Física de Electricidade e Ondas: Introdução à Eletrodinâmica, Slides de Física Quântica

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Física Elétrica e Ondas

Eletrodinâmica é o ramo da Física que estuda o movimento das cargas elétricas. A movimentação dessas cargas é obtida quando se aplica uma diferença de potencial elétrico entre dois pontos de um meio condutor. A resistência do meio é a propriedade física que quantifica a facilidade em que uma corrente elétrica é conduzida em seu interior. Além disso, a corrente elétrica é uma das grandezas fundamentais da eletrodinâmica. Carga elétrica é uma propriedade física cuja origem vem das partículas subatômicas prótons e elétrons.

Os condutores são materiais que apresentam pouca resistência à passagem de corrente elétrica em seu interior quando sujeitos a uma tensão elétrica, em razão da baixa força atrativa entre os seus elétrons livres e o seu núcleo atômico, permitindo uma ótima condução de energia. Alguns exemplos de condutores são a prata, o Os fios condutores de eletricidade são feitos de cobre, um dos materiais com melhor condução

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Resistores são componentes eletrônicos cuja principal função é limitar o fluxo de cargas elétricas por meio da conversão da energia elétrica em energia térmica. Os resistores são geralmente feitos a partir de materiais dielétricos, de grande resistência elétrica.

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Conceitos importantes da

Eletrodinâmica

→ Condutores e isolantes

Existem materiais que são capazes de conduzir cargas elétricas com relativa facilidade. Esses materiais são chamados de condutores. Em contrapartida, existem materiais que se opõem à condução da corrente elétrica, são os chamados isolantes ou dielétricos. Dielétrico é o nome dado aos materiais que têm propriedades isolantes e que podem ser facilmente polarizados, geralmente são meios que dificultam a formação de correntes elétricas.

→ Corrente elétrica

Conceitos importantes da

Eletrodinâmica

A corrente elétrica , que é a movimentação das cargas, é calculada pela quantidade de cargas que atravessam a secção reta de um condutor a cada segundo. A unidade de medida da corrente elétrica no Sistema Internacional (SI) é o ampére. Sua fórmula é a seguinte: i – corrente elétrica (A) ΔQ – carga elétrica (C)

→ Resistência elétrica

Conceitos importantes da

Eletrodinâmica

A intensidade da corrente elétrica formada depende de uma característica do corpo chamada resistência elétrica. Corpos cuja resistência elétrica é constante, independentemente de qual tensão venha a ser aplicada sobre ele, são chamados de ôhmicos. Esses corpos obedecem à 1ª lei de Ohm, descrita pela seguinte fórmula: U – tensão elétrica (V) R – resistência elétrica (Ω) i ― corrente elétrica, medida em Ampere [ A ]

A resistência elétrica depende de fatores geométricos, como o comprimento e a área transversal do condutor. Isso é explicitado matematicamente por meio da 2ª lei de Ohm: L – comprimento do corpo (m) A – área transversal (m²) ρ – resistividade ( Ω.m ) R – resistência elétrica (Ω)

→ Efeito

Joule

Conceitos importantes da

Eletrodinâmica

Quando a corrente elétrica percorre um material isolante, dizemos que ocorreu uma ruptura dielétrica. Quando um material isolante passa a conduzir eletricidade, uma grande quantidade de calor é produzida, devido à dificuldade que a corrente elétrica encontra ao passar entre os átomos do material. Esse fenômeno de produção de calor, conhecido como Efeito Joule, é largamente explorado em aquecedores, chuveiros, panelas elétricas etc. A fórmula do Efeito Joule permite que calculemos a quantidade de energia elétrica que é dissipada em energia térmica. Para tanto, relacionamos grandezas como resistência, corrente elétrica e intervalo de tempo.

→ Efeito Joule

Q – quantidade de energia transformada em calor (J) R – resistência elétrica i ― corrente elétrica, medida em Ampere [ A ]

Calor é a energia transmitida espontaneamente entre corpos que se encontram em diferentes temperaturas. Por tratar-se de uma forma de energia , o calor é expresso em Joules, entretanto, por razões históricas, é comum que utilizemos a caloria como uma unidade de medida alternativa para medidas de calor. O calor é um importante conceito da física e comumente confundido com temperatura.(Calor sensível, Calor latente)

→ Efeito Joule

Efeito Joule é o fenômeno que causa o aquecimento e derretimento da camada protetora dos fios. O efeito Joule é um fenômeno físico no qual a passagem de corrente elétrica através de algum meio resulta em seu aquecimento. Esse aquecimento surge em razão das diversas colisões que ocorrem entre os elétrons e os átomos que constituem a estrutura cristalina do material. O efeito Joule é o fenômeno físico em que a passagem de corrente elétrica por um corpo ocasiona uma elevação de sua temperatura, devido às colisões entre cargas.

→ Efeito Joule

Todo carro possui uma caixa de fusíveis, que são utilizados para proteção dos circuitos elétricos. Os fusíveis são constituídos de um material de baixo ponto de fusão, como o estanho, por exemplo, e se fundem quando percorridos por uma corrente elétrica igual ou maior do que aquela que são capazes de suportar. O quadro a seguir mostra uma série de fusíveis e os valores de corrente por eles suportados. Exemplo 1: Fusível Corrente elétrica (A) Azul 1, Amarelo 2, Laranja 5, Preto 7, Vermelho 10, Um farol usa uma lâmpada de gás halogênio de 55 W de potência que opera com 36 V. Os dois faróis são ligados separadamente, com um fusível para cada um, mas, após um mau funcionamento, o motorista passou a conectá-los em paralelo, usando apenas um fusível. Dessa forma, admitindo-se que a fiação suporte a carga dos dois faróis, o menor valor de fusível adequado para proteção desse novo circuito é o: a) azul. b) preto. c) laranja. d) amarelo. e) vermelho.

Primeiramente devemos calcular a intensidade da corrente elétrica que percorre cada farol. Para tanto, vamos fazer a razão entre a potência elétrica e a resistência, por meio da fórmula de potência elétrica: Em seguida, como os faróis são ligados em série ao mesmo fusível, devemos considerar que o dobro da corrente passará por esse fusível, logo: Com base no resultado e na tabela, o fusível indicado para a função é o laranja, logo a alternativa correta é a letra C.