CÁLCULO DE DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE DOIS PONTOS DE UM CIRCUITO

CÁLCULO DE DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE DOIS PONTOS DE UM CIRCUITO

            Suponha que desejássemos calcular diferença de potencial entre dois pontos  A e B  de um circuito qualquer.

            Para obter este valor, devemos imaginar que estivéssemos nos deslocando de A para B , ao  longo do circuito, tanto no sentido da corrente , quanto em sentido contrário a ela. Este deslocamento, ao passarmos por elemento do circuito, o potencial poderá aumentar, diminuir ou não variar , dependendo dos dispositivos que estão presentes no circuito, poderão ocorrer, então as seguintes situações:

            1º Ao passarmos por um gerador, de seu pólo negativo para o pólo positivo, o potencial aumentará de um valor igual a  ɛ. Se a passagem ocorrer em sentido contrário, o potencial diminuirá da mesma  quantidade ɛ.

            2º  Ao passarmos por uma resistência R ( inclusive pela resistência interna do gerador), no mesmo sentido da corrente i , o potencial diminuirá de um valor Ri, Se a passagem ocorrer em sentido contrário, o potencial aumentará da mesma quantidade Ri.

            3º Ao passarmos por um fio de resistência desprezível ( fio de ligação), não haverá variação do potencial. O valor da diferença de potencial entre dois pontos quaisquer, A e B , será obtido somando-se algebricamente ao potencial de  A (V_A) as variações de potencial que ocorrem no percurso de A para  B, tomando-se os aumento com sinal positivo e as diminuições com sinal negativo e igualando-se esta soma ao potencial de B (V_B) . O exemplo seguinte ilustrará este procedimento.

EXEMPLO

            Vamos percorrer o circuito de A para B, incialmente no sentido da corrente. Teremos as seguintes variações do potencial:

            - na bateria ɛ₁, o potencial diminui de ɛ₁ = 6,0 V                                                                                      

            - na resistência interna r₁ ( da bateria) , o potencial diminui de r₁i = 1,0 x 2,0 ou r₁i = 2,0V

            - na resistência R, o potencial  diminui de Ri = 6,0 x 2,0 ou  Ri = 12 V

                        Podemos, portanto , escrever :

                                                                                  V_A – 6,0 – 2,0 – 12 = V_B

Donde obtemos

Alternativamente, poderemos percorrer o circuito de A para B em sentido contrário ao da corrente e, evidentemente, o mesmo resultado para o valor de V_A – V_B será obtido. Teremos:

- na bateria ɛ₂ , o potencial diminui de ɛ₂ = 24V

- na resistência interna r₂,  o potencial aumenta de  r₂ i = 2,0 x2,0 ou r₂i = 4,0V,

            Logo V_A – 24 + 4,0 = V_B       ou            V_A  - V_B = 20V

Fonte: Luiz, Antônio Máximo Ribeiro da, Beatriz Alvarenga Álvares, Física  vol 3- São Paulo;Scpione,2006

OUTROS TIPOS DE PILHAS OU BATERIAS

OUTROS TIPOS DE PILHAS OU BATERIAS

            Atualmente há um grande interesse em pesquisas para a obtenção de novos tipos de pilhas ou baterias, em virtude do emprego, cada vez maior destes dispositivos em um número muito grande de aparelhos cujo funcionamento é baseado na energia elétrica. Em circuitos diversos, de relógios rádios, calculadoras, brinquedos etc., como você  saber , as pilhas ou baterias são usadas com enorme frequência . Nos circuitos eletrônicos, geralmente miniaturizados, são necessários pilhas também de pequenas dimensões e em outros usos específicos ( automóvel elétrico , aparelhos portáteis de comunicação etc.) são exigidos tipos específicos de bateiras, capazes de fornecer correntes de maior intensidade e duração . Assim, grandes esforços vêm sendo desenvolvidos pela ciência e pela tecnologia modernas para atender essa grande demanda.

            De maneira geral, as baterias são classificadas em duas categorias: as baterias primarias,  que após seu uso por um certo tempo se descarregam e são descartadas, e as  baterias secundarias,  que podem ser carregadas  algumas vezes, o que as tornas mais econômicas. Ambas fornecem uma energia de preço muito elevado do que  se pode obter nas tomadas de nossas casas, produzida nas grandes usinas e distribuída comercialmente. A energia elétrica obtida por meio de uma pulha primária comum pode custar até cerca de 10 dólares por KWh , enquanto esta mesma quantidade de energia pode ser obtida de uma usina hidrelétrica por apenas 1 centavos de dólar. Apesar disto, a praticidade que as pilhas e baterias propiciam conduz em nosso cotidiano.

            Os tipos de baterias mais usadas universalmente: as pilhas secas e as baterias de automóveis, certamente aquelas que são produzidas industrialmente em maior escala em todo o mundo. Muito outros tipos vêm, entretanto, sendo pesquisados, apresentando características próprias que as tornam adequadas a determinados objetivos. Analisarmos a seguir destes tipos.

