Resistores

Publicado 05/27/2010 por aprendendofisica
Categorias: Assuntos 3º Ano

AMPERÍMETRO E VOLTÍMETRO
O amperímetro é um aparelho que serve para medir a intensidade da corrente elétrica. Um amperímetro perfeito é aquele que apresenta uma resistência interna nula. Ele é disposto em série com o elemento de circuito da corrente elétrica que se deseja medir.

Vejamos uma ilustração:
O voltímetro é um aparelho utilizado para medir a diferença de potencial entre dois pontos de um circuito elétrico. O voltímetro perfeito é aquele que apresenta uma resistência interna infinita. Ele é disposto em paralelo com o elemento de circuito da corrente elétrica que se deseja medir.
Vejamos a ilustração:


Além destes dois aparelhos que vimos acima, existe também o galvanômetro, que é utilizado para indicar a passagem da corrente ou a existência de uma ddp.

ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES

Em muitos casos práticos tem-se a necessidade de uma resistência maior do que a fornecida por um único resistor. Em outros casos, um resistor não suporta a intensidade da corrente que deve atravessá-lo. Nessas situações, utilizam-se vários resistores associados entre si.
Os resistores podem ser associados em série, em paralelo ou numa combinação de ambas, a associação mista.

Resistor equivalente – É o resistor que produz o mesmo efeito que a associação, ou seja, submetido à mesma ddp da associação, deixa passar corrente de mesma intensidade.

Associação em série:

Um circuito elétrico com resistores, um seguido do outro, de modo a oferecer um único caminho para a passagem da corrente.

Rs é o resistor equivalente da associação.

Características da associação em série:

a) A intensidade da corrente i é a mesma em todos os resistores, pois eles estão ligados um após o outro.

b) A tensão U na associação é igual à soma das tensões em cada resistor:

U = U1 + U2 + U3

c) Aplicando-se a 1ª lei de Ohm a cada um dos resistores, podemos calcular a resistência do resistor equivalente da associação, da seguinte forma:

U = U1 + U2 + U3 Rs . i = R1 . i + R2 . i + R3 . i

Rs . i = i(R1 + R2 + R3)

R = R1 + R2 + R3

O resistor equivalente tem uma resistência elétrica igual à soma das resistências elétricas de todos os resistores da associação.

Para iluminar uma árvore de natal, por exemplo, usam-se lâmpadas de baixa tensão associadas em série.

Associação em paralelo:

Quando dois ou mais resistores têm seus terminais ligados à mesma diferença de potencial, de modo a oferecer caminhos separados para corrente.

Em que Rp é o resistor equivalente da associação em paralelo.

Características da associação em paralelo:

a) A tensão U é a mesma em todos os resistores, pois estão ligados aos mesmos terminais A e B.

b) A corrente i na associação é igual à soma das correntes em cada resistor: i = i1 + i2 + i3

Aplicando-se a 1.ª lei de Ohm a cada um dos resistores, podemos determinar a resistência do resistor equivalente:

i = i1 + i2 + i3

c) O inverso da resistência equivalente é igual à soma dos inversos das resistências associadas.

Se houver somente dois resistores em paralelo, de resistências R1 e R2, a resistência equivalente Rp dessa associação pode ser determinada por:

Associação mista

É aquela na qual encontramos, ao mesmo tempo, resistores associados em série e em paralelo.

A determinação do resistor equivalente final é feita a partir da substituição de cada uma das associações, em série ou em paralelo, que compõem o circuito pela respectiva resistência equivalente.

Notas:

É importante sabermos um pouquinho sobre os fusíveis, os disjuntores, os reostatos, e os reostatos de cursor e de ponto.

Vejamos:

1- O fusível é considerado um dispositivo que previne os circuitos elétricos. Eles são ligados em série, e a parte do circuito elétrico, deve ficar protegida. Eles são compostos por alguns condutores de baixo ponto de fusão, como por exemplo, o estanho e o chumbo. Quando uma corrente elétrica de intensidade maior do que a permitida passa por esse circuito, elas se fundem e interrompem o circuito.

2- O Disjuntor tem a mesma função do fusível que é proteger uma instalação elétrica contra os circuitos elétricos, ou seja, ele abre o circuito caso a corrente elétrica ultrapasse determinado valor. Vejamos como são os disjuntores:

3- Reostatos são resistores de resistência elétrica variável, constituída do resistor propriamente dito e de um dispositivo que permite variar o seu comprimento e, desse modo, controlar a intensidade da corrente ou da tensão no circuito.

