a força de atração entre as partículas.
  • 12. ELETRICIDADE CONCEITOS BÁSICOS ROBSON JOSUÉ MOLGARO rjmolgaro@gmail.com
  • 13. A CARGA ELÉTRICA • O número de elétrons varia para cada elemento químico.
  • 14. A CARGA ELÉTRICA • Os elétrons orbitam o núcleo em órbitas esféricas chamadas níveis, cada uma delas correspondendo a um determinado sub-nível de energia.
  • 16. A CARGA ELÉTRICA • O número de elétrons em cada nível varia para cada elemento químico. Elemento Nº elétrons Nível Sub-nível s (2) p (6) K (2) Elemento 29 Nº elétrons L (8) 2 6 M (18) 2 6 1 Nível 13 10 Sub-nível s (2) p (6) K (2) Alumínio f (14) 2 N (32) Cobre d (10) 2 L (8) 2 6 M (18) 2 1 d (10) f (14)
  • 17. A CARGA ELÉTRICA Elemento Nº elétrons Nível Sub-nível s (2) p (6) K (2) Elemento 17 Nº elétrons L (8) 2 6 2 f (14) 2 M (18) Cloro d (10) 5 Nível Sub-nível s (2) p (6) d (10) f (14) K (2) L (8) Chumbo 82 2 2 6 M (18) 2 6 10 N (32) 2 6 10 14 O (32) 2 6 10 4
  • 18. A CARGA ELÉTRICA • O átomo de cobre, possui 29 elétrons, sendo que os três níveis internos (K, L e M) estão completamente cheios, mas o nível mais externo N (camada de valência) tem somente 1 elétron (elétron de valência). Elemento Nº elétrons Nível Sub-nível s (2) p (6) K (2) 29 6 M (18) 2 6 N (32) Cobre 2 f (14) 2 L (8) d (10) 1 10 • O número de elétrons de valência afeta diretamente as propriedades elétricas de um elemento.
  • 19. CONDUTORES X ISOLANTES • CONDUTORES • Cargas elétricas se movem com facilidade • Poucos elétrons na camada de valência, com fraca ligação ao núcleo • Metais (Cobre, Alumínio, Ouro, Prata...) COBRE ALUMÍNIO
  • 20. CONDUTORES X ISOLANTES • ISOLANTES • Não conduzem cargas elétricas • Camada de valência cheia ou quase cheia e seus elétrons estão muito ligados ao núcleo • Pode conduzir eletricidade na presença de forças que rompam essa barreira • Vidro, Porcelana, Plásticos, Borracha... PVC = 57% de cloro
  • 21. A CARGA ELÉTRICA • Os elementos em seu estado normal, geralmente têm número igual de prótons (+) e elétrons (-). • Esse equilíbrio pode facilmente ser desfeito. • Então o corpo (átomo) passa a ganhar ou perder elétrons, adquirindo uma carga líquida.
  • 22. ELÉTRONS LIVRES • A quantidade de energia requerida para que elétrons escapem de seus átomos depende do número de elétrons na camada de valência. • Para um metal como o cobre, os elétrons de valência podem ganhar energia suficiente para escapar de seus átomos somente pelo aquecimento do material, movimentando-se de átomo para átomo através do material. • Esses elétrons (elétrons livres) não saem do material, eles simplesmente transitam de uma camada de valência de um átomo para a camada de valência de outro.
  • 24. ELETRICIDADE CONCEITOS BÁSICOS ROBSON JOSUÉ MOLGARO rjmolgaro@gmail.com
  • 25. TENSÃO ELÉTRICA • Quando uma carga for diferente da outra, haverá uma diferença de potencial entre elas.
  • 26. TENSÃO ELÉTRICA • Quando os elétrons são transferidos de um corpo neutro para outro, pelo atrito por exemplo, resulta uma diferença de potencial (DDP) entre eles. • Uma carga elétrica é capaz de realizar trabalho ao deslocar outra carga por atração ou repulsão.
  • 27. ANALOGIA COM CIRCUITO HIDRÁULICO Temos uma diferença de nível d’água Se abrirmos o registro
  • 28.
  • 29.
  • 31. TENSÃO ELÉTRICA • Para termos um movimento de água, é necessário um desnível de água (pressão). • O mesmo acontece com os elétrons. • Para que eles se movimentem, é necessário termos uma pressão elétrica.
  • 32. TENSÃO ELÉTRICA • À pressão exercida sobre os elétrons, chamamos de tensão elétrica ou ddp (diferença de potencial). • Unidade de medida da tensão elétrica - VOLT (V)
  • 33. TENSÃO • Diz-se que a tensão entre dois pontos é um Volt se ele requer um Joule de energia para mover um Coulomb de carga de um ponto a outro. 𝑾 𝑽= (𝐕) 𝑸 • 𝑽 = Tensão em Volts (V) • 𝑾 = Trabalho em Joules (J) • 𝑸 = carga em Coulombs (C)
  • 34. POTENCIAL GRAVITACIONAL X POTENCIAL ELÉTRICO
  • 35. EXERCÍCIOS 1. Se nós gastamos 35 J de energia para movermos uma carga de 5 C de um ponto a outro, qual é a tensão entre os dois pontos? 2. Qual a energia necessária para mover 9,36.1024 elétrons sob uma diferença de potencial de 20 V.
  • 36. CORRENTE ELÉTRICA • Elétrons (-) são atraídos pelo polo positivo e repelidos pelo polo negativo. ddp = 12V
  • 37. CORRENTE ELÉTRICA • Os elétrons se movem no circuito e passam através do condutor. • A movimentação ordenada dos elétrons por um condutor é denominada CORRENTE ELÉTRICA. + -
  • 38. O AMPÈRE (A) • A carga elétrica é medida em Coulombs (C) • Elétrons em movimento constituem um fluxo de cargas negativas, dado em Coulombs por segundo (C/s) • No sistema SI, um coulomb por segundo é definido como um ampère (A). 𝑸 𝑰= 𝒕 • • • 𝑰 = corrente em ampère (A) 𝑸 = carga em Coulombs (C) 𝒕 = intervalo de tempo em segundos (s)
  • 39. EXERCÍCIOS 1. Se 840 C de carga passam através de um plano imaginário durante um intervalo de 2 minutos, qual o valor da corrente? 2. Se uma corrente de 30 A é mantida por 20 minutos sob uma diferença de potencial de 60 V, determine: a) Os Coulombs de carga que passam através do fio. b) A energia necessária para mover esta carga.
  • 40. ELETRICIDADE CONCEITOS BÁSICOS ROBSON JOSUÉ MOLGARO rjmolgaro@gmail.com