quarta-feira, 5 de junho de 2013

Cursos do Blog - Eletricidade

16ª aula
Corrente elétrica. Intensidade média da corrente elétrica

Borges e Nicolau

Introdução

Você estudou na aula passada que quando se liga, por meio de um fio metálico, dois condutores eletrizados, A e B, a potenciais diferentes, ocorre a passagem de elétrons de um condutor para outro até que os potenciais se tornem iguais. No exemplo em questão, sendo V1 > V2, teremos a passagem de elétrons de B para A, pois espontaneamente os elétrons deslocam-se para regiões de maior potencial elétrico. Este movimento ordenado de cargas elétricas, constitui uma corrente elétrica. A corrente elétrica perdura até o instante em que é atingido o equilíbrio eletrostático, isto é, os condutores atingem o mesmo potencial elétrico.

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Se quisermos que a corrente elétrica fique permanentemente passando pelo fio metálico devemos manter entre os condutores A e B uma diferença de potencial. O aparelho que realiza tal tarefa é o gerador elétrico. Uma bateria, uma pilha são exemplos de geradores elétricos. O terminal do gerador de maior potencial (POLO POSITIVO) é ligado ao condutor A e o de menor potencial (POLO NEGATVO) é ligado ao condutor B.

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Nos condutores metálicos as cargas elétricas que constituem a corrente elétrica são os elétrons livres. Se as cargas elétrica livres, responsáveis pela corrente elétrica fossem positivas, seu sentido seria de A para B, isto é, em busca de potenciais elétricos menores.

O sentido que teríamos se as cargas livres fossem positivas é chamado sentido convencional da corrente elétrica. Observe que o sentido convencional é contrário ao sentido real dos elétrons. No sentido convencional a corrente elétrica entra pelo polo negativo do gerador e sai pelo polo positivo. Salvo indicação em contrário, vamos sempre trabalhar com o sentido convencional.

 
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Intensidade média da corrente elétrica

Seja Δq a carga elétrica que a travessa a seção reta de um condutor num intervalo de tempo Δt.
A intensidade média da corrente elétrica é a relação entra a carga elétrica Δq e o correspondente intervalo de tempo Δt.

Unidades no SI:

Δq => coulomb (C)
Δt => segundo (s)
i => ampère (A)

Observações:

a) Chama-se carga elétrica elementar e se indica pela letra e, ao valor da carga elétrica do próton que é igual ao módulo da carga elétrica do elétron.
b) A carga elétrica Δq é constituída por cargas elétricas elementares. Sendo n o número de cargas elétricas elementares que formam a carga elétrica Δq, podemos escrever:


c) Chama-se corrente elétrica contínua e constante à corrente elétrica de sentido e intensidade constantes.

Exercícios básicos
 

Exercício 1:
Um fio de cobre está sendo percorrido por uma corrente elétrica. Esta corrente elétrica é constituída pelo movimento ordenado de:
a) elétrons livres;
b) prótons
c) nêutrons
d) elétrons livres num sentido e prótons em sentido oposto
e) elétrons livres e prótons no mesmo sentido.

Resolução:

Os elétrons livres são responsáveis pela condução da eletricidade nos metais.

Resposta: a


Exercício 2:
Na figura representamos uma lâmpada incandescente.

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Você liga um gerador elétrico (uma bateria, por exemplo) à lâmpada e ela acende. Dos esquemas abaixo quais são as duas possíveis ligações corretas?

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Resolução:

Um polo do gerador deve ser ligado à rosca metálica e o outro polo à base metálica.

Respostas: a) e d)
 

Exercício 3:
Indique nas duas situações que você escolheu na questão anterior, o sentido de movimento dos elétrons livres e o sentido da corrente elétrica convencional, que passa pelo filamento da lâmpada.

Resolução:

No sentido convencional a corrente elétrica entra pelo polo negativo do gerador e sai pelo polo positivo. O sentido real dos elétrons é contrário ao sentido convencional. Assim, temos:



Exercício 4:
Seja Δq = 36 C, a carga elétrica que atravessa uma seção reta de um condutor metálico durante um intervalo de tempo Δt = 20 s. Determine a intensidade da corrente elétrica que percorre o condutor neste intervalo de tempo.

