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Curso de Eletrônica - Parte 1 - Matéria e Energia – A Natureza da Eletricidade – Eletricidade Estática (CUR001)

Introdução

Os fenômenos elétricos têm sido observados desde os primeiros tempos do homem, quando ainda vivendo em cavernas ele teve sua atenção chamada pelos raios. Talvez seja nessa época que pela primeira vez ele usou indiretamente a eletricidade, aproveitando o fogo que uma descarga provocou em gravetos o qual ele passou a utilizar para iluminação, aquecimento e para cozinhar alimentos.

Nos milhares de anos seguintes, certamente outras manifestações elétricas chamaram a atenção do homem. Ele deve ter observado as faíscas produzidas ao se atritar uma pele de animal num dia seco, ao limpá-la e até mesmo deve ter levado sustos tocando em objetos carregados de eletricidade, recebendo boas descargas elétricas.

Indiretamente alguns fenômenos elétricos devem ter sido utilizados em inovações tecnológicas da época, mas sem que seus usuários soubessem exatamente o que estava acontecendo. É o caso das pilhas da Babilônia de 4 000 anos atrás que eram usadas em trabalhos de galvanoplastia. Certamente sua construção envolvia algum ritual, para que os poderes “mágicos” fossem conseguidos.

O magnetismo foi descoberto na Magnésia através de suas pedras-ímã (magnetita), mas foi somente depois de muito tempo é que suas propriedades foram explicadas.

A eletricidade como ciência começou na idade moderna com a sua produção de forma artificial e depois explicações que culminaram no século passado com o conhecimento da estrutura da matéria, formada por átomos, e depois avançou com teorias como a relatividade a teoria quântica até chegar a nossos dias, com avanços de que trataremos oportunamente.

A unificação da física e as novas teorias das supercordas e outras que começam a influenciar nos conceitos de diversos dispositivos eletrônicos modernos devem fazer parte de um curso moderno.

De fato, fugimos um pouco de muitos dos conceitos dos “velhos e desatualizados” cursos de eletrônica, partindo do mesmo ponto em que todos devem partir, mas indo além até o que realmente o profissional precisa saber em nossos dias.

 

A Matéria

Para entender a natureza da eletricidade devemos antes compreender a natureza da própria matéria.

Todos os corpos que nos cercam são feitos de minúsculas partículas denominadas átomos. Os átomos são feitos de partículas ainda menores que se organizam de forma bem definida.

Costumamos representar o átomo conforme mostra a figura 1, em que as partículas que o formam são pequenas esferas, agrupadas de forma bem definida, como os primeiros pesquisadores imaginaram que fossem.

 

 Figura 1 – Representação didática do átomo
Figura 1 – Representação didática do átomo

 

Hoje sabemos que essa representação não corresponde à realidade, pois as partes constituintes dos átomos não têm realmente o que podemos denominar forma, conforme veremos mais adiante, mas para efeito de estudo, esta representação tem sido adotada nas escolas por seu aspecto didático. Adotaremos esta representação por comodidade.

Essas partículas, denominadas elétrons, prótons e nêutrons, possuem propriedades que denominamos "elétricas". Elas são dotadas de cargas elétricas e, por convenção, as cargas dos elétrons são ditas negativas (-), enquanto que as cargas dos prótons são ditas positivas (+). Os nêutrons não possuem cargas elétricas.

Propriedade:

Uma propriedade importante das cargas elétricas, e que deve ser sempre lembrada, é que cargas de mesmo sinal (ambas positivas, ou ambas negativas) se repelem e cargas de sinais opostos (positivas e negativas), se atraem. A figura 2 mostra isso.

 

Figura 2 – Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem.
Figura 2 – Cargas de mesmo sinal se repelem e cargas de sinais opostos se atraem.

 

A “quantidade” de carga elétrica que uma partícula possui pode ser medida.