            Pilhas alcalinas:  Nestas pilhas , ao contrário do que ocorre com as pilhas secas de zinco-carbono e com as baterias de chumbo, o eletrólito não é ácido, sendo constituído por um por um hidróxido ( álcali) , que apresenta a vantagem de ser menos corrosivo. São encontradas tanto em versão seca, como com eletrólito aquoso, O eletrólito alcalino apresenta geralmente menor resistência elétrica, possibilitando, então, o fornecimento de corrente de maior intensidade  por essas pilhas. Um modelo muito difundido, conhecido como bateria de níquel-cádmio, utiliza eletrodos destes materiais, envolvido em solução de hidróxido de potássio, Sua vantagem é ser bem mais leve e apresentar maior duração do que as baterias de chumbo.  Outro tipo, tendo como eletrodo a prata e o zinco e, ainda, o hidróxido de potássio como eletrólito, é bastante usado por possuir uma levada ralação entre a energia que ela pode fornecer e o seu peso, ou quanto a iluminação que ela deve propiciar é mais importante do que o custo de energia. As pilhas alcalinas secas de mercúrio, apesar de apresenta tem preço elevado em comparação com outros tipos de pilhas secas, são muito empregadas, pois mesmo em versões em forma de pequenos discos ( ou botões) são capazes de sustenta correntes elevadas e de grande duração, relativamente ao se tamanho e peso. São então usadas em aparelhos que requerem estas características, tais como  flasbes  e aparelhos corretivos de audição.  Recomenda-se não abrir este tipo de pilha, pois o óxido de mercúrio que forma em ser funcionamento é altamente tóxico.

            Pilhas solares:  A luz solar que chega à Terra também pode  ser usada para obtenção direta de energia elétrica, por meio de dispositivos denominados  pilhas ou baterias solares . Elas são constituídas com materiais semicondutores, como o silício e o germânio, aos quais já nos referimos.  Conforme, introduzindo pequenas impurezas nestes materiais é possível obter dois tipos de semicondutores. Quando a luz solar ( ou de qualquer outra fonte) atinge essa junção, verifica-se que  ocorre uma separação de cargas , de tal modo que a placa se comporta como o pólo positivo da pilha e  a outra placa, como pólo negativo.  Portanto, enquanto houver indecência de luz, este dispositivo é capaz de fornecer uma corrente a um circuito externo. Como esta corrente apresenta geralmente pequena intensidade, a pilha solar é usada para alimentar certos circuitos eletrônicos, cujo funcionamento demanda pequena quantidade de energia , como calculadoras e relógios de pulso. Em outros usos, nos quais há necessidade de correntes mais intensas, são associadas várias células básicas. Desta maneira, elas são largamente empregadas em satélites artificiais, foguetes sem tripulação e até mesmo para acionar motores, na qual vemos baterias  solares sendo usadas para acionar uma bomba d´água em Mali, na África Ocidental.

            Pilhas nucleares : O funcionamento dessas pilhas tem por base a radioatividade de alguns elementos que emitem elétron espontaneamente ( radiação β, como você provavelmente já ouvi falar). Uma pilha nuclear pode funcionar: o cilindro interno constituído por substancia radioativa, emite elétrons, adquirindo, portanto carga positiva; os elétrons emitidos são captados pelo cilindro metálico externo, o qual fica negativo. Temos , então uma pilha elétrica na qual o pólo positivo é o elemento radioativos e o pólo negativo é o cilindro metálico externo. È possível, com esta pilha , obter uma tensão superior a 10.000 V, mas a corrente que ela é capaz de gerar é extremamente pequena ( apenas alguns microampères ). Até o presente momento, a pilha nuclear não possui nenhum uso  prático ou comercial.

            Muitos tipos de pilhas e baterias vêm sendo pesquisados com objetivo de comunicação em áreas de difícil acesso, em aplicações militares, vôos espaciais etc., quando o preço da energia não é fator determinante, em virtude da dificuldade de sua obtenção a partir de outras fontes.

Fonte: Luiz, Antônio Máximo Ribeiro da, Beatriz Alvarenga Álvares, Física  vol 3- São Paulo;Scpione,2006

VARIAÇÃO DA RESISTENCIA COM A ATEMPERATURA

VARIAÇÃO DA RESISTÊNCIA COM A A TEMPERATURA

            O VALOR DA RESISTÊNCIA ELÉTRICA DE UM CONDUTOR DEPENDE DE SUA TEMPERATURA

            Como vimos, esta grandeza mede a oposição que os elétrons encontram ao se deslocar na rede cristalina de um sólido.  Os elétrons se deslocando no interior de um sólido e realizando colisão com os íons que constituem a rede cristalina deste sólido.Na secção , analisamos diversos fatores que influenciam o valor da resistência de fio: seu comprimento, a área de sua secção reta e o material de que ele é feito. Vamos analisar, agora , um outro fator que pode provocar grandes variações na resistência elétrica: a temperatura do condutor.

