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Fenômenos eletromagnéticos
Eletricidade,
categoria de fenômenos físicos originados pela existência de cargas elétricas
e pela sua interação. Quando uma carga elétrica encontra-se estacionária, ou
estática, produz forças elétricas sobre as outras cargas situadas na mesma
região do espaço; quando está em movimento, produz, além disso, efeitos magnéticos.
Os efeitos elétricos e magnéticos dependem da posição e do movimento
relativos das partículas carregadas. No que diz respeito aos efeitos elétricos,
essas partículas podem ser neutras, positivas ou negativas.
A eletricidade se
ocupa das partículas carregadas positivamente, como os prótons, que se repelem
mutuamente, e das partículas carregadas negativamente, como os elétrons, que
também se repelem mutuamente.
Em troca, as partículas negativas e positivas se
atraem entre si. Esse comportamento pode ser resumido dizendo-se que cargas do
mesmo sinal se repelem e cargas de sinal diferente se atraem.
A força entre duas partículas
com cargas q1 e q2 pode ser calculada a partir da lei de Coulomb.
Segundo a qual a força é proporcional ao produto das cargas, dividido pelo
quadrado da distância que as separa.
A lei é assim chamada em homenagem ao físico
francês Charles de Coulomb.
Coulomb, Charles de
(1736-1806), físico francês e pioneiro na teoria elétrica. Em 1777, inventou
a balança de torção para medir a força da atração magnética e elétrica.
A unidade de medida de carga elétrica recebeu o nome de coulomb em sua
homenagem.
Coulomb contribuiu muito para a compreensão dos fenômenos
eletromagnéticos, enunciando a lei que leva seu nome. A importância da Lei de
Coulomb transcende a descrição das forças que atuam entre esferas e bastões
carregados. Se dois corpos de carga igual e
oposta são conectados por meio de um condutor metálico, por exemplo, um cabo,
as cargas se neutralizam mutuamente. E essa neutralização é devida a um fluxo
de elétrons através do condutor, do corpo carregado negativamente para o
carregado positivamente. A corrente que passa por um circuito é denominada
corrente contínua (CC), se flui sempre no mesmo sentido, e corrente alternada (CA),
se flui alternativamente em um e outro sentido.
Em função da resistência que
oferece um material à passagem da corrente, podemos classificá-lo em condutor,
semicondutor e isolante.
O fluxo de carga ou intensidade
da corrente que percorre um cabo é medido pelo número de coulombs que passam
em um segundo por uma seção determinada do cabo. Um coulomb por segundo
equivale a 1 ampère, unidade de intensidade de corrente elétrica cujo nome é
uma homenagem ao físico francês André Marie Ampère.
Quando uma carga de 1
coulomb se desloca através de uma diferença de potencial de 1 volt, o trabalho
realizado corresponde a 1 joule. Essa definição facilita a conversão de
quantidades mecânicas em elétricas. Efeito piezelétrico,
fenômeno físico pelo qual aparece uma diferença de potencial elétrico entre
as faces de um cristal quando este se submete a uma pressão mecânica. Pierre
Curie e seu irmão Jacques descobriram este fenômeno no quartzo e no sal de
Rochelle em 1880 e o denominaram ‘efeito piezelétrico’ (do grego piezein,
‘pressionar’).
Os cristais piezelétricos são
utilizados em dispositivos como os transdutores, empregados na reprodução de
discos e nos microfones.
Unidades elétricas,
unidades empregadas para medir quantitativamente toda espécie de fenômenos
eletrostáticos e eletromagnéticos, assim como as características eletromagnéticas
dos componentes de um circuito elétrico.
As unidades elétricas empregadas estão
definidas no Sistema Internacional de unidades.
A unidade de intensidade de
corrente é o ampère. A da carga elétrica é o coulomb, que é a quantidade de
eletricidade que passa em um segundo por qualquer ponto de um circuito através
do qual flui uma corrente de um ampère. O volt é a unidade de diferença de
potencial. A unidade de potência elétrica é o watt.
A unidade de resistência é o
ohm, que é a resistência de um condutor em que uma diferença de potencial de
um volt produz uma corrente de um ampère. A capacidade de um condensador é
medida em farad: um condensador de um farad tem uma diferença de potencial de
um volt entre suas placas quando estas apresentam uma carga de um coulomb.