Verificamos então que a carga do elétron é exatamente a mesma, em quantidade que a do próton, apesar de serem de polaridades opostas e do elétron e do próton possuir massas diferentes.

Verifica-se também que os elétrons, em determinadas condições, podem ser retirados dos átomos em torno dos quais giram e com isso se movimentar através dos materiais, dando origem a fenômenos especiais que são muito importantes para os nossos estudos e para a própria existência da ciência eletrônica, conforme veremos nos itens seguintes.

Da mesma forma, podemos acrescentar elétrons a um átomo dotando-os de propriedades especiais, igualmente importantes para nossos estudos.

 

Energia

Um conceito muito importante no estudo da física e consequentemente da eletricidade, que é um de seus ramos, é o de energia.

Conforme estudamos no item anterior, a matéria é formada de átomos e ela tem como principal propriedade o fato de ter massa e ocupar um lugar no espaço. A massa de um objeto é o que lhe confere a propriedade que denominamos peso. Peso é a força com que a terra atrai um objeto e ela depende de sua massa, conforme mostra a figura 3.

 

Figura 3 – A força com que um objeto é atraído pela terra é o seu peso
Figura 3 – A força com que um objeto é atraído pela terra é o seu peso

 

Energia é outro conceito muito importante para o entendimento dos fenômenos elétricos. Não temos uma definição do que seja energia, pois ela não pode ser vista. Dizemos que algo tem energia quando tem a capacidade de executar um trabalho.

A energia armazenada nos combustíveis pode realizar um trabalho, que é movimentar um veículo. A energia armazenada nos alimentos é usada para o funcionamento dos nossos órgãos. A energia liberada em reações químicas no interior de uma pilha é usada para acender uma lâmpada ou acionar um pequeno motor.

Veja na figura 4 que, para deslocar um objeto de um ponto A até um ponto B, o quer corresponde a um trabalho, precisamos dispender energia.

 

 

Figura 4 – O trabalho mede o dispêndio de energia ao se deslocar um corpo
Figura 4 – O trabalho mede o dispêndio de energia ao se deslocar um corpo

 

 

A energia é uma grandeza física e como tal pode ser medida. Mais adiante, quando estudarmos a energia envolvida em processos elétricos, veremos como isso é feito.

 

Princípio da Conservação da Energia

Um princípio muito importante, que frequentemente será lembrado ao estudarmos fenômenos elétricos, é o da conservação da energia. Este princípio afirma que a energia não pode ser criada nem destruída, ela sempre se conserva.

Assim, quando uma pilha alimenta uma lâmpada, a luz produzida tem a mesma quantidade de energia que a pilha gasta para isso. Da mesma forma, se você tem um amplificador, a quantidade de som obtida (energia) é a mesma que a quantidade de energia elétrica que ele consome ao ser ligado na tomada.

Em outras palavras, nos processos que estudaremos envolvendo eletricidade, quantidade de energia presente será sempre a mesma. Ela apenas passará de um tipo para outro, ou seja, se transformará.

Veja na figura 5 um exemplo, em que a energia química liberada no interior da pilha se transforma em energia elétrica que depois alimenta uma lâmpada se transformando em energia luminosa (luz) e calor (a lâmpada esquenta). Se medirmos a quantidade de luz e calor produzidos pela lâmpada veremos que é exatamente igual à quantidade de energia liberada no processo químico no interior da pilha.

 

Figura 5 – Exemplo de conversão de energia
Figura 5 – Exemplo de conversão de energia

 

 

Equivalência entre Matéria e Energia

Os trabalhos de Einstein mostraram que matéria e energia se equivalem. Podemos transformar energia em matéria e matéria em energia. A famosa fórmula de Einstein nos diz que podemos obter uma grande quantidade de energia a partir de uma pequena quantidade de matéria. Enfim, matéria pode ser considerada “energia concentrada”.

