Fabiano Gomes Caetano - Física: fevereiro 2020

Os fenômenos de natureza elétrica são conhecidos há séculos. Na Grécia antiga, Tales de Mileto observou que o âmbar (substância resinosa, amarela e fossilizada) é capaz de adquirir carga elétrica por meio de fricção e sugeriu a palavra grega elektron dando origem a palavra eletricidade.

Âmbar de Altamira

Pingente Oval de Âmbar

2) O que é eletricidade?

Eletricidade é um fenômeno que ocorre devido à passagem de cargas elétricas em um meio material, e esta passagem manifesta a energia elétrica.

3) O que é carga elétrica?
Todos os corpos são formados por átomos, que por sua vez são constituídos de prótons, elétrons e nêutrons. Define-se carga elétrica como sendo a propriedade de interação das partículas de um átomo. Convenciona-se que o elétrons possuem carga elétrica negativa e os prótons possuem carga elétrica positiva e os nêutrons não possuem carga elétrica. A carga elétrica é também notada nos corpos, que quando atritados, manifestam a ação de se atraírem ou se repelirem. Esta atração ou repulsão é manifestada através de uma força chamada força elétrica. É convencionado que a carga elétrica não possui massa.

4) Como se dá a força elétrica nos corpos?

Como em diversos corpos os elétrons das últimas camadas são fracamente ligados ao seu núcleo atômico, podem locomover-se pelo corpo sofrendo a ação da força elétrica.

5) Em que tipo de ambiente os elétrons podem se mover?
As cargas elétricas podem se mover no vácuo ou em meios materiais como os metais.

6) O que é corrente elétrica?

Quando há um movimento ordenado de cargas elétricas e elas deslocam-se no mesmo sentido em um meio material, e as contribuições de cada uma das cargas se somam, dizemos que há uma corrente elétrica. O acender da lâmpada indica passagem de corrente elétrica pelo fio.

7) Qual o sentido do movimento ordenado dos elétrons num material?
O sentido real das cargas elétricas é deslocar-se de onde se tem mais elétrons para onde se tem menos elétrons.

8) Quais são os tipos de corrente elétrica?

Corrente contínua e corrente alternada.

9) O que é uma corrente contínua?

Quando a corrente elétrica num ambiente que ela circunda mantém sempre o mesmo sentido.

10) O que é corrente alternada?

Quando a corrente elétrica num ambiente que ela circunda alterna periodicamente seu sentido.

11) Como verifica-se a intensidade da corrente elétrica?

A intensidade de corrente elétrica mede a quantidade de carga elétrica que atravessa a seção reta do material numa unidade de tempo considerada.

Pesquisa Google:

1) O que significam corrente real e corrente convencional?

2) Onde é utilizada a corrente contínua? E onde é utilizada a corrente alternada?

3) Qual unidade de medida utilizada para medir a intensidade de uma corrente elétrica?

4) Qual a função dos fusíveis e disjuntores?

Aula 2 – Fontes elétricas e circuito elétrico

1) Sendo a velocidade dos elétrons num fio condutor muito pequena, como se explica que, ao se acionar um interruptor de luz, as lâmpadas se acendam quase instantaneamente?
Quando o interruptor é acionado, os elétrons livres do condutor se ordenam “simultaneamente” em todo o circuito, devido a ação da força elétrica que se manifestou, no ato do acionamento, gerando uma corrente elétrica e aparecendo um ambiente onde os elétrons circundam.

2) O que é um condutor elétrico?

É o meio material onde ocorre o movimento dos elétrons ou que sofre as consequências da eletricidade.

3) Como é gerada a energia elétrica?

Fontes de energia elétrica transformam a energia acumulada em algum ambiente em energia capaz de mover os elétrons, num determinado circuito. São exemplos de fontes elétricas: pilhas, baterias e usinas hidrelétricas.

4) Como é representada uma fonte de energia elétrica?

A representação gráfica de uma fonte elétrica de corrente contínua é:

O polo positivo representa o terminal cujo número de elétrons ou potencial elétrico é maior. O polo negativo corresponde ao terminal de menor número de elétrons ou potencial elétrico.

5) O que é definido como circuito elétrico simples?

O sistema formado por um fio condutor com as extremidades acopladas aos polos de uma fonte é considerado um circuito elétrico simples e a corrente elétrica se dá através do fio. No fio condutor, os elétrons se deslocam do polo negativo para o polo positivo, numa corrente real.

