Eletricidade
A eletricidade está presente a todo tempo ao nosso redor e até em nós mesmos. Na natureza a eletricidade pode ser observada no relâmpago, uma grande descarga elétrica produzida quando se forma uma enorme tensão entre duas regiões da atmosfera.
No corpo humano também observamos a eletricidade: 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.
Na eletrostática estudamos as partículas carregadas eletricamente, ou seja, a eletrostática é a parte da física em que estudamos as cargas elétricas.
Para entender bem os conceitos que vou introduzir neste texto é importante que você conheça a estrutura da matéria, ou seja, o átomo. Então sua primeira leitura para iniciar os estudos em eletrostática é sobre o átomo, elétrons, prótons e nêutrons.
Chamamos de condutores os corpos onde as partículas portadoras de carga elétrica conseguem se mover sem dificuldade, os corpos onde isso não acontece chamamos de isolantes.
A eletrização é o processo pelo qual um corpo fica eletrizado. Quando um corpo ganha elétrons dizemos que ele foi eletrizado negativamente, pois o número de elétrons no corpo é maior que o número de prótons no mesmo. E quando um corpo perde elétrons o número de prótons no corpo é maior que o de elétrons, então, dizemos que o corpo está positivamente eletrizado.
Eletrização por atrito Se atritarmos um pedaço de flanela com um bastão de vidro, os dois corpos antes neutros, agora apresentam propriedades elétricas, dizemos então que os corpos foram eletrizados por atrito.
Ao lado temos mais uma ilustração do amigo Tainan Rocha desta vez sobre eletrização. Lembram sobre do exemplo do caminhão que transporta combustível?
Na eletrização por atrito os corpos atritados ficam com cargas elétricas opostas, como por exemplo, o pedaço de flanela com cargas positivas e o bastão de vidro com cargas negativas.
Considere dois corpos, A e B, sendo A positivamente eletrizado e B um corpo neutro. Quando colocamos estes corpos em contato, as cargas positivas do corpo A atraem as cargas negativas de B. Os corpos, claro, devem ser condutores para que isso aconteça. Ao separarmos os corpos, percebemos que o corpo B perdeu elétrons, logo este ficou positivamente eletrizado. Este processo é chamado eletrização por contato.
Dois corpos, A e B, sendo A positivamente eletrizado e B um corpo eletricamente neutro, são colocados próximos um do outro sem haver contato.
As cargas positivas de A atraem as cargas negativas de B. Se aterrarmos o corpo B, as cargas elétricas negativas da terra vão se deslocar para o corpo B. Retirando o condutor que aterra o corpo B e só depois afastar o corpo A. Observamos então que o corpo B ficou negativamente eletrizado.
Para entender o conceito de carga elétrica vamos estudar um pouco a estrutura do átomo e as partículas portadoras de carga elétrica que o constituem. No núcleo do átomo estão os prótons e os nêutrons, e girando em torno deste núcleo estão os elétrons. Um próton em presença de outro próton se repele, o mesmo ocorre com os elétrons, mas entre um próton e um elétron existe uma força de atração, como no exemplo do âmbar e da palha. Desta maneira, atribuímos ao próton e ao elétron uma propriedade física denominada carga elétrica.
Charles Augustin Coulomb desenvolveu uma teoria que chamamos hoje de Lei de Coulomb. A Lei de Coulomb trata da força de interação entre as partículas eletrizadas, as partículas de mesmo sinal se repelem e as de sinais opostos se atraem.
O físico Charles Coulomb utilizou para estudar estas forças, um equipamento que ele mesmo desenvolveu. A balança de torção. Este equipamento consiste em um mecanismo que calcula a intensidade do torque sofrido por uma partícula que sofre repulsão.
Em muitos exercícios você pode encontrar o termo carga elétrica puntiforme, este termo se refere a um corpo eletrizado que tem dimensões desprezíveis em relação à distância que o separa de outro corpo eletrizado.
A energia elétrica pode ser definida como a capacidade de trabalho de uma corrente elétrica. Como toda Energia, a energia elétrica é a propriedade de um sistema elétrico que permite a realização de trabalho. Ela é obtida através de várias formas. O que chamamos de “eletricidade” pode ser entendido como Energia Elétrica se, no fenômeno descrito a eletricidade realiza trabalho por meio de cargas elétricas.