E = mc2

 

Onde:

E é a energia

M é a massa

C e o quadrado da velocidade da luz ou 300 000 000 000 x 300 000 000 000 de metros por segundo (9 x 1022 m/s2)

Ora, o quadrado da velocidade da luz é um número extremamente grande, o que significa que uma pequena quantidade de matéria multiplicada por esse número resulta numa grande quantidade de energia.

A conversão de matéria em energia, utilizada nas usinas atômicas, quando um elemento ao se desintegrar transforma parte de sua massa em energia é feita segundo este princípio.

 

A Natureza da Eletricidade

O funcionamento de qualquer dispositivo, componente ou aparelho elétrico, depende da movimentação de um “fluido” através de suas partes. Esse "fluído" existe na forma de um fluxo de partículas e recebe a denominação de “corrente elétrica”.

Quando ligamos qualquer aparelho, ou dispositivo mais simples, como uma lâmpada, minúsculas entidades (que são tão pequenas que não podem ser vistas de forma alguma) se movimentam através dos fios, transportando a energia que é responsável pelo seu funcionamento.

O primeiro conceito importante que precisamos então ter é o de corrente elétrica. A corrente elétrica que passa através dos fios, das trilhas das placas de circuito impresso de qualquer equipamento eletrônico consiste num fluxo de pequenas entidades ou partículas que possuem em sua natureza algo que se convenciona chamar “carga elétrica”. Estas partículas recebem o nome de elétrons e são tão pequenas que podem passar com facilidade por entre os átomos de certos materiais.

Os elétrons fazem parte dos átomos e, por convenção, possuem cargas denominadas negativas, sendo representadas pelo símbolo (-).

Diferentemente dos prótons que fazem parte dos átomos, mas estão firmemente presos aos seus núcleos, os elétrons possuem certa mobilidade em determinados materiais, o que nos permite usá-los para transmitir energia. O próprio nome da ciência, “eletricidade e eletrônica” (que lembra elétron), já nos sugere que vamos usar este tipo de partícula para alcançar as nossas finalidades. Veja a figura 6.

 

Figura 6 – Os elétrons podem se movimentar através de determinados meios
Figura 6 – Os elétrons podem se movimentar através de determinados meios

 

As substâncias nas quais os elétrons conseguem se movimentar com facilidade são os condutores. Os metais são bons condutores, pois seus elétrons gozam de certa liberdade de movimento sendo, por isso, usados para conduzir correntes elétricas. Já o vidro, o papel, a mica e a borracha são isolantes, ou seja, substâncias que não permitem a movimentação dos elétrons com facilidade.

No entanto, podemos dotar esses corpos de cargas, retirando elétrons de seus átomos ou acrescentando-os. Nestes casos, as cargas ficam “paradas” no corpo, ou seja, estáticas, dando origem a um ramo da eletricidade denominado eletrostática

O fato de atribuirmos ao elétron uma carga negativa é pura convenção. Não podemos vê-lo, simplesmente temos de admitir que ele possui “algo” que lhe dota de certas propriedades que aproveitamos nos equipamentos elétricos e eletrônicos que usamos, e que estas propriedades são diferentes de outras partículas, como os prótons.

 

Eletrostática

No início dos tempos da eletricidade pouco se conhecia sobre sua natureza e seu comportamento. Assim, muitos dos estudos realizados nos primeiros tempos envolviam os corpos que acumulavam cargas elétricas, ou seja, os corpos carregados.

Como essas cargas não se moviam nos corpos, a não ser em determinados instantes quando eles eram descarregados ou carregados, a eletrostática teve uma grande importância naqueles tempos.

Com o tempo, os fenômenos relacionados com as cargas em movimento (dinâmicos) passaram a ser muito mais importantes e com isso a atenção maior passou a estar voltada para a eletrodinâmica.

Nos nossos dias a eletrostática voltou a ter grande importância, pois existem muitos componentes, dispositivos e aplicações que se baseiam em seus fenômenos, ou são muito influenciadas por eles.