6) Quais são os componentes básicos de um circuito elétrico simples?

As peças que compõem o sistema de alimentação de energia elétrica são chamadas componentes de um circuito elétrico. Um circuito elétrico simples é formado de fonte de energia elétrica, aparelho elétrico, fios ou placas de ligação e um interruptor.

7) Exemplo de um circuito elétrico simples:

Em uma lanterna, temos:

a) Uma lâmpada (o aparelho receptor de energia);

b) Um interruptor (dispositivo de manobra, com as posições “liga” e “desliga”);

c) Uma placa e uma mola metálicas que conectam a lâmpada às pilhas (dispositivos condutores);

d) As pilhas (fontes de energia).

8) O que significa um circuito ser aberto ou um circuito ser fechado?

Num circuito elétrico quando há passagem de corrente elétrica, dizemos que o circuito está fechado. Quando não há passagem de corrente elétrica sobre o circuito, dizemos que este circuito está fechado.

9) Esquema de circuito elétrico de uma lanterna com duas pilhas:

Atividades:

1) Julgue cada uma das as afirmativas como verdadeira (V) ou falsa (F):

a) Um fluxo de elétrons em movimento é formado quando tais elétrons se deslocam de um meio carregado negativamente para outro meio carregado positivamente. Esse fluxo é chamado de corrente elétrica. ( )

b) A energia química gerada no interior da pilha, mantém as cargas nos polos constantes mesmo quando há o fluxo de elétrons. Esse fluxo é conhecido como corrente elétrica contínua. ( )

c) A intensidade da corrente elétrica é a quantidade de carga elétrica que passa por um condutor por unidade de tempo. Unidade SI de corrente elétrica é o Ampere (A). ( )

2) Marque a opção correta:

Qual o caminho percorrido pelos elétrons percorridos pela corrente elétrica?

( ) Fio condutor ( ) Meio carregado negativamente ( ) Meio carregado positivamente

3) Quando uma lâmpada está queimada, seu circuito está aberto ou fechado? Por quê?

4) Faça um esquema simplificado que represente um circuito elétrico de um rádio de pilha em funcionamento.

Pesquisa Google:

Como são constituídos os circuitos elétricos de uma residência?

Aula 3 – Potencial Elétrico e Resistência Elétrica

1) Como é o comportamento da corrente elétrica num circuito elétrico?

O trabalho realizado pelas cargas elétricas pode ser de atração ou de afastamento. Uma carga elétrica só se movimenta de um ponto para o outro se houver dois polos, um onde se tem mais elétrons e outro onde se tem menos elétrons.

2) Como se entende o potencial elétrico?

É a energia elétrica que pode se transformar em trabalho por cada unidade de carga elétrica dentro de um ambiente onde as cargas circundam. A partir de uma força elétrica as cargas podem se movimentam de um polo a outro gerando a corrente elétrica.

3) O que é necessário para que haja corrente elétrica num circuito?

Para que as cargas elétricas de um condutor se movimentem num determinado sentido, é preciso que entre esses pontos se estabeleça uma diferença de potencial. A corrente elétrica será maior quanto maior for a diferença de potencial (DDP) entre dois pontos potenciais.

4) Como é conhecida essa diferença de potencial?

A ddp é conhecida também como tensão ou voltagem e a sua unidade de medida é o Volt (V), em homenagem a Alexandre Volta.

5) Que relação existe entre a Corrente Elétrica e Tensão Elétrica?

O físico alemão Georg Simon Ohm, percebeu que, dependendo do condutor, a mesma diferença de potencial poderia gerar correntes elétricas de intensidades diferentes. Isso significa que alguns condutores “resistem” mais que os outros à passagem da corrente, ou seja, alguns corpos têm mais resistência elétrica.

6) Como se define Resistência Elétrica?

Ohm percebeu, experimentalmente, que a razão entre diferença de potencial (V) e a corrente elétrica (I) era constante para alguns materiais. Ele resolveu chamar essa constante de resistência elétrica (R), este fato ficou conhecido como lei de ohm.

7) Como é representada matematicamente a Lei de Ohm?

R = V/I ou V = R∙I

A unidade de medida do SI é Ω (ohm).

8) Num cabo de resistência R = 10 Ω circula uma corrente de intensidade i = 0,5 A. Determine a ddp entre seus terminais.

Utilizando a Lei de Ohm, nesse circuito a diferença de potencial entre os terminais, nessas condições, é: 10 x 0,5 = 5 V.

