eletricidade (elt1) 2º mÓdulo - joinville.ifsc.edu.brluis.nodari/disciplinas/elt -1... · ......
TRANSCRIPT
Prof. Luís Nodari 1
Prof.: Luís M. Nodari
http://www.joinville.ifsc.edu.br/~luis.nodari/
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELETRICA
INSTITUTO FEDERAL DE SANTA CATARINA
CAMPUS JOINVILLE
ELETRICIDADE (ELT1) 2º MÓDULO
Prof. Luís Nodari 3
Introdução
A Eletricidade e o Átomo
•Da filosofia ao cortar um objeto sempre ao meio, na teoria,
poderiam ser feitos infinitos cortes, porém, na prática os gregos
observaram que existia um limite, o limite da possibilidade e a
este chamaram de Átomo, do grego indivisível, entendido na
época como a menor parte divisível da matéria.
Prof. Luís Nodari 4
•O Átomo é composto pelo seu Núcleo e a Eletrosfera.
•O Núcleo é formado por Prótons e Neutrons, Núcleo é cerca de 10000
vezes menor que a menor camada da Eletrosfera.
•A Eletrosfera é o espaço de vácuo que compreende o núcleo e possui
elétrons vibrando ao seu redor, gerando campos eletromagnéticos,
regulando sua distância de acordo com o nível de energia que possuem.
A Eletricidade e o Átomo
Introdução
Prof. Luís Nodari 5
•Protons: Os prótons são partículas que, junto aos nêutrons, formam o
núcleo atômico. Possuem carga positiva de mesmo valor absoluto que a
carga dos elétrons; assim, um próton e um elétron tendem a se atrair
eletricamente.
•Nêutrons: Possuem carga elétrica nula (resultante das sub-partículas que
os compõem), sua presença em número elevado pode instabilizar
eletricamente o núcleo do átomo.
•Os nêutrons, junto aos prótons, formam o núcleo atômico, possuem
massa bastante parecida, perfazem 99,9% de toda a massa do átomo.
•Eletrons: Os elétrons são partículas de massa muito pequena (cerca de
1840 vezes menor que a massa do próton. Ou aproximadamente 9,1.10-
28g) dotados de carga elétrica negativa: -1,6.10-19C.
A Eletricidade e o Átomo
Introdução
Prof. Luís Nodari 6
Átomo, energia ou matéria?
Se 99,9% da massa se encontra em
menos de 0,0001% do volume?
O que mantém “fixa” a estrutura de
um átomo?
A matéria é formada de moléculas
que são formadas por átomos.
O que mantém “fixa” a estrutura da
matéria sólida?
E se estiver em estado liquido ou
gasoso? Muda? O que muda?
Introdução
Prof. Luís Nodari 7
A Eletricidade e o Átomo
Assim como a massa, cargas elétricas não podem ser destruídas nem
criadas, porém, um átomo pode ser eletrizado, formando um ion.
(Cátion +, Anion -)
Cátion + => quando um átomo perde carga negativa
Anion - => quando um átomo perde carga positiva
Eletrização do átomo: a eletrização do átomo pode ocorrer das
seguintes formas: Atrito, contato, indução e efeito fotoelétrico.
Introdução
Prof. Luís Nodari 8
Revisão e Conceitos
Eletricidade – Histórico
O estudo científico da eletricidade iniciou
com William Gilbert, em 1600, quando
publicou um artigo diferenciando fenômenos
de natureza elétrica e de natureza
magnética.
Benjamin Franklin
Já no final do século XVIII, Benjamin Franklin
prosseguiu os estudos sobre eletricidade.
Suas principais contribuições referem-se ao
estudo dos raios e dos para-raios.
Prof. Luís Nodari 9
Alessandro Volta e Andre-Marie Ampere
Em 1800, Alessandro Volta iniciou
os estudos sobre pilhas e baterias,
inaugurando a eletroquímica.
Em 1820, Ostead e Ampere
publicaram sobre eletrodinâmica e
eletromagnetismo, mostrando a
relação entre ambos (corrente que
gera campo magnético e vice-
versa).
Eletricidade – Histórico
Revisão e Conceitos
Prof. Luís Nodari 10
Em 1821, Michel Faraday publicou estudos
sobre motores e campos elétricos.
Em 1827, Georg Ohm publicou estudos de
analise de circuitos.
Em 1845, Kirchhoff apresenta pela primeira
vez leis capazes de calcular correntes em
malhas complexas, generalizando o estudo
de Ohm. Gustav Kirchhoff
Eletricidade – Histórico
Revisão e Conceitos
Prof. Luís Nodari 11
Em 1862, Maxwell reuniu em vinte equações
todas as leis do etromagnetismo.
Dessas vinte, quatro descrevem todos os
fenômenos eletromagnéticos existentes.
No final do século XIX, Thomas Edison e Nikola
Tesla rivalizaram na criação dos mais diversos
dispositivos elétricos.
Tesla, em especial, popularizou as redes de
transmissão CA.
James Clark Maxwell
Eletricidade – Histórico
Revisão e Conceitos
Prof. Luís Nodari 12
Definição: conjunto de fenômenos naturais que envolvem a existência de
cargas elétricas estacionarias ou em movimento.