Muitos cursos de eletrônica praticamente omitem a eletrostática de seus programas, o que não acontece com o nosso. Desta forma nas linhas seguintes analisaremos alguns de seus principais fenômenos, pois eles terão grande importância prática.

 

Eletrização

A tendência natural dos corpos é manter um estado de neutralidade, ou seja, igual número de cargas positivas e negativas. Estas cargas se cancelam e com isso, nenhum fenômeno de natureza elétrica podem se manifestar.

Isso significa que, em condições normais, os átomos de um corpo têm o mesmo número de prótons (+) e de elétrons (-). Na figura 7 representamos um corpo neutro.

 

    Figura 7 – Corpo neutro – igual número de cargas positivas e negativas
Figura 7 – Corpo neutro – igual número de cargas positivas e negativas

 

Na prática, entretanto, nem sempre os corpos estão neutros. Isso significa que os átomos de um corpo podem tanto perder como ganhar elétrons, quando então ficam "carregados" ou "eletrizados".

Quando um corpo tem excesso de elétrons (mais elétrons do que prótons), dizemos que ele está eletrizado ou carregado negativamente. Quando um corpo tem falta de elétrons (menos elétrons do que próton), dizemos que ele está carregado positivamente. Na figura 8 mostramos os dois casos.

 

Figura 8 – Corpos eletrizados
Figura 8 – Corpos eletrizados

 

Basicamente podemos retirar ou colocar elétrons nos corpos, ou eletrizá-los de três formas ou segundo três processos:

a) Atrito: quando esfregamos um corpo noutro e elétrons de um passam para o outro. Um fica com falta de elétrons (positivo) e o outro negativo (excesso de elétrons). Isso ocorre quando atritamos um pente na roupa e ele se eletriza (+), passando a atrair pedacinhos de papel.

 

b) Contacto: quando encostamos um corpo carregado em outro que não está carregado e com isso ele cede parte de suas cargas.

 

c) Indução: quando a aproximação de um corpo carregado de outro neutro faz com que cargas se movimentem no seu interior, fazendo com que uma parte fique carregada e outra não.

 

A figura 9 mostra os três processos.

 

Figura 9  - Os três processos de eletrização
Figura 9 - Os três processos de eletrização

 

 

 

Força Elétrica - Lei de Coulomb

Verifica-se que corpos carregados com eletricidade da mesma polaridade se repelem e que corpos dotados de cargas de sinais opostos se atraem. Entre eles se manifesta uma força que depende da quantidade de cargas que o corpo possua e da distância que os separa. A figura 10 mostra o que ocorre.

 

 Figura 10 – Força entre corpos carregados
Figura 10 – Força entre corpos carregados

 

A força de atração ou de repulsão que se manifesta entre corpos carregados foi pela primeira vez determinada por Coulomb, resultando numa das leis mais importantes da eletricidade, a Lei de Coulomb.

 

LEI DE COULOMB

Constata-se que a força de atração ou repulsão entre duas cargas elétricas de dimensões reduzidas (ditas pontuais) depende tanto dos valores destas cargas, quanto da distância que as separa. Conforme mostra a figura 10, sendo d a distância entre estas cargas e Q1, Q2 os valores das cargas medidos em Coulombs (C), a força que se manifesta entre elas (chamada de F) pode ser calculada pela fórmula.

F = K0 * [ (q1 * q2) / d2 ] (f1.1)

Onde: Ko é uma constante denominada constante eletrostática do vácuo. Seu valor é 9 x109 N.m2/C2

q1 e q2 são as cargas em coulombs (C)

d é a distância que separa as cargas em metros

F é a força (atração ou repulsão) em Newtons (N)

Observe que, de acordo com essa fórmula, a força está na razão inversa do quadrado da distância, o que quer dizer que se dobrarmos a separação entre duas cargas, a força entre elas (atração ou repulsão) fica reduzida a um quarto, conforme mostra a figura 11.