9) O filamento de uma lâmpada tem resistência de 240 Ω. Determine a intensidade da corrente que se desloca sabendo que a tensão entre os terminais do circuito é 120 V.

Utilizando a Lei de Ohm, nessa lâmpada a intensidade da corrente elétrica, nessas condições, é: 120 / 240 = 0,5 A.

Atividades:

1) Julgue cada uma das as afirmativas como verdadeira (V) ou falsa (F):

a) Se unirmos dois pontos com níveis de potenciais elétricos diferentes com um fio condutor haverá um deslocamento espontâneo de cargas (sob forma de corrente elétrica) do ponto de menor potencial para o ponto de maior potencial (corrente real) ou do ponto de maior potencial para o ponto de menor potencial (corrente convencional). ( )

b) A corrente elétrica será maior quanto menor for a diferença de potencial (DDP) entre dois pontos potenciais. ( )

c) A pilha é uma fonte que não é capaz de manter a diferença de potencial entre os dois polos. ( )

d) A tensão elétrica de uma fonte está associada à capacidade que ela tem de fornecer energia a um aparelho elétrico. ( )

2) A resistência de um chuveiro está submetido à tensão de 220 V e a uma corrente 20 A. Determine a sua resistência elétrica?

3) Uma torradeira elétrica tem uma resistência elétrica de 11 Ω quando ligada à rede de 110 V. Qual é a corrente estabelecida no seu resistor?

Pesquisa Google:

Qual nome dos medidores de corrente elétrica, tensão e resistência elétrica?

Aula 4 – Resistividade e Efeito Joule

1) Ohm verificou que dependo do condutor de energia elétrica a intensidade da corrente elétrica se alteram, como são chamados esses condutores?

Condutores elétricos que oferecem resistência à corrente elétrica são denominados resistores elétricos.

2) Como são especificadas a resistência elétrica de cada resistor?

Qualquer condutor que oferece resistência à corrente elétrica é um resistor que oferece resistência elétrica definida. Os resistores são fabricados industrialmente e vendidos no comércio com determinadas especificações de uso, chamados valores nominais.

3) Qual a diferença entre resistores ôhmicos e não-ôhmicos?

O resistor é ôhmico quando a resistência especificada do condutor é constante. Existem também resistores construídos para que o seu valor diminua com o aumento da corrente, são conhecidos como VDR, estes são conhecidos como não-ôhmicos.

https://pt.wikipedia.org/wiki/Varistor

4) Como é denominado o comportamento dos diversos materiais à passagem da corrente elétrica?

A facilidade ou dificuldade da passagem da corrente elétrica em um condutor é chamada de resistividade do material (ρ). Disso, a resistência de um material vai depender de três fatores: do seu comprimento (L), da área de sua seção (A) e do tipo de material (ρ).

5) Dependendo do material ou aparelho utilizados a energia elétrica pode ser transformada?

A energia elétrica se transforma ou em outra forma de energia, como toda a energia. Na lâmpada ela se transforma em energia luminosa, no chuveiro elétrico em energia térmica.

6) Como se dá essa transformação de energia?

Esses aparelhos apresentam um resistor, que limita a intensidade de corrente elétrica, e dissipando a corrente em outro tipo de energia. Todo aparelho que tem como função produzir aquecimento é denominado resistivo. E todo aparelho que transforma energia elétrica em outro tipo de energia que não seja exclusivamente térmica é denominado receptor.

7) Como é conhecido o fenômeno em que aparelhos resistivos transformam energia elétrica em energia térmica?

A energia elétrica quando acumulada e se transformando em calor é denominado Efeito Joule, em homenagem a James P. Joule, cientista inglês que determinou relação entre trabalho e calor, é responsável pelas primeiras aplicações práticas da eletricidade.

Atividades:

1) Qual a diferença entre resistor e resistência?

2) Julgue V ou F:

A característica do condutor ôhmico é:

( ) apresentar corrente proporcional à tensão a que é submetida.

( ) apresentar resistência elétrica proporcional à tensão a que é submetido.

( ) apresentar corrente elétrica constante, qual quer que seja a tensão a que é submetido.

3) Determine a tensão entre os terminais de um condutor ôhmico de resistência elétrica R = 10 Ω quando uma corrente de 5 A o atravessa?

4) Indique a principal transformação de energia que ocorre no funcionamento dos seguintes aparelhos:

a) chuveiro
b) piano elétrico
c) liquidificador
d) furadeira
e) lâmpada de LED
f) TV
g) telefone

5) A maioria dos aparelhos elétricos tem uma parte resistiva? Justifique sua resposta.