Representação:

Reostatos de cursor:

Deslocando a posição do cursor C, o comprimento do fio atravessado pela corrente elétrica varia juntamente com a resistência elétrica.

Reostato de pontos:

O valor da resistência do reostato (RR) é totalmente dependente da posição da manivela, pois a casa posição a resistência do reostato irá ter um valor (isso com base na ilustração acima), vejamos:

* Para a posição 1 a RR é igual a 0, ou seja, ela é mínima;

* Para a posição 2, a RR é igual a 2R;

* Para a posição 3, a RR é igual a 4R;

* Para a posição 4, a RR é igual a 6R;

* Para a posição 5, a RR é igual a 8R, ou seja, ela é máxima.

ASSOCIAÇÃO EM PARALELO

Aplicação
Dois resistores, de 4 e 6, são associados em série. Uma bateria fornece aos extremos da associação uma ddp de 12V. Determine:

a) a resistência equivalente da associação;

b) a intensidade da corrente em cada resistor;

c) a ddp em cada resistor.

Solução:
a) Cálculo da resistência equivalente:

Rs = RAC + RCB RS = 4 + 6 RS = 10

b) Cálculo da corrente:

Pela lei de Ohm:

UAB = RS . i 12 = 10 . i i = 1,2A

c) Como a corrente é comum, vem:

UAC = RAC . i UAC = 4 . 1,2 UAC = 4,8V

UCB = RCB . iUCB = 6 . 1,2 UCB = 7,2V

ASSOCIAÇÃO EM PARALELO

Quando dois ou mais resistores têm seus terminais ligados à mesma diferença de potencial, de modo a oferecer caminhos separados para corrente.

Em que Rp é o resistor equivalente da associação em paralelo.

Características da associação em paralelo:

a) A tensão U é a mesma em todos os resistores, pois estão ligados aos mesmos terminais A e B.

b) A corrente i na associação é igual à soma das correntes em cada resistor: i = i1 + i2 + i3

Aplicando-se a 1.ª lei de Ohm a cada um dos resistores, podemos determinar a resistência do resistor equivalente:

i = i1 + i2 + i3

O inverso da resistência equivalente é igual à soma dos inversos das resistências associadas.

Se houver somente dois resistores em paralelo, de resistências R1 e R2, a resistência equivalente Rp dessa associação pode ser determinada por:
.

Aplicações

01. Entre os terminais A e B da figura, aplica-se uma ddp de 120V. Determine:

a) a resistência equivalente da associação;

b) a intensidade da corrente em cada resistor;

c) a intensidade da corrente total da associação.


Solução:
a) Os pontos A e D estão em curto-circuito

(estão ligados por fios de resistência desprezível). Portanto, são pontos coincidentes (A º D). O mesmo ocorre com os pontos B e C (B º C). Em vista disso, efetuamos uma mudança na associação dada, fixando-se os pontos A e D como terminal de entrada da corrente e B e C como terminal de saída da corrente. Então:

Cálculo da resistência equivalente:

b) Sendo uma associação em paralelo, a ddp é comum. Portanto:

120 = 20 . i1 i1 = 6A

120 = 30 . i2 i2 = 4A

120 = 6 . i3 i3 = 20A

c) i = i1 + i2 + i3 i = 6 + 4 + 20 i = 30A

02. No esquema representado, um fusível em F suporta uma corrente máxima de 5A. A lâmpada submetida a 110V consome 330W. Que resistência mínima se pode ligar em paralelo com a lâmpada, sem queimar o fusível?

A corrente que percorre a lâmpada é calculada pela fórmula da potência:

P = UAB . i1 330 = 110 . i1 i1 = 3A

Sem queimar o fusível, o circuito suporta uma corrente de, no máximo, 5A, sendo:

i = i1 + i2 5 = 3 + i2 i2 = 2A

Aplicando a 1.ª lei de Ohm em R:

UAB = R . i2 110 = R.2 R = 55

ASSOCIAÇÃO MISTA

É aquela na qual encontramos, ao mesmo tempo, resistores associados em série e em paralelo.

A determinação do resistor equivalente final é feita a partir da substituição de cada uma das associações, em série ou em paralelo, que compõem o circuito pela respectiva resistência equivalente.

Potência e Energia Elétrica

Publicado 05/27/2010 por aprendendofisica
Categorias: Assuntos 3º Ano

Potência e Energia Elétrica
Nós sabemos que a energia não se perde, ela se transforma de uma modalidade em outra ou em trabalho.