 

Figura 11 – Dobrando a distância a força fica reduzida a ¼ de seu valor
Figura 11 – Dobrando a distância a força fica reduzida a ¼ de seu valor

 

 

Campo Elétrico

Conforme vimos, uma carga elétrica produz em sua volta uma espécie de perturbação ou estado especial do espaço. Se colocarmos em qualquer local em que esteja presente esta “perturbação” uma carga elétrica, ela fica sujeita a uma força que tende a movimentá-la, conforme mostra a figura 12.

 

   Figura 12 – Carga sujeita a uma força elétrica quando imersa num campo elétrico
Figura 12 – Carga sujeita a uma força elétrica quando imersa num campo elétrico

 

Para caracterizar este estado ou situação dizemos que em torno de uma carga ou de um corpo carregado existe um campo elétrico.

Este campo elétrico é indicado pela letra E, podendo ser calculado em qualquer ponto do espaço em torno de uma carga pontual pela fórmula:

E = k0 * ( Q / d2 ) (f1.2)

Onde: k0 é a mesma constante da fórmula anterior

Q é a carga que produz o campo em Coulombs (C)

d é a distância que separa as cargas em metros (m)

E é a intensidade do campo em Newton por Coulomb (N/C)

Os efeitos de cargas no espaço, agindo umas em sobre outras, é estudado por um ramo da física denominado eletrostática. Quando as cargas, por outro lado, se movimentam produzindo efeitos que são aproveitados nos aparelhos eletrônicos, o ramo da física que as estuda é denominado eletrodinâmica.

Tanto a eletrostática como a eletrodinâmica pode ser estudada com um pouco mais de profundidade através dos livros de física dos cursos de nível médio.

Os campos elétricos são representados por linhas imaginárias, denominadas linhas de força, conforme mostra a figura 13.

 

Figura 13 – Campo de uma carga pontual e de um dipolo (duas cargas de polaridade opostas)
Figura 13 – Campo de uma carga pontual e de um dipolo (duas cargas de polaridade opostas)

 

As linhas de força saem das cargas positivas e chegam às cargas negativas. Nos pontos do espaço em que as linhas estão mais próximas (mais densas), o campo é mais intenso, ou seja, as forças de natureza elétrica se manifestam com maior intensidade.

Conforme vimos, se "soltarmos" cargas elétricas num campo elétrico elas ficarão sujeitas a uma força que as faz entrar em movimento. O movimento das cargas sempre se faz ao longo das linhas de força, num sentido que depende de sua polaridade, conforme mostra a figura 14.

 

 Figura 14 – As cargas se movem ao longo das linhas de força do campo elétrico
Figura 14 – As cargas se movem ao longo das linhas de força do campo elétrico

 

 

A Eletrostática na Prática

Apesar de muitos cursos de eletricidade e eletrônica não se preocuparem com a eletrostática, que normalmente é estudada mais profundamente no ensino médio, na eletrônica de nossos dias, a importância de fenômenos elétricos envolvendo cargas paradas vem crescendo, assim, é importante que verifiquemos onde ela está presente e como os fenômenos relacionados a ela se manifestam.

Os objetos que nos cercam podem acumular eletricidade, tanto cargas positivas como negativas, e essas cargas podem exercer influências de todos os tipos nas pessoas e nos próprios equipamentos eletrônicos.

Por exemplo, o choque que tomamos ao segurar numa maçaneta ou num carro é um exemplo do que ocorre. A figura 15 mostra o que ocorre.

 

Figura 15 – Descarga da eletricidade acumulada no corpo
Figura 15 – Descarga da eletricidade acumulada no corpo

 

 

Além disso, as cargas do ambiente, segundo se constata, podem ter influência no nosso bem-estar. Verifica-se que num ambiente que tenha cargas positivas em excesso, acumuladas num carpete, por exemplo, podem causar processos alérgicos em pessoas com tendências ou mesmo dores de cabeça. As cargas acumuladas num carro fazem o mesmo.

