Eletrodinâmica: entenda o movimento das cargas elétricas
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Eletrodinâmica é a área da Física que estuda o comportamento das cargas elétricas em movimento. É por meio dela que é possível saber por que ao conectar a TV na tomada ela liga, ou por que ao queimar uma lâmpada do pisca-pisca, as outras da sequência não acendem mais.
Por isso, vamos estudar alguns conceitos como circuito elétrico, efeito Joule, resistores, resistência, entre outros. Para entendermos com mais facilidade o conteúdo, vamos começar por um conceito base: corrente elétrica.
Corrente elétrica
Para entendermos o que é corrente elétrica é preciso lembrar que todos os corpos são feitos de átomos e elétrons livres. Esses últimos são os responsáveis pela corrente elétrica. Isso porque eles estão mais longe do núcleo do átomo e quando recebem carga por meio de um gerador (a pilha é um exemplo de gerador), eles se organizam e estabelecem um movimento ordenado em um determinado sentido. Temos, então, a corrente elétrica.
Para haver corrente elétrica é preciso que haja uma diferença de potencial. Só assim é que as cargas conseguem se movimentar do potencial mais alto para o mais baixo, estabelecendo uma corrente.
A intensidade da corrente é medida pela seguinte fórmula:
I = Q/Δt
Em que:
- I é a intensidade da corrente;
- Q é a carga elétrica;
- Δt é o intervalo de tempo.
Pelo Sistema Internacional de Medidas (SI) temos os seguintes prefixos:
- I: ampère (A);
- Q: coulomb (C);
- Δt: segundo (s).
É importante citar que o sentido convencional da corrente elétrica em um condutor é do potencial maior para o menor. Mas o sentido real da corrente é do potencial menor para o maior. Sendo assim, sempre considere o sentido convencional para os estudos.
Circuito elétrico
Um circuito elétrico é composto por um condutor fechado no qual se produz uma corrente elétrica. Um exemplo de circuito é: colocar um único fio que conecta o polo positivo ao polo negativo de uma mesma pilha.
Em um circuito podemos ter dois tipos de corrente elétrica: contínua e alternada. A corrente contínua é aquela que tem sempre o mesmo sentido. Correntes geradas por baterias e pilhas são contínuas. No entanto, a corrente alternada é aquela cujo sentido sofre inversões, em geral, periodicamente. Como exemplo podemos citar a energia que está nas tomadas de uma residência.
Potência elétrica
Uma carga ao se mover por um condutor gasta energia, exceto quando é um supercondutor. Isso pode resultar no giro de um motor ou em uma lâmpada que se acende. A potência elétrica é a taxa na qual a energia elétrica é convertida em outra forma, como luz, calor ou energia mecânica.
A potência elétrica é calculada pela seguinte fórmula:
Pot = U . i
Segundo o SI temos:
- Pot: watts (w)
- U: volts (v);
- i: ampère (A).
Resistência elétrica
Considere um circuito. Seu condutor é submetido a uma diferença de potencial U e uma corrente elétrica, com intensidade i, percorre por ele.
Sendo assim, a resistência elétrica R é definida por:
R = U / i
Segundo o SI temos:
- R: ohm (Ω);
- U: volts (v);
- i: ampère (A).
A resistência elétrica depende do material em que é feito o fio condutor, da espessura, do comprimento e da temperatura a qual ele está exposto. Em alguns casos, podemos encontrar condutores que têm uma resistência tão baixa que pode-se dizer que ele é um condutor ideal.
A resistência elétrica ainda pode ser definida como a “dificuldade” que a corrente elétrica encontra para percorrer por um condutor com determinada tensão.
1ª Lei de Ohm
Partindo do que foi falado a respeito da resistência elétrica, temos a Primeira Lei de Ohm. Ela nos diz que, para alguns condutores, a diferença de potencial (U) e a intensidade da corrente (i) são diretamente proporcionais. A constante de proporcionalidade é a sua resistência elétrica (R):
U = R . i , sendo R constante.
Segundo o SI temos:
- R: ohm (Ω);
- U: volts (v);
- i: ampère (A).
2ª Lei de Ohm
Considere que um fio condutor tem um comprimento L e seção transversal uniforme de área A. A resistência elétrica R desse condutor é diretamente proporcional ao seu comprimento L e inversamente proporcional à área A — sendo que ele tem uma resistência intrínseca, denominada como resistividade elétrica (ρ).
Sendo assim, temos a Segunda Lei de Ohm:
R = (ρ . L)/ A
Segundo o SI temos:
- R: ohm (Ω);
- L: metro (m);
- A: metro quadrado (m²);
- ρ: ohm metro (Ω . m).
Resistores
Resistores são componentes de um circuito elétrico em que quando a energia elétrica passa por eles é convertida exclusivamente em energia térmica. Essa conversão é definida como efeito Joule. Um exemplo, presente na maioria das casas, é o chuveiro em que ele converte energia elétrica em energia térmica, a qual aquece a água.
Associação de resistores em série
A associação de resistores em série se dá por meio de um sistema em que em um mesmo fio estão conectadas uma bateria, uma chave liga/desliga e mais de uma lâmpada ou outro tipo de resistor.
Nessa forma de associação, quando a chave é fechada, a corrente se estabelece quase que imediatamente em todas as lâmpadas. A carga não é acumulada em uma lâmpadas, mas percorre através delas. Por conta de os elétrons livres terem apenas um caminho para percorrer, se uma lâmpada queimar ou se a chave for aberta a corrente será interrompida. As luzes de Natal são um exemplo de um circuito em série.
Nesse tipo de associação, a corrente enfrenta a resistência de todas as lâmpadas conectadas. Dessa forma, a resistência total do circuito é a soma da resistência de cada lâmpada.
R = R1 + R2 + R3 + … + Rn
O mesmo acontece para a diferença de potencial total do circuito, que é a soma da diferença de potencial de cada lâmpada. Apenas a intensidade da corrente elétrica é igual em todos os resistores.
U = U1 + U2 + U3 + … + Un
Associação de resistores em paralelo
Um circuito com resistores associados em paralelo é um pouco diferente do anterior. Isso porque as lâmpadas não estão conectadas no mesmo fio, mas em fios diferentes.
Nesse caso, a diferença de potencial é igual para todos os resistores. Porém, tanto a intensidade da corrente elétrica como a resistência elétrica são diferentes para cada resistor. A intensidade da corrente elétrica total é a soma da intensidade de corrente de cada resistor.
i = i1 + i2 + i3 + … + in
Já a resistência elétrica total diminui a cada caminho adicionado entre dois pontos do circuito. Isso significa que a resistência total do circuito é menor que a de qualquer um dos resistores.
1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … +1/Rn
Um exemplo real da associação de resistores em paralelo é a instalação elétrica de uma casa, em que lâmpadas, geladeira, chuveiro e tomadas são considerados resistores.
Associação mista de resistores
Associação mista é aquela em que no mesmo circuito há resistores associados em série e em paralelo.
Agora que você já aprendeu os conceitos da eletrodinâmica é hora de reforçá-los com nossa lista de exercícios. Caso ainda tenha ficado alguma dúvida sobre algum tópico acesse nossas aulas. E não esqueça de conferir o blog do Stoodi para aprender sobre mais conteúdos de Física ou de outras matérias.
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