Em eletrodinâmica, a quantidade de energia elétrica transformada em outra modalidade de energia, por unidade de tempo, é denominada potencia elétrica.

Cálculo da potência elétrica (Pe)

Sabe-se que o trabalho da força elétrica em cada portador de carga (q) é obtido do produto entre a d.d.p. (U) e a carga (q), ou seja:

Sabe-se também que ao atravessar um trecho do circuito, num intervalo de tempo, a carga (q) pode ser calculada pela relação: q=i.t. Logo, o trabalho da força elétrica pode ser colocado na forma de:

Como a potência elétrica corresponde ao trabalho realizado pela força elétrica na unidade de tempo, temos:

Como toda grandeza física, a potência elétrica tem a sua unidade que, no SI, é o watt(W). Então: 1W = 1V . 1A

Nos terminais de um resistor ôhmico, aquele que obedece às leis de ohm, sabemos que a d.d.p. (U) é calculada pela relação U = R.i. Então, a potência elétrica pode ser colocada na forma de:

Pe = R.i.i Pe = R.i2.

Estas últimas expressões são chamadas de potência dissipada.

A quantidade de energia elétrica dissipada (consumida) no resistor, durante certo intervalo de tempot, vale: E = Pt

Uma unidade de energia muito utilizada é o quilowatt-hora (kWh). Um kWh é a quantidade de energia com potência de 1kW que é transformada, no intervalo de 1h.

Relação entre o kWh e o J:

1 kWh = 1 000W . 3600s = 3,6 . 106J

Circuito Elétrico – Resitividade – Lei de Ohm

Publicado 05/27/2010 por aprendendofisica
Categorias: Assuntos 3º Ano

Aplicação

A intensidade da corrente elétrica em um condutor metálico em função do tempo é fornecida pelo gráfico da figura. Sendo a carga elementar e = 1,6 . 10-19C, determine:

a) a carga elétrica que atravessa uma secção do condutor em 8s;

b) o número de elétrons que atravessa uma secção do condutor durante esse mesmo tempo.

Solução:

a) A área S da figura representa a quantidade de carga que percorre o condutor em 8s, logo:

Q = i. t Q = 4.8 Q = 32C

b) Q = n.e 32 = n . 1,6 .10-19 n = 2.10 20elétrons

ELEMENTOS DE UM CIRCUITO ELÉTRICO

De uma maneira geral, denomina-se circuito elétrico o conjunto de caminhos que permitem a passagem da corrente elétrica, no qual aparecem outros dispositivos elétricos ligados a um gerador.

RESISTÊNCIA ELÉTRICA – LEIS DE OHM

A resistência elétrica é uma grandeza característica do resistor e mede a dificuldade que os átomos oferecem à passagem da corrente elétrica.

Considere o resistor representado no trecho do circuito, onde se aplica uma ddp U e se estabelece uma corrente de intensidade i.

Define-se como resistência elétrica R do resistor, o quociente da ddp U aplicada pela corrente i que o atravessa.

O físico Georges Simon OHM (1787-1854) verificou, experimentalmente, que a resistência elétrica é o quociente da diferença de potencial – d.d.p(U) – pela intensidade de corrente elétrica, ou seja:

1.ª Lei de OHM: ou ainda

No S.I., a unidade de resistência elétrica é o ohm ()

2.ª Lei de OHM:

A 2.a Lei de OHM também surgiu de experiências que demonstram que a resistência elétrica é diretamente proporcional ao comprimento do fio condutor (L), inversamente proporcional à área de secção transversal do condutor (A) e depende do material com que o condutor foi construído (resistividade r).

O coeficiente de proporcionalidade r (rô) é denominado resistividade elétrica do material que constitui o resistor. A resistividade é uma característica do material e corresponde à resistência de um resistor de comprimento unitário e de secção unitária.

Portanto, quanto menor a resistividade de um material, menor a resistência elétrica.

A unidade de resistividade no SI é . m.

Nos corpos metálicos, a resistividade decresce com a diminuição da temperatura. Determinados metais, a temperaturas próximas do zero absoluto, apresentam resistividade quase nula. É o fenômeno da supercondutividade. Nesse caso, as substâncias são chamadas de supercondutoras.

A supercondutividade foi verificada no mercúrio, no chumbo, nos óxidos de ítrio, de bário e de cobre.