Mas, além disso, há uma boa quantidade de dispositivos elétricos e eletrônicos que têm seu princípio de funcionamento baseado em cargas estáticas.

Um deles é o filtro eletrostático contra poluição mostrado na figura 16. As cargas acumuladas numa tela por um gerador de alta tensão atraem partículas de poluição que então ficam presas e depois caem num recipiente.

 

Figura 16 – Um filtro eletrostático
Figura 16 – Um filtro eletrostático

 

Muitos componentes, que serão posteriormente estudados neste livro, operam baseados em princípios da eletrostática como os tubos de raios catódicos de antigas TVs e de osciloscópios, os transistores de efeito de campo (FET), transdutores e muitos outros.

 

Condutores

Conforme vimos no início desta lição, existem materiais denominados condutores em que os elétrons podem se mover com facilidade.

Estes materiais podem ser usados para transferir cargas de um corpo para outro, carregando-os ou os descarregado ou ainda transportando energia.

Materiais condutores como o cobre, alumínio, prata e o ouro são usados para fazer fios condutores capazes de transportar cargas e com isso transferir a eletricidade de um local para outro através de um fluxo de elétrons, denominado corrente elétrica.

Sabemos que cargas elétricas de mesma polaridade, ou sinal, se repelem, enquanto que cargas de sinais diferentes se atraem. Assim, um fluxo de elétrons, ou seja, uma corrente, só pode se estabelecida se tivermos pontos com polaridades opostas, como mostra a figura 17. Nela temos uma ilustração em que se mostra que as cargas que saem de um corpo negativo vão até um corpo carregado positivo através de um condutor onde temos o cancelamento ou neutralização dessas cargas.

 

Figura 17 – Obtendo correntes de duas maneiras diferentes
Figura 17 – Obtendo correntes de duas maneiras diferentes

 

Mas, esta não é a única condição em que podemos obter uma corrente elétrica. Conforme mostra a mesma figura, podemos ter uma corrente se um corpo negativo tiver uma concentração maior de cargas do que outro. As cargas tendem a fluir de um para outro até que os dois corpos fiquem com a mesma concentração de carga.

Podemos ainda obter uma corrente se tivermos um corpo neutro (que não tem carga alguma, ou seja, os elétrons estão presentes na mesma quantidade dos prótons, de modo a cancelarem os seus efeitos) e ligarmos a este corpo outro que esteja carregado positivamente ou negativamente de modo a existir uma diferença de condição elétrica que provoca uma corrente.

Mais formas de se obter correntes podem ser citadas. Podemos dar como exemplo o caso em que temos corpos que estejam carregados com cargas de mesma polaridade (positiva ou negativa), mas com “concentrações” diferentes, conforme mostra a figura 18. Nessa ilustração vemos os sentidos das correntes obtidas com as forças que atuam sobre as cargas.

 

Figura 18 – Basta haver polaridades opostas ou ainda concentrações diferentes de cargas para que uma corrente possa ser estabelecida
Figura 18 – Basta haver polaridades opostas ou ainda concentrações diferentes de cargas para que uma corrente possa ser estabelecida

 

Se tivermos um corpo em que as cargas estão mais “apertadas”, ou seja, manifestando uma força de repulsão mais intensa do que no outro, em que elas estão menos “apertadas”, e interligarmos esses corpos por meio de um fio de metal, o resultado será a ação de forças, que fazem com que um fluxo de cargas ou corrente se estabeleça. Essa corrente essa fluirá até que os dois corpos fiquem numa situação de equilíbrio, ou seja, com concentrações de cargas iguais.

Veja então que, para produzir uma corrente elétrica precisamos de dispositivos que tenham dois polos, conforme mostra a figura 19. Um deles, o negativo, terá excesso de elétrons ou cargas negativas (um corpo com falta de elétrons terá predominância de prótons, que são positivos, e assim ele será dito “carregado” positivamente).