Num texto anterior abordamos de maneira simplificada a idéia de diferença de potencial elétrico. Agora vamos avançar no conceito de potencial elétrico e nas equações para obtenção do potencial e da diferença de potencial elétrico.
Abaixo podemos observa a representação de um campo elétrico formado entre duas placas paralelas carregadas com cargas elétricas de mesa intensidade, mas sinais opostos.
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.
O resistor é um dispositivo cujas principais funções são: dificultar a passagem da corrente elétrica e transformar Energia Elétrica em Energia Térmica por Efeito Joule. Entendemos a dificuldade que o resistor apresenta à passagem da corrente elétrica como sendo resistência elétrica. O material mais comum na fabricação do resistor é o carbono.
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?
A Lei de Ohm afirma que, ao percorrer um resistor (R) a corrente elétrica (i) é diretamente proporcional à tensão (U).
U = R. i
Onde:
U : representa a tensão (ddp).
R: a resistência do resistor ou condutor.
i: corrente elétrica.
Agora vamos falar um pouso sobre a relação entre a resistência elétrica e as dimensões do condutor. Esta relação foi estudada por um grupo de cientistas que realizaram vários experimentos de eletricidade. Muitos destes experimentos estavam relacionados à resistência elétrica, e nestes, verificou-se que a resistência (R) de um resistor é diretamente proporcional ao comprimento (l) do resistor, inversamente proporcional à área da secção transversal (A) e depende do material do qual o resistor é feito.
Em nosso dia-a-dia utilizamos vários aparelhos elétricos onde são empregados circuitos com dois ou mais resistores. Em muitos destes circuitos, um único resistor deve ser percorrido por uma corrente elétrica maior que a suportada, e nestes casos utiliza-se uma associação de resistores. Em outras aplicações vários resistores são ligados um em seguida do outro para obter o circuito desejado, como é o caso das lâmpadas decorativas de natal.
Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica. Este fenômeno é conhecido como Efeito Joule, em homenagem ao Físico Britânico James Prescott Joule (1818-1889).
O gerador elétrico é um mecanismo que transforma energia mecânica, química ou outra forma de energia em energia elétrica. O gerador elétrico mais comum é o dínamo (gerador de corrente contínua) de bicicleta, que já estudamos em “como funciona um dínamo”.
Um receptor elétrico é todo elemento do circuito elétrico que transforma energia elétrica em outra forma de energia que não seja calor. Devemos lembrar que os dispositivos que transformam energia elétrica em energia térmica apenas são os resistores e, desta maneira, evite confundir estes últimos com os receptores elétricos.
Potência elétrica é uma grandeza física que aparece em várias questões do vestibular, logo, é um assunto que deve ser estudado com muita atenção. Para utilizar da forma correta as equações de potência elétrica é importante entender o conceito de potencia que vimos em um dos textos anteriores, só para lembrar: Na física, potência pode ser definida como a quantidade de energia liberada em certo intervalo de tempo, ou seja, quanto maior a energia liberada em um menor intervalo de tempo maior será a potência.
Agora que já estudamos uma boa quantidade de conceitos de eletricidade vamos utilizar estes conceitos para entender e resolver exercícios com circuitos elétricos. O circuito elétrico é formado por uma ou mais fontes de energia elétrica, fios condutores e algum elemento de circuito como resistores, capacitores e receptores. O circuito elétrico estará completo quando a corrente elétrica, que sai de um dos terminais da fonte de energia, percorre os componentes do circuito e fecha seu percurso no outro pólo da fonte de energia.
Escolhi alguns elementos utilizados em circuito elétrico que acredito serem os mais comuns. A idéia é apresentar os principais elementos que compõem um circuito elétrico e oferecer a possibilidade de entender melhor cada um deles. Para saber mais sobre cada elemento específico basta clicar no nome e você será direcionado à página do elemento do circuito.
Para entender melhor este texto sobre linhas de força ou linhas de campo você deve ler o post sobre o conceito de campo elétrico.
Com o objetivo de representar o campo elétrico através de diagramas, Faraday introduziu o conceito de linhas de força que também chamamos de linhas de campo. Estas linhas vão ajudar a definir a direção da força elétrica ou magnética, e a densidade do campo elétrico ou magnético em qualquer região do espaço.
No texto sobre a Lei de Coulomb, falamos sobre a força elétrica que age entre duas partículas eletrizadas através do campo elétrico. Neste texto vamos entender o conceito de campo elétrico.
