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Eletricidade

Eletricidade é o nome que se dá a fenômenos que ocorrem a cargas elétricas e a corpos eletricamente carregados. O termo eletricidade também é usado para referir-se a uma grande área de conhecimento da física, mas, além disso, aplica-se à energia elétrica — uma forma de energia que possibilita o funcionamento de inúmeros dispositivos elétricos.

Na natureza existe uma enorme quantidade de fenômenos físicos, químicos e biológicos que são explicados pela interação entre cargas, portanto, um bom entendimento sobre a eletricidade possibilita a compreensão de muitos processos fundamentais, frequentemente requisitados pelos moldes atuais de provas como o Exame Nacional do Ensino Médio (Enem).

Veja também: Grafeno - um dos melhores condutores de eletricidade já descobertos

Origem da eletricidade

A eletricidade tem origem nas cargas elétricas, que são propriedades de partículas subatômicas, como os prótons e elétrons. Essas duas partículas apresentam a mesma quantidade de carga elétrica, cerca de 1,6.10-19 C, entretanto, possuem sinais opostos.

A eletricidade é uma forma de energia transmitida por meio da passagem de elétrons através de fios condutores.
A eletricidade é uma forma de energia transmitida por meio da passagem de elétrons através de fios condutores.

Uma vez que não é possível que existam frações de prótons ou elétrons no interior dos átomos, dizemos que a carga elétrica é uma propriedade discreta ou quantizada, já que toda a carga elétrica presente em um corpo eletrizado é igual a um múltiplo inteiro da carga elétrica fundamental, assim como mostramos na expressão a seguir:

Q – carga elétrica

n – número de elétrons em falta ou excesso

e – carga fundamental

Eletricidade e lei de Coulomb

De acordo com a lei de Coulomb, as cargas elétricas de sinais opostos tendem a atrair-se, graças à ação da força elétrica. Essa força, por sua vez, depende de uma propriedade das cargas conhecida como campo elétrico.

Assim como a força elétrica, o campo elétrico é uma propriedade vetorial, ou seja, em cada ponto do espaço ao redor de uma carga elétrica existe um módulo, uma direção e um sentido de campo elétrico. Ademais, de acordo com o SI, a unidade de medida de campo elétrico é o newton por coulomb (N/C).

A lei de Coulomb está expressa na imagem seguinte. De acordo com essa lei, a força de atração ou repulsão entre cargas é igual ao produto dessas cargas multiplicado por uma constante eletrostática (k0) e dividido pelo quadrado da distância que as separa:

k0 – constante eletrostática do vácuo (9.109 Nm²/C²)

Q1 e Q2 – cargas elétricas interagentes (C)

d – distância entre cargas elétricas (m)

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Eletricidade e campo elétrico

Quando uma carga elétrica livre é abandonada em uma região em que há um campo elétrico, ela se move, dando origem à corrente elétrica, que pode ser entendida como a movimentação das cargas elétricas em virtude de uma diferença de potencial. Na figura a seguir, você pode conferir a fórmula usada para o cálculo da corrente elétrica.

i – corrente elétrica (A)

ΔQ – carga elétrica (C)

Δt – intervalo de tempo (s)

O campo elétrico é uma propriedade da carga que depende do módulo dessa carga e que é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre a carga e o ponto em que se deseja medir a intensidade do campo elétrico. A fórmula do campo elétrico é mostrada a seguir, observe:

E – campo elétrico (N/C)

Eletricidade e potencial elétrico

Chamamos de potencial elétrico a quantidade de energia, em joules, que cada carga obtém quando disposta em algum ponto de um campo elétrico. Essa propriedade não depende da carga em si, mas da intensidade do campo elétrico.

Comumente chamamos o potencial elétrico de tensão elétrica ou diferença de potencial, e há quem use o termo coloquial voltagem. O potencial elétrico é uma grandeza escalar, cuja unidade de medida, de acordo com o SI, é o volt (V), que equivale a joules por coulomb (J/C).