Pesquisa Google:

Descreva alguns materiais mais comuns que são condutores de eletricidade e suas devidas medidas e especificações de resistividade.

Aula 5 – Efeito Joule e Potência elétrica

1) Como é identificado a quantidade de energia elétrica que está sendo transformada em outros tipos de energia?

A quantidade de energia elétrica transforma por unidade de tempo é denominada potência elétrica.

2) Em termos práticos, como é apresentado a potência elétrica?

Pode-se dizer que ela corresponde à rapidez com que se realiza um trabalho.

3) Como é medida a potência elétrica?

A potência elétrica é medida em Watt (W), indica a quantidade de energia elétrica em joule (J) transformada num aparelho a cada segundo (s). W –> J/s.

4) Que relação existe entre corrente, tensão e potência?

Em geral, os aparelhos consumidores resistivos do dia a dia são submetidos na mesma tensão (constante), mas suas potências são diferentes. Isso significa que no circuito de cada aparelho podem existir diferentes intensidades de corrente elétrica, de forma proporcional. Logo, a potência (P) será o produto da tensão constante (V) com a corrente variável (i), obedecendo a proporcionalidade das grandezas.

5) Um chuveiro elétrico possui a seguinte indicação: 220V/4.400W. Calcule a corrente elétrica quando o chuveiro está ligado nas condições de trabalho proposta. Calcule também a nova potência caso o chuveiro seja ligado indevidamente em 110V.

Identificamos que potência de funcionamento desse chuveiro é P = 4.400 W e tensão V = 220 V.

Utilizando I = P/V, teremos neste chuveiro uma corrente I = 4.400/200 = 20 A.

Utilizando P = V · I, se esse chuveiro for ligado em 110 V teremos uma potência P = 110 x 20 = 2.200 W. (Nesse caso, o aparelho não liberará a potência indicada pelo fabricante)

Atividades:

1).Por que não é possível caracterizar um aparelho consumidor somente por sua potência?

2) Alimentando-se um aparelho elétrico com uma tensão de 220V ele consume uma potência de 110 W. Com essas informações determine a intensidade de corrente elétrica que o percorre.

3) Imagine que você precise comprar disjuntor. Há à sua disposição disjuntores de 10 A, 12 A e 20 A. Qual você escolheria para instalar um chuveiro de 2.800 W de potência e 220 V de tensão?

4) Um ferro elétrico industrial de resistência elétrica igual a 22 Ω é percorrido por uma intensidade de corrente elétrica i equivalente a 10 A. Qual a potência desse ferro elétrico ?

5) Um chuveiro funciona a 110 V. Qual a potência utilizada no aquecimento da água numa resistência de 20 Ω ? E numa resistência de 10 Ω ?

6) Sabemos que é constante a tensão nos terminais de um chuveiro elétrico. Desejando que a água flua mais quente, devemos aumentar ou diminuir a resistência do chuveiro?

Aula 6 - Consume de Energia Elétrica

1) Como é notado o consumo de energia elétrica nas residências?

Quando você examina uma “conta de luz” é fácil localizar a quantidade de energia elétrica consumida por sua casa. Esse valor vem acompanhado pela unidade kWh, que significa quilowatt-hora.

2) O que é o kWh?

O termo watt-hora (Wh) é a unidade de medida da energia elétrica, que é obtida através da multiplicação entre a potência do aparelho (Watt) e o tempo de funcionamento do aparelho (hora). O quilowatt-hora (kWh) é 1000 vezes o watt-hora.

3) Como calcular a energia elétrica consumida por uma lâmpada incandescente de 100W que ficou ligada por um dia inteiro?

100 W x 24 h = 2.400 Wh = 2,4 kWh

4) De que depende o consumo de energia elétrica nas residências?

A quantidade de energia elétrica que você consume depende: da potência dos aparelhos e do tempo de funcionamento. Esses dois fatores são igualmente importantes! Um aparelho de baixa potência, mas que funciona durante muito tempo diariamente pode gastar tanto ou mais energia elétrica que outro aparelho de maior potência que funciona durante pouco tempo. Além disso, se você quiser saber o custo desse consumo é preciso conhecer o valor de 1kWh da sua cidade e multiplicá-lo pela quantidade de energia elétrica consumida no mês!