Aplicação

A resistividade do cobre, a 20ºC, é 1,7 . 10-8Wm. Determine a resistência de um fio de cobre de 1m de comprimento e 0,2cm2 de área de secção transversal, nessa temperatura.

Solução:
.

Resistência Elétrica

Publicado 05/27/2010 por aprendendofisica
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Os metais são bons condutores de corrente elétrica, mas alguns são melhores condutores que outros. O metal mais utilizado em nossas instalações elétricas é o cobre. Porque é um bom condutor e, também não é muito caro. Sabemos que a prata é melhor condutora que o cobre e, o chumbo é pior condutor que eles.

Mas o que significa esta diferença entre o cobre, a prata e o chumbo? Por que um é melhor condutor que outro?

Nos metais temos vários elétrons livres. O movimento ordenado destes elétrons forma a corrente elétrica. Na prata os elétrons livres têm maior facilidade para se movimentarem do que no cobre e no chumbo.

A dificuldade que o chumbo apresenta à passagem da corrente elétrica é expressa por uma grandeza física chamada resistência elétrica.

Se aplicarmos uma diferença de potencial nas extremidades de fios constituídos destes metais, observaríamos uma corrente elétrica maior na prata, seguida do cobre e, por último do chumbo que ofereceria maior dificuldade a passagem dos portadores de carga elétrica.

A resistência elétrica (R) de um condutor pode ser definida por:

Onde U é a diferença de potencial nas extremidades do condutor e i é a intensidade da corrente elétrica.

A unidade de resistência elétrica no SI é o ohm (Ω).

Corrente Elétrica

Publicado 05/27/2010 por aprendendofisica
Categorias: Assuntos 3º Ano

Corrente elétrica, entender este conceito facilita o entendimento de muitos fenômenos da natureza. A corrente elétrica, e a eletricidade propriamente dita, estão presentes a todo tempo ao nosso redor e até em nós mesmos.

Podemos citar vários exemplos:

Na natureza: o relâmpago, uma grande descarga elétrica produzida quando se forma uma enorme tensão entre duas regiões da atmosfera.

No corpo humano: impulsos elétricos do olho para o cérebro. Nas células da retina existem substâncias químicas que são sensíveis à luz, quando uma imagem se forma na retina estas substâncias produzem impulsos elétricos que são transmitidos ao cérebro.

Além destes exemplos, podemos identificar vários aparelhos e utensílios em nossa casa que foram construídos a partir do domínio da eletricidade: o ferro de passar roupas, o chuveiro, a lâmpada e muitos outros.

Para entendermos o funcionamento destes aparelhos vamos definir o conceito de corrente elétrica.

Se um condutor é ligado aos pólos do gerador os elétrons do pólo negativo se movimentam ordenadamente para o pólo positivo, esse movimento ordenado dos elétrons é denominado corrente elétrica.

Por convenção, o sentido da corrente elétrica é contrário ao do movimento dos elétrons no condutor.

A quantidade de carga elétrica ∆Q que atravessa uma seção transversal do condutor por um determinado intervalo de tempo ∆t determina a intensidade de corrente elétrica.

i = ∆Q / ∆t

Onde:

i = intensidade da corrente elétrica
∆Q = quantidade de carga elétrica
∆t = intervalo de tempo

A unidade de medida utilizada para corrente elétrica é o Coulomb/segundo (C/s), esta unidade recebe o nome de ampère (A).

Exemplo: Na seção transversal de um condutor passa uma quantidade de carga elétrica ∆Q = 8 . 10-4 C no intervalo de tempo ∆t = 2 . 10-2 s. Determine a intensidade da corrente elétrica que atravessa o condutor.

Resolução:

A intensidade da corrente elétrica é dada por:

i = ∆Q / ∆t

i = 8.10-4/2.10-2
i = 4.10-2A

Energia e Trabalho de uma força

Publicado 05/27/2010 por aprendendofisica
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Introdução

Não existe uma definição do que é energia, mas sabemos que a sua existência possibilita a execução de trabalho. A energia armazenada nos alimentos, por exemplo, faz com que os órgãos do corpo de uma pessoa funcionem corretamente. Os combustíveis fazem com que os veículos automotores se locomovam. Da mesma forma, a energia elétrica produzida pela bateria faz com que os elétrons dos fios condutores de energia se locomovam.

Ao falar de energia é de extrema importância ressaltar o Princípio de Conservação da Energia. Princípio este que, segundo Lavoisier, diz: “Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”.