A palavra tem origem no latim electrum, que significa "âmbar". Isso decorre
de que o âmbar foi um dos primeiros materiais a serem estudados nessa
área, em função de sua facilidade em acumular energia estática.
Existem dois tipos principais de eletricidade:
Eletrostática: estudo das cargas estacionarias e dos campos elétricos
associados.
Eletrodinâmica: estudo das cargas em movimento e dos potenciais
elétricos associados.
Eletricidade
Revisão e Conceitos
Prof. Luís Nodari 13
Eletricidade
Carga elétrica: Propriedade intrínseca da matéria, tal qual a massa. Sua
unidade e o Coulomb (C).
As cargas elétricas estão sujeitas a forcas elétricas, de modo que cargas de
polaridade igual se repelem e cargas de polaridade diferente se atraem.
Isolantes: Materiais que dificultam a movimentação de cargas elétricas.
Condutores: Materiais que permitem livre movimento de cargas elétricas.
Semi-condutores: Materiais que permitem o movimento de cargas elétricas
em apenas um sentido.
Supercondutores: Materiais que praticamente não oferecem resistência as
cargas elétricas. Normalmente, só apresentam essa característica em
baixíssimas temperaturas.
Revisão e Conceitos
Prof. Luís Nodari 14
•Materiais podem ser classificados como bons ou
maus condutores de corrente elétrica de acordo
com sua estrutura química.
•A diferença está na chamada camada de valência,
bons condutores elétricos possuem 1 a 2 elétrons
em sua camada de valência, que é a última
camada a receber elétrons em um átomo.
•Quanto maior no número de camadas e por
consequência de elétrons melhor será o condutor,
desde que possuam 1 elétron na camada de
valência.
Revisão e Conceitos
Prof. Luís Nodari 15
•Corrente elétrica :
Fluxo ordenado de elétrons. Precisa um
caminho fechado e uma DDP para que
ocorra.
Revisão e Conceitos
Prof. Luís Nodari 16
•Todos os materiais isolantes elétricos apresentam um máximo de valor
de campo elétrico que podem suportar.
•Se esse valor máximo for ultrapassado, o material, mesmo sendo isolante,
passará a se comportar como condutor.
•Quando isso ocorre, dizemos que a rigidez dielétrica do material foi rompida.
ISOLANTES: Não conduzem corrente elétrica.
Exemplo: PVC
Revisão e Conceitos
Prof. Luís Nodari 17
Cargas e Forças
Forca elétrica (N): Forca existente entre duas cargas elétricas Q1
e Q2, com modulo dado por:
onde
Com a permissividade elétrica do vácuo .
K é constante eletrostática de Coulomb,
Lei de Coulomb
Prof. Luís Nodari 18
Cargas e Forças
Campo elétrico (N/C ou V/m): Campo emitido por uma carga elétrica
Q a qualquer ponto no espaço, com modulo dado por:
>>
Lei de Coulomb
Prof. Luís Nodari 20
Exercícios
•Como os prótons, de carga igual positiva, se mantém unidos no núcleo?
•O que é força nuclear?
•O que e eletricidade?
•Mostre aplicações da eletricidade no quotidiano das pessoas.
•Explique o que e a carga elétrica e suas características.
•Cite três exemplos de condutores e três exemplos de isolante.
•Faca uma breve pesquisa indicando o tipo de carga adquirido por um
material eletrificado por atrito. Observe que isso depende da
eletropositividade do material.
Prof. Luís Nodari 21
Exercícios
•Duas cargas no vácuo e estão separadas a uma
distância .
•Calcule o modulo da forca entre as cargas.
•Calcule o modulo do campo elétrico a 3 mm de uma carga de 8 nC no
vácuo.
•Indique aproximadamente o número de elétrons presentes em uma carga de
.
Prof. Luís Nodari 22
BIBLIOGRAFIA
[1] SARDELLA, Antônio. Curso de química: Química geral, São Paulo – SP: Editora Ática, 2002. 25ª Edição,
2ª impressão.
[2] HALLIDAY, RESNICK e WALKER. Fundamentos de Física – Eletromagnetismo. 9ª ed. Rio de Janeiro: LTC,
2012 ISBN 8521619057.
[3] GUSSOW, Milton. Eletricidade básica. 2. ed. São Paulo: Pearson do Brasil, 2008. I.S.B.N.: 9788577802364.
[4] U.S. Navy, Bureau of Naval Personnel Training Publications Division. Curso completo de eletricidade básica.
São Paulo: Hemus, 2002.
[5] SILVA FILHO, M.T.. Fundamentos de eletricidade. Rio de Janeiro: LTC, 2011.
[6] NILSSON, James W. Circuitos elétricos. 8. ed. São Paulo: Pearson do Brasil, 2009.
[7] Tipler, P.A. Física para cientistas e engenheiros : eletricidade e magnetismo, óptica. Rio de Janeiro: LTC,
2009.
[8] Lima Júnior, A W. Eletricidade e eletrônica básica. Rio de Janeiro: Alta Books, c2009.
http://www.algosobre.com.br/fisica/atomo.html (acesso em 23/07/2010)
http://pt.wikipedia.org/wiki/Átomo (acesso em 23/07/2010)