O
henry é a unidade de indutância, a propriedade de um circuito elétrico em que
uma variação na corrente provoca indução no próprio circuito ou num
circuito vizinho. Uma bobina tem uma auto-indutância de um henry quando uma
mudança de um ampère/segundo na corrente elétrica que a atravessa provoca uma
força eletromotriz oposta de um volt.
Circuito elétrico,
trajeto ou rota de uma corrente elétrica. O termo é utilizado principalmente
para definir um trajeto contínuo composto por dispositivos condutores e que
inclui uma fonte de tensão que transporta a corrente pelo circuito. Um circuito
deste tipo é denominado circuito fechado, e aquele no qual o trajeto não é
contínuo é denominado aberto.
Um curto-circuito é um circuito no qual se
efetua uma conexão direta, sem resistência nem capacitância apreciáveis,
entre os terminais da fonte de tensão.
O modo mais simples de conectar
componentes elétricos é arrumá-los em linha, um depois do outro. Esse é o
chamado circuito em série. Se uma das lâmpadas do circuito se quebrar, as duas
lâmpadas deixarão de funcionar, pois o circuito será interrompido.
Como
alternativa, pode-se conectar cada lâmpada à fonte de eletricidade de modo
independente; assim, mesmo que uma falhe, a outra continuará acesa. A isso
denomina-se circuito em paralelo.
LEI DE OHM
A corrente flui por um circuito elétrico seguindo várias leis definidas. A lei
básica do fluxo da corrente é a lei de Ohm, assim chamada em homenagem a seu
descobridor, o físico alemão Georg Ohm.
Segundo a lei de Ohm, a intensidade de
uma corrente elétrica uniforme é diretamente proporcional à diferença de
potencial nos terminais de um circuito e inversamente proporcional à resistência
do circuito. LEIS DE KIRCHHOFF
Se um circuito tem ramificações interconectadas, é necessário aplicar outras
duas leis para obter o fluxo de corrente que percorre as diferentes ramificações.
Estas leis, descobertas pelo físico alemão Gustav Robert Kirchhoff, são
conhecidas como as leis de Kirchhoff. A primeira, a lei dos nós, enuncia que em
um nó — ponto para onde confluem três ou mais ramificações — a soma das
intensidades das correntes que chegam é igual à soma das intensidades das
correntes que saem.
A segunda lei, a das malhas, afirma que, começando por
qualquer ponto de uma rede e seguindo qualquer trajeto fechado de volta ao ponto
inicial, a soma total das tensões é igual à soma total dos produtos das
resistências pelas intensidades dessas correntes.
Esta segunda lei é
essencialmente uma ampliação da lei de Ohm.
IMPEDÂNCIA
A aplicação da lei de Ohm aos circuitos nos quais existe uma corrente
alternada se complica pelo fato de que sempre estarão presentes a capacitância
e a indutância. A indutância faz com que o valor máximo de uma corrente
alternada seja menor que o valor máximo da tensão; a capacitância faz com que
o valor máximo da tensão seja menor que o valor máximo da corrente. A capacitância
e a indutância inibem o fluxo de corrente alternada e devem ser levadas em
conta no cálculo da corrente.
Grandezas físicas, tais como a carga elétrica, quando existem em
quantidades discretas em vez de variar continuamente, são chamadas de
quantizadas.
O quantum de carga (e) é tão pequeno que a natureza corpuscular
da eletricidade não se manifesta em experiências macroscópicas, da mesma
forma que não "sentimos" os átomos presentes no ar que respiramos.
Essa lei, quando incorporada à estrutura da física quântica, descreve as
forças que ligam os elétrons de um átomo ao seu núcleo, as forças que unem
os átomos para formar as moléculas e as forças que ligam os átomos e as moléculas
entre si para formar os sólidos e os líquidos.
Assim sendo a maioria das forças
relacionadas com nossa experiência diária que não é de natureza
gravitacional é de natureza elétrica.
A força transmitida por um cabo de aço é essencialmente elétrica, porque,
se supusermos um plano imaginário que corta o cabo perpendicularmente, é
apenas a atração elétrica entre átomos de lados opostos deste plano que
impede o cabo de se romper.
Nós mesmos somos um conjunto de núcleos e elétrons
ligados numa configuração estável pelas forças de Coulomb. |
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