Aula 5 Instrumentação II- Corrente Elétrica, Tensão(ddp) e a Resistência elétrica. Professor Rafael, na quarta, 18

 INSTRUMENTAÇÃO II-UFCG-2025.1

Professor Rafael do curso de Licenciatura em Física do  Campus Cuité, ministrando a primeira aula de eletricidade,  no nível do nono ano do ensino fundamental e terceiro ano do ensino médio.

Até o momento, no período letivo atrasado da UFCG, 2025.1,  vimos a eletrostática: Carga elétrica fixa, pela segunda lei de Newton a força resultante atuando no sistema de partículas em repouso, a aceleração é nula e, por isso, a força resultante é nula.  Foi visto associação de capacitor, as Leis de Coulomb e de Gauss. O capacitor é um dispositivo que armazena energia  usando um campo eletrostático.

No dia 18-6-25,  iniciamos o estudo da eletrodinâmica,  os portadores de cargas elétricas estão em movimento. Na próxima aula, vamos aprender a utilizar um multímetro em circuito elétrico, que serve para medir a corrente elétrica (funcionando como um amperímetro ligado em série),  a tensão elétrica(voltímetro ligado em paralelo) e a resistência elétrica(ohmímetro).

Veja o vídeo sobre a teoria de circuito elétrico, gravado na sala de aula do bloco I da UFCG, campus Cuité, no dia 18 de junho, das 14h às 16h. Paralelamente o CES de Cuité, no Curimataú paraibano, comemorou o dia do químico.

         

 

Definição de corrente elétrica

A corrente elétrica é o movimento ordenado de partículas carregadas atravessando uma certa área transversal, por unidade de tempo, ou seja,

              I=q/Δt,  com q sendo a carga elétrica e  Δt(tempo final menos o tempo inicial) é o intervalo de tempo. A unidade de medida de corrente elétrica no sistema internacional (SI) de medida  é ampère (A). Logo, o ampère é definido como Coulomb por segundo, isto é, 1A=C/s.

A unidade de corrente elétrica no SI é em homenagem ao Físico Francês André Marie Ampère (1775-1836).

Efeito Joule. A corrente elétrica ao passar pelo condutor aquece o material, esse fenômeno é chamado de efeito Joule.

O sentido real da corrente elétrica é aquele  do movimento dos elétrons, saindo do polo negativo, que tem muito elétrons, para o polo positivo, que tem poucos elétrons. 

O sentido convencional da corrente elétrica é contrário   ao movimento dos elétrons. Sendo que os dois casos é apenas uma forma diferente  de descrever o fenômeno e o resultado será o mesmo. 

Nos condutores sólidos a corrente elétrica é caracterizada pelo movimento dos elétrons livres. Exemplo: metal, ouro, prata, etc. No condutor gasoso, temos o movimento dos ions.

O isolante é um condutor que dificulta o movimento dos elétrons. Exemplo: madeira, borracha, plástico, etc.

Considere um circuito simples com um  Resistor(que pode ser uma lâmpada) de resistência R, submetido a uma tensão elétrica (ddp)=V e corrente i.

Note que o sentido convencional da corrente elétrica, o movimento das partículas com cargas positivas saindo do polo positivo(+) passando pelo resistor e chegando no polo negativo(-). Isso não altera o resultado se fosse tomado o sentido real. 

Nesta figura, a diferença de potencial da bateria foi representada por U ou V. Pois, alguns autores escrevem U e outros escrevem V. Você escolhe. 

Qual a relação entre corrente, Tensão elétrica (diferença de potencial elétrico-ddp) e resistência elétrica? Verifica-se experimentalmente que a ddp é proporcional a corrente elétrica e a constante de proporcionalidade é R-resistência elétrica. Portanto,

V=Ri

Para não esquecer que a equação da tensão elétrica é diretamente proporcional a corrente elétrica, o professor de cursinho diz Quem ver Ri.