A fórmula do potencial elétrico é esta, confira:

U – potencial elétrico (V)

Geração de eletricidade

A geração da maior parte da eletricidade usada em todo o mundo dá-se por meio do fenômeno da indução eletromagnética, descrita matematicamente pela lei de Faraday-Lenz. De acordo com tal lei, quando o “número” de linhas de campo magnético que atravessa um condutor fechado varia com o tempo, uma corrente elétrica surge no condutor, de modo a compensar a variação do número de linhas de campo magnético.

ε – força eletromotriz induzida ou tensão induzida (V)

ΔΦ – variação do fluxo de campo magnético (Wb – weber)

B – intensidade do campo magnético (T – tesla)

A – área (m²)

A eletricidade gerada nas usinas hidrelétricas, termoelétricas, nucleares, eólicas e geotérmicas é produzida da mesma maneira: transforma-se energia mecânica (energia cinética e potencial), em energia elétrica, por meio da rotação de um grande dínamo.

A estrutura básica de um dínamo consiste em uma bobina de fios condutores capaz de girar, disposta no interior de um grande magneto. A variação do ângulo em que as linhas de campo magnético penetram a bobina faz com que surja uma corrente elétrica alternada nela.

Consumo de eletricidade

O consumo de eletricidade consiste na quantidade de energia consumida pelo uso dos dispositivos eletroeletrônicos. No Brasil, o consumo de eletricidade é medido na unidade de quilowatt-hora (1 kWh = 1000 Wh), que equivale a uma quantidade de energia igual a 3,6.106 J.

Para calcularmos a energia elétrica consumida por algum dispositivo, precisamos saber duas coisas — sua potência, em kW (caso a potência esteja definida em watts, devemos dividi-la por 1000), e o tempo em que esse dispositivo opera, em horas, como mostramos na fórmula a seguir:

E – energia elétrica consumida (kWh)

P – potência elética (kW)

Δt – intervalo de tempo (h)

Finalmente, para calcular-se o consumo de energia elétrica, geralmente se leva em conta o período mensal. Por isso, é importante lembrar que o tempo de operação diária do dispositivo geralmente é multiplicado por 30, a fim de descobrir-se quanta energia foi consumida ao longo de um mês, para que, em seguida, multiplique-se a energia consumida, em kWh, pelo preço de cada kWh.

Veja mais: Potência e rendimento do receptor – gradenzas usadas para designar a eficiência de eletrodomésticos

Exercícios resolvidos sobre eletricidade

Questão 1) (Unicamp) (Adaptada) Um exemplo de desenvolvimento tecnológico, com vistas a recargas rápidas, é o protótipo de uma bateria de íon-lítio, com estrutura tridimensional. Considere que uma bateria, inicialmente descarregada, é carregada com uma corrente média de 3,2 A até atingir sua carga máxima de Q = 0,8 Ah. O tempo gasto para carregar a bateria é de:

a) 240 minutos

b) 90 minutos

c) 15 minutos

d) 4 minutos

e) 5 minutos

Gabarito:

Resolução: letra C

Vamos utilizar a fórmula da corrente elétrica para calcularmos o tempo em horas necessário para que a bateria fique completamente carregada, confira:

De acordo com o cálculo, o tempo necessário para a bateria ficar completamente carregada é de 0,25 horas ou 15 minutos, que correspondem a um quarto de hora. Dessa maneira, a alternativa correta é a letra C.

Questão 2) (Puccamp) Há alguns anos, a iluminação residencial era predominantemente feita por meio de lâmpadas incandescentes. Atualmente, dando-se atenção à política de preservação de bens naturais, essas lâmpadas estão sendo trocadas por outras muito mais econômicas, como as fluorescentes compactas e as de LED. Numa residência usava-se 10 lâmpadas incandescentes de 100 W que ficavam ligadas, em média, 5 horas por dia. Essas lâmpadas foram substituídas por 10 lâmpadas fluorescentes compactas que consomem 20 W cada uma e também ficam ligadas, em média, 5 horas por dia.