Resolução:

i = Δq/Δt = 36 C/20 s => i = 1,8 A

Resposta: 1,8 A
 

Exercício 5:
Uma corrente elétrica de intensidade 1,0 A atravessa durante 1,0 s uma seção reta de um condutor metálico. Quantos elétrons, neste intervalo de tempo, atravessam a seção do condutor?
Dado: e = 1,6.10-19 C

Resolução:

i = Δq/Δt => i = n.e/Δt => 1,0 = n.1,6.10-19/1,0 => n = 6,25.1018 elétrons

Resposta:
6,25.1018 elétrons 

Exercícios de revisão

Revisão/Ex 1:
(ENEM)
Um curioso estudante, empolgado com a aula de circuito elétrico que assistiu na escola, resolve desmontar sua lanterna. Utilizando-se da lâmpada e da pilha, retiradas do equipamento, e de um fio com as extremidades descascadas, faz as seguintes ligações com a intenção de acender a lâmpada:



Tendo por base os esquemas mostrados, em quais casos a lâmpada acendeu?

a) (1), (3), (6)
b) (3), (4), (5)
c) (1), (3), (5)
d) (1), (3), (7)
e) (1), (2), (5)


Resolução:

Liga-se um terminal da lâmpada (por exemplo, rosca metálica) a um dos polos da pilha e outro (base metálica) ao outro polo. Assim, (1), (3) e (7) são as ligações em que a lâmpada acende.

Resposta: d


Revisão/Ex 2:
(UFSM-RS)
Uma lâmpada permanece acesa durante 5 minutos, por efeito de uma corrente de 2 A. Nesse intervalo de tempo, a carga total (em C) fornecida a essa lâmpada é:


a) 0,4        b) 2,5        c) 10        d) 150        e) 600


Resolução:

i = Δq/Δt => 2 = Δq/5.60 => Δq = 600 C

Resposta: e


Revisão/Ex 3:
Um fio metálico é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 16 A. A carga elétrica do elétron tem módulo 1,6.10-19 C. O número de elétrons que passa por segundo, pela seção transversal do fio, é igual a:

a) 16.1
021
b) 8,0.1021 
c) 4,0.1020
d) 2,0.1020 
e) 1,0.1020

Resolução:

i = Δq/Δt => i = n.e/Δt => 16 = n.1,6.10-19/1,0 => n = 1,0.1020 elétrons

Resposta: e
:

Revisão/Ex 4:
Pela seção transversal de um fio metálico passam 4,0.1019 elétrons por segundo. A carga elétrica do elétron tem módulo 1,6.10-19 C. A intensidade da corrente elétrica que atravessa o fio é, em ampères, igual a:

a) 3,2
b) 6,4
c) 8,0
d) 9,6
e) 16


Resolução:

i = Δq/Δt => i = n.e/Δt => i = 4.0.1019.1,6.10-19/1,0 => i = 6,4 A

Resposta: b


Revisão/Ex 5:
(PUC-SP)
Uma corrente elétrica de intensidade 11,2 µA percorre um condutor metálico. A carga elementar é e = 1,6.
10-19 C. O tipo e o numero de partículas carregadas que atravessam uma seção transversal desse condutor por segundo são:

a) Prótons; 7,0.
1013 partículas
b) Íons de metal; 14,0.
1016 partículas
c) Prótons; 7,0.
1019 partículas
d) Elétrons ; 14,0.
1016 partículas
e) Elétrons; 7,0.
1013 partículas

Resolução:

Sendo o condutor metálico, concluímos que as partículas que constituem a corrente elétrica são os elétrons.

Cálculo do número n de elétrons que constituem a corrente:

i = Δq/Δt => 11,2.
10-6 = n.1,6.10-19/1,0 => n = 7,0.1013 elétrons

Resposta: e

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