 

Figura 19 - Um gerador pode produzir uma corrente elétrica pois tem um polo com falta de elétrons (+) e outro com falta (-)
Figura 19 - Um gerador pode produzir uma corrente elétrica pois tem um polo com falta de elétrons (+) e outro com falta (-)

 

O estado de concentração das cargas manifesta uma força de repulsão entre elas, responsável pelo movimento das cargas quando nela é conectado um condutor. Este estado é denominado “tensão elétrica” ou “potencial elétrico”.

Isso significa que só pode circular uma corrente entre dois corpos se eles estiverem sob tensões diferentes, ou seja, entre eles existir uma diferença de potencial elétrico (abreviada por ddp).

 

Aterramento

Conforme vimos, para haver uma corrente entre dois corpos é preciso que um deles tenha um excesso de elétrons e o outro falta ou ainda que exista uma concentração de elétrons diferente entre dois corpos.

Na prática existe um corpo que tem uma quantidade ilimitada de elétrons para ceder e pode receber uma quantidade ilimitada de elétrons também: a terra.

Desta forma, qualquer corpo carregado que seja ligado à terra, descarrega-se, quer seja sua carga positiva ou negativa, conforme mostra a figura 20.

 

Figura 20 – Independentemente da polaridade, ligando um corpo carregado à terra ele se descarrega
Figura 20 – Independentemente da polaridade, ligando um corpo carregado à terra ele se descarrega

 

 

Corrente e Tensão, Unidades

Em eletricidade e eletrônica, para entender o funcionamento de qualquer de seus equipamentos, é muito importante saber como medir os fenômenos, pois podemos fazer previsões e cálculos a partir disso. Aquilo que podemos medir em física é denominado “grandeza”. São grandezas as distâncias, volumes, temperaturas, forças, cargas elétricas, etc. Para cada grandeza adota-se uma unidade, estabelecida por uma convenção que resultou no Sistema Internacional de Unidades ou abreviadamente SI.

Assim, da mesma forma que podemos medir a força entre cargas ou o campo, é importante medirmos a quantidade de cargas que passa num fio, ou seja, a intensidade da corrente elétrica.

A unidade usada é chamada Ampère, que é abreviada por A. Por outro lado, a força ou pressão que aparece entre as carga devido à sua concentração nos corpos é medida em Volts (abreviado por V) recebendo o nome de “tensão elétrica”.

Podemos ainda falar em tensão elétrica e diferença de potencial, (abreviada por ddp) quando nos referimos à concentração de cargas nos corpos ou diferença entre dois corpos a qual é responsável pela ação que estabelece uma corrente entre eles.

Lembre-se então que para que uma corrente circule entre dois pontos ou corpos é preciso que haja uma diferença de potencial entre eles, conforme mostra a figura 21.

 

Figura 21- Movimento dos elétrons que formam uma corrente
Figura 21- Movimento dos elétrons que formam uma corrente

 

Conforme vimos, a terra funciona como um gigantesco reservatório de cargas, podendo recebê-las ou fornecê-las em qualquer quantidade. Quando ligamos um corpo menor carregado à terra ocorre imediatamente a descarga, quer estejam eles positivamente ou negativamente carregados. Por definição, dizemos que o potencial da terra é 0 (zero) volt, ou potencial de referência.

A movimentação de cargas de um corpo para outro, ou de um corpo para a terra (e vice-versa), representa um dispêndio de energia. Desta forma, uma corrente elétrica sempre transporta energia.

Um condutor elétrico, por melhor que seja, não é perfeito, o que significa que ao passarem, as cargas elétricas têm de fazer um certo esforço. Este esforço indica que a corrente elétrica encontra uma certa oposição ou resistência e, para vencê-la, é preciso gastar energia.

Dizemos então que o material de que é formado o condutor apresenta uma certa resistência elétrica. A resistência elétrica é medida em ohms (abreviado por Ω). A figura 22 mostra o que ocorre.