5) Uma residência pagou R$ 98,28 pelo consumo de 234 kWh. Qual o valor médio pago por cada kWh nessa cidade?
98,28 : 234 = 0,42 (42 centavos de real)

Resposta: Cada 1 kWh custa R$0,42.

6) Um ferro elétrico tem potência de 900 W. Uma dona de casa passa as roupas da família uma vez por semana e gasta em média 3 horas por vez. Considere que 1 kWh de energia custe R$ 0,44 e que um mês tem 4 semanas, quanto essa dona de casa gasta por mês para passar suas roupas?

Potência do aparelho= 900 W

Tempo de funcionamento = 3 horas x 4 semanas = 12 horas por mês

Energia = potência x tempo

Energia = 900 x 12 = 10.800 Wh : 1.000 = 10,8 kWh (energia elétrica consumida por mês)

Custo total = energia consumida por mês x custo de 1 kWh

Custo total = 10,8 x 0,44 = 4,752 reais

Resposta: Ela gasta R$ 4,75 por mês. Observe que a nossa moeda não admite mais que dois dígitos como centavos!

Atividades:

1) Uma residência pagou R$ 111,11 pelo consumo de 271 kWh. Qual o valor médio pago por cada kWh nessa cidade?

2) Considere uma bomba de água com potência média de 370 W que é ligada por 2 horas todos os dias do mês (30 dias). Supondo que o custo de 1kWh de energia elétrica seja de R$0,40, responda:

a) Quanto de energia elétrica essa bomba consome por mês?

b) Qual é o gasto mensal dessa bomba de água?

3) Um chuveiro de 4.500W/110V é usado 20 horas por mês, enquanto um ar condicionado de 1.100W/110V é usado 80 horas no mesmo período. Qual dos dois consome mais energia elétrica?

4) Uma lâmpada LED (diodo emissor de luz), que funciona com 12 V e corrente contínua de 0,5 A, produz a mesma quantidade de luz que uma lâmpada incandescente de 60 W de potência. Qual é o valor da redução da potência consumida ao se substituir a lâmpada incandescente pela de LED?

Pesquisa Google: Existe vantagem substituir um chuveiro de 110 V por um de 220 V de mesma potência do anterior?

Aula 7 – Complementação de Consumo de Energia

1) Considere uma secadora de roupas com potência 1.200W.

a) O que significa essa indicação?

b) Que transformações de energia esse aparelho realiza quando está funcionando?

c) Se o custo de energia elétrica seja R$ 0,20, qual será o gasto mensal, em reais, da secadora se ela funciona 2 horas por dia?

2) Considerando o custo do quilowatt-hora de R$ 0,20, calcule quanto se pagaria por mês se mantivesse ligado uma Smart TV de 50 W de potência, durante 3 horas por dia?

3) Considere um chuveiro elétrico cuja potência seja 5.400 W.

a) Se o aparelho for usado para um banho diário de 8 minutos, qual o consumo de energia em 30 dias?

b) Se o aparelho for usado para um banho de 5 minutos, qual o consumo de energia em 30 dias?

c) Se todos os cincos membros da família cuja residência tem esse chuveiro decidissem tomar somente um banho ao dia, de 5 minutos de duração, qual a economia de energia em 30 dias?

4) Um aparelho resistivo consome uma potência de 2.200W quando submetida a uma tensão de 220V.

a) Qual será a corrente elétrica no circuito desse aparelho?
b) Qual o seu consumo em KWh se utilizado por 4 horas por dia?

Aprofunde-se:

Alessandro Volta: https://pt.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Volta

Georg Simon Ohm: https://pt.wikipedia.org/wiki/Georg_Simon_Ohm

André-Marie Ampère: https://pt.wikipedia.org/wiki/Andr%C3%A9-Marie_Amp%C3%A8re

James Watt: https://pt.wikipedia.org/wiki/James_Watt

Nikola Tesla: https://pt.wikipedia.org/wiki/Nikola_Tesla

Thomas Edison: https://pt.wikipedia.org/wiki/Thomas_Edison

"Nossas virtudes e nossos defeitos são inseparáveis, assim como a força e a matéria. Quando se separados, o homem deixa de existir." (Nikola Tesla)

"O dom de poder mental vem de Deus, o Ser Divino e se concentrarmos nossas mentes na verdade, ficamos em sintonia com este grande poder." (Nikola Tesla)

Fabiano Gomes Caetano - Física

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sexta-feira, 28 de fevereiro de 2020

Física - 3º ano