Corrente e Choque elétrico

Livro didático: Capítulo 5

Corrente elétrica

Alguns materiais possuem excesso de elétrons em sua camada de valência, que é a última camada a receber elétrons em um átomo. Os elétrons presentes na camada de valência são denominados de elétrons livres, e a força de atração entre eles e o núcleo atômico é pequena, logo, eles possuem facilidade de se movimentar pelo material. Os corpos com esta característica são chamados de condutores. De modo geral, os metais são excelentes condutores elétricos.

Nos materiais isolantes, os elétrons que formam esses materiais não têm facilidade de movimentação, tendo em vista a forte ligação entre eles e o núcleo atômico. Isopor, borracha, madeira seca, vidro, entre outros, são exemplos de materiais isolantes elétricos.

Em um fio metálico há uma grande quantidade de elétrons livres em movimento desordenado. Se houver um campo elétrico entre os extremos desse fio, a maioria dos elétrons livres tenderá a se deslocar em um único sentido, formando assim uma corrente elétrica.

Corrente elétrica é o fluxo ordenado de elétrons livres em um condutor que tenha um campo elétrico entre suas extremidades.

Corrente real x Corrente convencional

Cargas elétricas dispostas em uma região onde atua um campo elétrico tendem a se movimentar a favou ou contra o sentido do campo, dependendo do sinal delas. Os elétrons têm carga negativa, por isso se movimentam no sentido oposto ao do campo elétrico. Esse fluxo de cargas é denominado corrente real.

No início dos estudos sobre a eletricidade, os cientistas atribuíram o sentido da corrente elétrica na mesma direção do campo do elétrico. A corrente neste sentido é chamada de corrente convencional. Ao simbolizar a correte em um esquema de circuito elétrico, desenhamos a corrente convencional.

Intensidade da corrente elétrica

Se pela secção reta S do fio flui determinada quantidade de carga elétrica ∆Q, em certo intervalo de tempo ∆t, a intensidade média de corrente elétrica i será:

Em homenagem ao físico e matemático francês André Marie Ampère (1775-1836), a unidade de corrente elétrica, no SI, é o ampère (A).

Exemplo:

a)       Supondo que passam 3,6x10²¹ elétrons em um minuto em uma secção reta do condutor, qual a intensidade da corrente elétrica gerada neste fio? (Dado: e = 1,6x10^-19C)

A carga gerada pelos elétrons é:

Logo, a corrente elétrica será:

Choque elétrico

Os choques elétricos ocorrem sempre que uma determinada corrente elétrica percorre o corpo humano. Dependendo da situação, um choque pode causar apenas um pequeno formigamento, queimaduras de terceiro grau ou até mesmo levar a pessoa a óbito.

Para que o choque ocorra, deve haver uma diferença de potencial entre dois pontos distintos do corpo humano. Geralmente, um desses pontos sãos os pés, que estão em contato com o solo, e o outro ponto é o que de fato entra em contato com algum aparelho elétrico ou fio elétrico.

 Quando uma corrente elétrica passa pelo corpo humano, pode-se sentir os seguintes efeitos: pequeno formigamento, dores, espasmos musculares, contrações musculares, alteração nos batimentos cardíacos, parada respiratória, queimaduras e morte. Os danos são provenientes do fato de o movimento dos músculos e as transmissões de sinais nervosos ocorrerem pela passagem de pequenas correntes elétricas.

Outro fator que pode causar danos ao corpo humano é o trajeto que a corrente faz. O fato de ela passar pelo coração, que é um músculo, causa os espasmos que alteram o ritmo cardíaco, deixando-o irregular. Os choques mais perigosos acontecem quando uma pessoa segura com as duas mãos o fio elétrico, pois o caminho a ser percorrido pela corrente elétrica fica mais próximo do coração.