 

 Figura 22 – Os elétrons encontram resistência na sua movimentação pelos materiais, despendendo energia na forma de calor.
Figura 22 – Os elétrons encontram resistência na sua movimentação pelos materiais, despendendo energia na forma de calor.

 

Quanto maior for a resistência elétrica encontrada pela corrente ao passar por um determinado meio, menor será a sua intensidade. Existe então uma proporção muito bem definida entre a intensidade da corrente e a resistência. Do mesmo modo, quanto maior for a força (tensão), que “empurra” as cargas através de um condutor, maior será a intensidade da corrente.

O relacionamento entre essas três grandezas elétricas é muito importante em muitos cálculos que envolvem correntes, tensões e resistência. Esse relacionamento será estudado em pormenores na lição 3.

Lembre-se:

Tensão – causa

Corrente – efeito

Resistência – oposição que a corrente encontra ao passar através de um meio

 

As três grandezas que estudamos, tensão, corrente e resistência podem ser medidas. Para isso elas possuem unidades próprias adotadas internacionalmente pelo SI (Sistema Internacional de Unidades). O leitor deve estar bastante atento, para saber usar corretamente estas unidades.

 

 

Unidade de Tensão

A tensão elétrica é medida em volts (V). É comum que também sejam usados múltiplos e submúltiplos desta unidade.

 

Milivolt (mV) = 0,001 V = 10-3V

Microvolt (µV) = 0,000 001 = 10-6 V

Quilovolt (kV) = 1 000 V = 103 V

Megavolt (MV) = 1 000 000 V = 106 V

 

 

Unidade de Corrente

A intensidade de uma corrente é dada pela quantidade de cargas que passam de um ponto de um condutor em cada segundo. A intensidade da corrente é medida em ampères (A), mas também usamos seus múltiplos e submúltiplos. Os mais importantes são:

 

Nanoampère (nA) = 0,000 000 001 A = 10-9 A

Microampère (µA) = 0,000 001 A = 10-6 A

Miliampère (mA) = 0,001 A = 10-3 A

Quiloampère (kA) = 1 000 A = 103 A

 

Cuidado:

Já vimos grafado quilo como kilo, o que é errado. Em português a forma correta é quilo. E a abreviação é k (minúsculo) e não K (maiúsculo).

 

 

Unidade de Resistência

A resistência elétrica é medida em ohm (ohms). Também usamos os múltiplos e submúltiplos:

 

Miliohm (mohms) = 0,001 ohms = 10-3 ohms

Quilohm (kohms) = 1 000 ohms = 103 ohms

Megohm (Mohms) = 1 000 000 ohms = 106 ohms

 

 

Prefixos

Em física e em eletrônica é comum o uso de prefixos gregos para se indicar múltiplos e submúltiplos das unidades usadas com as diversas grandezas. A seguir uma tabela, que é conveniente que o aluno memorize pelo menos os principais.

Fator Prefixo Símbolo
1018 exa E
1015 peta P
1012 tera T
109 giga G
106 mega M
103 kilo k
102 hecto h
10 deca da
10-1 deci d
10-2 centi c
10-3 mili m
10-6 micro ?
10-9 nano n
10-12 pico p
10-15 femto f
10-18 atto a

 

As lições deste curso são:

Lição 1 – Matéria e energia, a natureza da eletricidade, eletricidade estática

Lição 2 – Energia elétrica, corrente e tensão. O circuito elétrico

Lição 3 – Resistência elétrica, resistores, Lei de Ohm, Lei de Joule

Lição 4 – Tipos de geradores, rendimento e equação do gerador

Lição 5 – Capacitores

Lição 6 – Magnetismo e eletromagnetismo

Lição 7 – Corrente alternada

Lição 8 – Som e Acústica

Lição 9 – Ondas eletromagnéticas

 

Opinião

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