Adotando o valor R$ 0,40 para o preço do quilowatt-hora, a economia que essa troca proporciona, em um mês de 30 dias, é de:

a) R$ 18

b) R$ 48

c) R$ 60

d) R$ 120

e) R$ 248

Gabarito: Letra B

Resolução:

Vamos utilizar a fórmula do consumo de eletricidade para resolver a questão, para isso, faremos o cálculo para os dois casos, em que são utilizadas lâmpadas incandescentes e lâmpadas fluorescentes. Em seguida, para obtermos a economia energética, deveremos calcular a diferença no consumo da energia e, em seguida, multiplicá-la pelo valor do kWh, em reais, confira:

Com base no cálculo realizado, descobrimos que a economia de energia elétrica, ao final de 30 dias, foi de R$ 48, portanto, a alternativa correta é a letra B.

Publicado por Rafael Helerbrock
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Força eletromotriz e Força contraeletromotriz
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Diferentes tipos de fusíveis utilizados em instalações elétricas.
Fusíveis
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A gaiola de Faraday é um sistema que impede a passagem de campo elétrico e magnético. [1]
Gaiola de Faraday
Descubra o que é a gaiola de Faraday e veja como a blindagem eletrostática ocorre em condutores.
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Você sabe o que são geradores elétricos? Confira uma introdução sobre geradores, descubra quais são as fórmulas e confira exercícios resolvidos sobre esse tema.
Equação para o cálculo do potencial elétrico
Gráfico do potencial elétrico
Construindo o gráfico do potencial elétrico gerado num ponto P por uma carga elétrica puntiforme.
Lâmpada, fonte de energia luminosa.
Lâmpada, uma fonte de energia luminosa
energia luminosa, lâmpada, quando foi criada a lâmpada, energia, lâmpada incandescente, filamento de tungstênio, resistência elétrica, filamento, fonte de energia luminosa.
As lâmpadas fluorescentes funcionam a partir da ionização de gases
Lâmpadas fluorescentes
Clique aqui e confira o que são e como funcionam as lâmpadas fluorescentes, tipo de lâmpada eficiente por não produzir calor.
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Você conhece a lei de Coulomb? Acesse e descubra o que diz essa lei, conheça a fórmula usada para calculá-la e aprenda mais com exercícios resolvidos sobre o tema.
Lei de Gauss
Clique aqui e conheça a Lei de Gauss e qual é a sua representação matemática!
Lei de Joule
Aplicação da Lei de Joule para a resistência elétrica.
Lei de Pouillet
Acesse o texto e conheça a definição da lei de Pouillet. Aprenda a calcular a corrente elétrica em circuitos simples com ela e com nossos exercícios resolvidos sobre o tema.
Linhas de força são tangentes à trajetória da carga.
Linhas de Força
Representando as linhas de força de uma carga positiva e negativa.
Manifestação da eletricidade estática
Manifestações da Eletricidade Estática
Conheça alguns locais onde a eletricidade estática se manifesta.
A lâmpada de filamento se aquece ao ser percorrida pela corrente elétrica
Modelo para entender o efeito joule
Através de um modelo simples, entenda aqui em que consiste o efeito joule.
Gerador de Van de Graaff
O Gerador de Van de Graaff
gerador de Van de Graaff, o que faz um gerador de Van de Graaff, onde é utilizado o gerador de Van de Graaff, grande diferença de potencial, física moderna, como é composto um gerador de Van de Graaff.
multímetro
O multímetro
Aparelho capaz de realizar diferentes medidas elétricas
Caminhões tanque tem suas extremidades arredondadas para que as cargas não se acumulem em uma das pontas.
O Poder das Pontas
Entenda o que é o poder das pontas.
A diferença de potencial (ddp) motiva o movimento ordenado das cargas elétricas
O que é diferença de potencial?
Clique aqui e entenda o que é a diferença de potencial elétrico e descubra ainda se a tensão de 220 V é melhor que a de 110 V!
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O que é um dielétrico?
O vidro e a borracha são exemplos de materiais dielétricos. Confira!
Esquema de um transformador
O Transformador de Tensão
Saiba como ocorre o processo de transformação de tensão.
Para-raios