De forma a exemplificar conversões de energia de um modo geral, consideremos uma mola relaxada (figura 1), ou seja, uma mola que não está esticada. Veja:

Para comprimir a mola é necessário um gasto de energia. Assim, aplica-se uma força em uma de suas extremidades, de forma que a mesma se contraia. Dizemos que ao se aplicar a força sobre a mola há a realização de um trabalho. Este trabalho corresponde à energia transferida da pessoa para a mola. A figura 2 representa a mola já comprimida e com uma trava no carrinho, impedindo que o mesmo se liberte.

A mola comprimida armazena energia. Essa energia, porém, só pode ser manifestada ao se retirar a trava do carrinho. A energia armazenada na mola é denominada de Energia Potencial Elástica. Potencial porque pode se manifestar e elástica porque está em um corpo elástico deformado.

Agora, observando a figura 3, percebemos que o carrinho se libertou. Ao ser retirada a trava, a energia potencial que estava armazenada na mola se manifestou, fazendo com que o carrinho adquirisse movimento. Novamente temos a realização de trabalho. Agora esse trabalho corresponde à energia transferida da mola para o carrinho. A energia que o carrinho adquiriu é denominada de Energia Cinética.

Energia Cinética: é a energia que está relacionada ao movimento dos corpos.

Energia Potencial (gravitacional, elástica, elétrica, etc.): é a energia que um corpo possui em relação à posição particular que ele ocupa.

Na ausência de atrito a energia mecânica total de um sistema se conserva, havendo apenas a transformação de energia potencial em energia cinética e vice-versa. Veja:

Emec= Ec + Ep

É de grande importância deixar bem claro que o trabalho e as formas de energia são grandezas escalares.

Trabalho de uma força

Trabalho é a medida da energia que é transferida para um corpo, em razão da aplicação de uma força ao longo de um deslocamento. Em Física trabalho é normalmente representado por W(que vem do inglês work) ou mais usadamente a letra grega tau

Para calcular o trabalho de uma força é importante ressaltar que ele pode ser:

Trabalho de uma força constante e paralela ao deslocamento: é calculado quando se tem a força sendo aplicada no mesmo sentido do deslocamento. Pode ser calculado da seguinte forma:

Como o ângulo entre a força e o deslocamente é zero faz com que o cosseno deste ângulo seja igual a 1 tornando a expressão equivalente à:

Onde D é o deslocamento sofrido pelo corpo.

Trabalho de uma força constante e não-paralela ao deslocamento:

Quando temos a aplicação da força constante e não-paralela, como no esquema acima, calculamos o trabalho da seguinte forma:

Onde ө é o ângulo formado entre a força e o deslocamento sofrido pelo corpo.

Tanto o trabalho quanto a força são medidos em joule (J), que é uma unidade do SI (Sistema Internacional de Unidades). Essa unidade é uma homenagem ao físico britânico James Prescott Joule. No sistema CGS, a unidade de trabalho é o erg= dina x centímetro.

Potencial Elétrico

Publicado 05/27/2010 por aprendendofisica
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Potencial elétrico é a medida associada ao nível de energia potencial de um ponto de um campo elétrico. Ao tomarmos uma carga de prova q e a coloquemos em um ponto P de um campo elétrico. Ela adquire uma energia associada ao quanto pré-disposta ela está a entrar em movimento a partir unicamente do campo que está interagindo com ela.

Definimos por v o potencial elétrico associado a uma carga, temos que:

Unidade de potencial elétrico:

Em 1745 nasceu Alessandro G. A. Volta, na Itália cidade de Como, que aos 24 anos escreveu seu primeiro livro Da força magnética, do fogo elétrico e dos fenômenos daí dependentes. Sendo que sua maior contribuição à física foi a invenção da pilha elétrica.

Analisando as equações abaixo podemos encontrar uma equação que defina melhor o potencial elétrico para alguns casos.

Temos que:

Onde q2 é a valor da carga elétrica que gera o campo, k é a constante elétrica do meio, e d a distância entre as cargas.

Para o caso de diversas cargas interagindo em um determinado campo temos que o potencial resultante no ponto P é dado pela soma dos potenciais parciais assim obtidos, levando em consideração os respectivos sinais, pois cada potencial será convertido em uma grandeza escalar.

vresultante = v1 + v2 … + vn

Superfícies equipotenciais são linhas imaginárias que possuem pontos com o mesmo potencial elétrico assim uma determinada carga gera infinitas superfícies equipotenciais.