Portanto, sabendo a resistência elétrica e a voltagem a corrente elétrica torna-se:

I=V/R.

Nos condutores, quando ocorre movimento ordenado dos elétrons dizemos que ali tem um campo elétrico gerando o deslocamento dos elétrons (uma corrente elétrica). Mas, pode ocorrer corrente elétrica devido a movimento de íon positivo ou negativo, por exemplo no processo de eletrólise. O íon é um átomo com excesso de carga elétrica positiva ou negativa, devido a perda de elétron ou o ganho de elétron pelo átomo.

A carga elementar é representada por e=1,6x10^-19C. Portanto, se o átomo perde 3 elétrons ele fica com carga q=3e>0, se ele ganhar 4 elétrons ele fica com carga q=-4e<0.

Quantização da carga elétrica

A carga elétrica existente na Natureza é um número inteiro positivo ou negativo da carga elementar, ou seja,

q=+ne ou q =-ne, n=1,2,3,4, ....

Por que ao invés de alumínio utiliza-se o fio de cobre nas instalações elétricas nas residência?

Porque quando passa a corrente elétrica o condutor esquenta e o fio de cobre suporta altas temperaturas.

Lei de Ohm

Note que a equação R=V/I vale em geral, mesmo que o material não seja ôhmico. Portanto, o que dizemos de lei de Ohm é quando a resistência for constante.

A unidade de resistência elétrica no SI é a letra grega ômega maiúscula Ω, em homenagem ao físico alemão Goerg Simon Ohm(1787-1854). No SI, temos: 1Ω=V(vots)/A(ampère).

O que é um material ôhmico? É todo condutor em que ao medirmos a voltagem (ou tensão) e a corrente em dois pontos, V(1), I(1) e V(2), I(2) encontramos uma proporcionalidade entre ambas grandezas físicas, ou seja,

V(1)/I(1)=V(2)/I(2)=constante=R.

Exemplo: ao medir o primeiro ponto encontramos V(1)=12V, I(1)=4A e medindo no segundo ponto obtemos V(2)=24V, i(2)=8A.

Portanto,

12V/4A=3Ω e 24V/8A=3Ω=12V/4A=constante=R

A resistência pode ser entendida como sendo a dificuldade para o fluxo dos portadores de carga  (corrente) passar em um condutor. Uma visão macroscópica da resistência elétrica seria um tabuleiro de prego, tendo um pequeno espaço entre os pregos suficiente para um moeda passar. Coloque a tábua em pé e ao soltarmos uma moeda na parte superior ela terá dificuldade de passar batendo nos pregos até chegar no final do percurso.

Questão 1) (UFPA) No rio Amazonas, um pescador inexperiente tenta capturar um poraquê segurando a cabeça do peixe com uma mão e a cauda com a outra. O poraquê é um peixe elétrico, capaz de gerar, entre a cabeça e a cauda, uma diferença de potencial de até 1500 V. Para essa diferença de potencial, a resistência elétrica do corpo humano, medida entre as duas mãos, é de aproximadamente 1000 Ω. Em geral, 500 mA de corrente contínua, passando pelo tórax de uma pessoa, são suficientes para provocar fibrilação ventricular e morte por parada cardiorrespiratória. Usando os valores mencionados, calculamos que a corrente que passa pelo tórax do pescador, com relação à corrente suficiente para provocar fibrilação ventricular, é:

a) um terço

b) a metade

c) igual

d) o dobro

e) o triplo

Solução

Qem ver rir: V=RI

Dados: 

V=1500volts e R=1000𝛺. Então, a corrente elétrica i em ampères será dada por

1500=1000i⇔i=(1500/1000)A=15/10=1,5A. Agora basta escrever o a corrente elétrica obtida em miliampère(mA), ou seja, i=1500mA=3x500mA. Portanto, a corrente elétrica é o triplo da corrente mencionada. 

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