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Pilhas e baterias são geradores elétricos. Clique e confira!
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Por que os pássaros não tomam choque em fios elétricos?
Você sabe por que os pássaros não tomam choque em fios elétricos? Descubra como esses animais conseguem pousar em fio de alta-tensão sem sofrer danos.
Os eletrodomésticos que temos em casa são exemplos de receptores, pois eles transformam a energia elétrica em diferentes formas de energia.
Potência e rendimento do receptor
Você sabe o que são potência e rendimento de um receptor? A potência é a quantidade de energia elétrica que um receptor é capaz de transformar em outras formas de energia a cada segundo. Rendimento é a porcentagem de toda energia fornecida e aproveitada por um receptor e a porcentagem de energia dissipada por ele.
Potência elétrica
Você sabe o que é potência elétrica? Acesse e veja como calculá-la, conheça as fórmulas e aprenda mais com exercícios resolvidos sobre o tema.
Circuito elétrico simples
Potência em resistores
No estudo da potência em resistores, é preciso aprender o cálculo da potência elétrica dissipada em um resistor.
Potencial elétrico em um ponto P gerado por uma carga Q a uma distância d
Potencial elétrico em um ponto P
Cálculo do potencial elétrico gerado em um ponto P por uma carga puntiforme.
A equação acima é reconhecida como sendo a 1ª Lei de Ohm, mas ela pode ser aplicada a elementos não ôhmicos
Primeira lei de Ohm
Clique aqui e entenda a Primeira lei de Ohm, que mostra a relação diretamente proporcional entre a corrente elétrica e a diferença de potencial (ddp).
Processos de Eletrização
Clique aqui e conheça as características de cada um dos processos de eletrização!
Alguns enfeites de Natal trazem lâmpadas associadas em série. Quando uma queima, todas se apagam
Propriedades da associação de resistores em série
Veja aqui as principais propriedades da associação de resistores em série ligados a um circuito elétrico.
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Nos liquidificadores, a energia elétrica é transformada em energia mecânica, que é capaz de girar as lâminas e cortar os alimentos
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Veja aqui como é feita a relação entre a resistência elétrica e a temperatura de um material.
Resistência Variável
A resistência de um condutor é sempre constante?
Resistividade
Resistividade, resistência, reostato, reostato de variação descontínua, reostato de variação contínua, condutor, corrente elétrica, resistência elétrica específica, o que é resistividade.
Resistores
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Exemplos de gerador, receptor e resistores elétricos
Resistores, geradores e receptores
Saiba qual é a função dos resistores, geradores e receptores nos circuitos elétricos.
Os raios são formados quando o campo elétrico no ar excede o valor de três milhões de volts por metro.
Rigidez dielétrica
Aprenda sobre o que é rigidez dielétrica, entenda como ela ocorre e conheça o módulo da rigidez dielétrica de diferentes meios.
De acordo com a Segunda Lei de Ohm, a resistência de um fio será tão menor quanto maior for a sua espessura.
Segunda Lei de Ohm
Você conhece a Segunda Lei de Ohm? Essa lei relaciona a resistividade, comprimento e área transversal de um corpo para calcular o valor da resistência elétrica. Clique aqui para visualizar a fórmula da Segunda Lei de Ohm e também conferir uma explicação sobre a Primeira Lei de Ohm e exercícios resolvidos sobre o tema.
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Pequeno ímã flutuando sobre a superfície de um supercondutor
Supercondutividade, o que é isso?
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Superfícies equipotenciais
Superfície equipotencial
Clique aqui e compreenda o que é uma superfície equipotencial!
Carga elétrica em um campo elétrico uniforme
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Queimadas na Amazônia
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É hora de aperfeiçoar sua gramática na Língua Inglesa. Assista!
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