Exercícios

Livro didático p.77

Vídeos

Corrente Elétrica I - Corrente Real e Convencional

Corrente Elétrica II - Intensidade da Corrente

Jogo - Choque elétrico

http://trad.fis.unb.br/rived/oa/choque/choque.html

Potencial elétrico

Livro didático - Capítulo 4

Sabemos que uma carga pontual cria um campo elétrico. Ao colocarmos uma carga de prova q próxima a carga geradora, ela será atraída ou repelida adquirindo uma energia potencial.

O potencial elétrico é uma grandeza escalar definida como a razão entre a energia potencial elétrica e a carga de prova:

A unidade no SI é J/C = V (volt)

Quando uma lâmpada é ligada a uma tomada 110V, cada 1C que se deslocar de um terminal para outro receberá 110 J de energia do campo elétrico existente na tomada.

1C de carga elétrica equivale à soma das cargas elétricas de aproximadamente 6,25x10¹⁸ elétrons.

Diferença de potencial elétrico entre dois pontos de um campo elétrico uniforme

Vamos considerar uma região de um campo elétrico uniforme, de intensidade E, e uma carga pontual +q colocada em um ponto A da região.

Se quisermos deslocar a carga elétrica do ponto A até o ponto B, precisaremos realizar um trabalho, fornecendo-lhe energia.

 Dividindo todos os termos por q:

Escrevendo em função do potencial elétrico, temos

A diferença de potencial elétrico entre os pontos A e B, que indicamos como V_A – V_B, ou simplesmente V_AB, é conhecida como tensão elétrica.

No caso do campo elétrico uniforme, podemos calcular V_AB em função do campo elétrico e da distância entre as placas geradoras do campo:

Dessa forma, podemos medir a intensidade de um campo elétrico em N/C ou em V/m, isto é,

1 N/C ≡ 1 V/m

Vídeo

(Clique aqui para assistir)

Vídeo que possibilita o entendimento de alguns conceitos de eletricidade - corrente elétrica, diferença de potencial, potência e geração de energia elétrica.

Exercícios

• p. 54 
• p. 57

13 mar - Avaliação Conceitual

Avaliação (clique aqui)

É permitida a consulta a materiais impressos e ao caderno da disciplina.

Habilidades:

• Descrever o modelo microscópico da eletricidade no interior da matéria
• Relacionar a força elétrica com cargas elétricas
• Relacionar o campo elétrico com cargas elétricas

Onde está a eletricidade?

Alguns aparelhos que utilizamos em nosso dia-a-dia têm como função comum produzir o aquecimento. Todos eles têm em comum o fato de transformarem a energia elétrica fornecida por uma fonte em energia térmica. Esses aparelhos são os que têm a construção mais simples: possuem um pedaço de fio em forma de espiral cujo nome é resistor.

Quando um aparelho desse tipo é posto para funcionar, o resistor é aquecido. É por isso que tais aparelhos são denominados de resistivos

Outros aparelhos produzem algum tipo de movimento, isto é, transformam a maior parte da energia elétrica que recebem da fonte em energia mecânica. Tais aparelhos são denominados motores elétricos.

Aparelhos que transformam outras formas de energia (mecânica, química,..) em energia elétrica são denominados fontes.

Alguns aparelhos permitem a comunicação entre uma ou mais pessoas, como o rádio, a tevê, o telefone e o microcomputador, ou o armazenamento de informações, como as fitas magnéticas e os disquetes. Eles fazem parte de um conjunto muito maior e, por isso, podem formar um agrupamento chamado elementos de comunicação e informação.

Eletricidade na natureza

Os raios ou relâmpagos são descargas elétricas naturais que são produzidas quando se forma uma enorme  tensão entre duas regiões da atmosfera (100.000 vezes maior que a tensão de 220 volts de sua residência para ligar o chuveiro). Nessas condições, o ar não se comporta como um isolante elétrico e o valor da corrente elétrica  pode atingir valores de até 200.000 ampères.

Em certos casos pode-se sobreviver a um raio, desde que a corrente elétrica seja desviada dos órgãos vitais para as partes superficiais do corpo, como a pele molhada de suor ou a roupa molhada pela chuva ou também pelo medo

Eletricidade no corpo humano

A visão é o sentido que domina a nossa vida! Ela começa com a luz refletida pelo objeto que estamos observando e que atinge o nosso olho. Após atravessar várias substâncias transparentes, é formada uma imagem invertida do objeto numa região do olho chamada retina.

Ela é uma membrana transparente, cujo formato se assemelha ao fundo de uma concha.  Nas células da retina encontram-se substâncias químicas sensíveis  à luz. A incidência da luz sobre tais substâncias produz impulsos elétricos que são enviados para uma deteminada região do cérebro através do nervo óptico.

Embora a imagem na retina seja invertida, é no cérebro que ela é colocada na posição normal.

Especificações técnicas dos aparelhos elétricos

Todo aparelho elétrico tem um manual com instruções de uso e informações sobre as condições de seu funcionamento.

Tensão elétrica ou voltagem (U)

Os aparelhos elétricos que são ligados na tomada ou à rede elétrica da residência trazem escrito os valores de 110 V ou 220 V. Alguns aparelhos, como os rádios, por exemplo, permitem que se ajuste o aparelho à tensão da rede elétrica da residência da cidade onde você mora e que pode ser 110 V ou 220 V.

Outros aparelhos, como a geladeira, a máquina de lavar roupas, o ferro de passar, o liquidificador, não têm tal botão que permite o ajuste da tensão. Eles funcionam ou na tensão 110 V ou na 220 V.

No caso de um desses aparelhos ser ligado numa tensão maior que a especificada pelo fabricante, ele queima quase imediatamente. Se ele for ligado a uma tensão menor que a especificada, ou o aparelho não funciona ou funciona precariamente.

Potência (P)

A potência é a grandeza elétrica que indica o consumo de energia elétrica do aparelho em cada unidade de tempo de seu funcionamento. Por exemplo, se uma lâmpada tem potência de 100 watts, significa que em cada segundo de funcionamento ela consome 100 joules de energia elétrica.

A maioria dos aparelhos elétricos tem apenas um valor de potência, mas existem alguns que trazem escrito mais de um valor, como por exemplo o chuveiro elétrico. Nesse caso, ele tem geralmente um valor para a posição verão e outro para o inverno. Na verão, em que a água é menos aquecida, o valor é menor. Na inverno, em que a água é mais aquecida, o valor da potência é maior e, conseqüentemente, o consumo de energia elétrica é também maior

Corrente elétrica (i)

A maioria dos aparelhos elétricos não traz essa informação especificada. Ela, entretanto, está presente em todos os aparelhos elétricos quando eles estão em funcionamento.

A corrente elétrica é uma grandeza cujo valor depende da potência do aparelho e também da tensão em que ele é colocado para funcionar. Existem dois tipos de corrente elétrica: a corrente contínua, que é fornecida por pilhas e baterias, e a corrente alternada, que é aquela fornecida pelas usinas para casas, indústrias etc.

A corrente contínua tem valor que não se altera para um mesmo aparelho e tem como símbolo nos folhetos ou mesmo nas chapinhas dos aparelhos as letras "CC" ou "DC".

A corrente alternada tem um valor que varia dentro de um intervalo durante o funcionamento de um mesmo aparelho elétrico. Ela tem como símbolos as letras "CA" ou "AC" ou mesmo o sinal  ~.

Freqüência (f)

Embora a freqüência seja uma grandeza presente na maioria dos aparelhos elétricos nos valores 50/60 e na unidade hertz (Hz), ela não é usada somente na eletricidade. Nesse caso, ela se refere a uma característica da corrente elétrica alternada obtida com as usinas geradoras de eletricidade. No Brasil, a freqüência da corrente alternada é de 60 hertz, ou seja, 60 ciclos por segundo. Há países, como Portugal e o Paraguai, em que a freqüência é de 50 hertz

Referências

GREF. Leituras de Física: Eletromagnetismo 1. Onde não está a eletricidade.

GREF. Leituras de Física: Eletromagnetismo 1. Cuidado! É 110V ou 220V?.