            É um fato experimental, conhecido há bastante tempo , que sendo R₀ a resistência de um condutor a um temperatura t₀, sua resistência R, a uma temperatura qualquer t, é dada, com boa aproximação, por

                                                                                              R = R₀ ( 1 + α∆t)

Onde  ∆t = t - t₀ e α é um coeficiente cujo valor depende do material de que é feito condutor.

            A RESISTÊNCIA ELÉTRICA PODE AUMENTAR OU DIMINUIR QUANDO A TEMPERATURA AUMENTA

            Medindo os valores de α para um grande número de substancias, os cientistas verificaram que, para todos os metais , tem-se sempre α >0.

Este resultado nos mostra que a resistência elétrica de todos os metais aumenta quando sua temperatura é aumentada. Assim, o filamento de tungstênio de uma lâmpada elétrica comum, que tem uma resistência de aproximadamente 20Ω quando a lâmpada está apagada, apresentará uma resistência de cerca de 250Ω quando ele estiver acesa ( temperatura de aproximadamente 2 500 º C).

            Outras substancia, com o silício, o germânio, o carbono etc., Apresentam valores negativos para o coeficiente α .Portanto, a resistência elétrica destas substancias diminui quando elas são aquecidas, Nas lâmpadas de filamento de efeito inverso daquele que ocorre nas lâmpadas de tungstênio: quando acesas, as lâmpadas de carbono apresentavam uma resistência elétrica menor do que quando apagadas.

            É interessante observar, ainda, que os cientistas conseguiram obter certas ligas metálicas, como o constatam, para as quais o valor de α é praticamente nulo. Isto significa que a resistência  elétrica destas ligas permanece aproximadamente constante, mesmo  quando suas temperaturas sofrem variações, Por este motivo, tais ligas são usadas na fabricações de resistência de alta precisão ( padrões de resistências).

            O fato de a resistência elétrica variar com a temperatura encontra algumas aplicações interessantes como, por exemplo, na construção dos termômetros, obtém-se o valor da temperatura de um ambiente ( um forno, por exemplo), medindo-se a resistência elétrica de um fio de platina ali colocado. Isto é possível porque o valor da resistência do fio de platina é conhecido e , determinado para cada temperatura.

            POR QUE A RESISTÊNCIA ELÉTRICA DOS METAIS AUMENTA QUANDO A TEMPERATURA AUMENTA

            Analisando a estrutura interna dos sólidos é possível entender por que a resistência elétrica destes corpos varia com a temperatura.

            Sob o ponto de vista da Física Moderna, a resistência elétrica de um sólido depende basicamente de dois fatores: do número de elétrons livres existentes  em suas estrutura e da mobilidade destes elétrons ao se deslacrarem através de sua rede cristalina. Evidentemente, quando maior for o número de elétrons livres ( por unidade de volume) existentes no sólido, menor será sua resistência elétrica. Do mesmo modo, esta resistência será tanto menor será quando mais facilmente os elétrons se deslocarem através da rede cristalina, isto é , quando maior for a mobilidade dos elétrons.

            Os cientistas, utilizando recursos experimentais de grande precisão, conseguiram medir o número de elétrons livres em diversas substancias, Os resultados destas medidas mostram que, nos metais, o número de elétrons livres praticamente não varia quando fazemos variar a temperatura destas substâncias. Entretanto, como sabemos, o aumento de temperatura provoca um aumento na agitação térmica dos elétrons livres e dos íons da rede cristalina. Em virtude disto, ao de deslocaram, os elétrons sofrerão um  maior número de colisões contra os íons da rede , isto é, terão sua mobilidade reduzida. Então , nos metais, não havendo u aumento do número de elétrons livres e ocorrendo uma redução na mobilidade destes elétrons , uma elevação de temperatura acarretará , necessariamente , um aumento da resistência elétrica.

POR  QUE A RESISTÊNCIA ELÉTRICA DOS SEMICONDUTORES DIMINUI QUANDO A TEMPERATURA AUMENTA

            Outras substâncias, ao contrario dos metais, apresentam alterações apreciáveis no número de seus elétrons livres quando sua temperatura é aumentada. Estes materiais apresentam um número relativamente pequeno de elétrons livres quando se encontram em baixas temperaturas. Portanto, nestas condições, eles de comportam praticamente como se fossem materiais isolantes. Quando sua temperatura cresce, o aumento da agitação térmica faz com que um grande número de elétrons se separe de seus átomos, tornando-se elétrons livres. Então, embora a mobilidade dos elétrons se torne menor, um aumento na temperatura provocará uma diminuição na resistência elétrica destes materiais, visto que o número de seus elétrons livres aumento consideravelmente.

            Para ilustrar esta afirmação examinemos o caso do silício puro, Á temperatura ambiente, verifica-se que existem cerca de 10 ¹¹ elétrons livres por cm³  neste material e que sua resistência elétrica é bastante elevada. Se a temperatura do silício for aumentada para 700 º C, o número de elétrons livres que ele apresenta aumenta 10 milhões de vezes , passando a ser 10 ¹⁸  por cm ³. Como consequência disto, sua resistência elétrica diminui , tornando-se cerca de 1 milhão de vezes menor. Os materiais que apresenta, comportamento semelhante são denominados semicondutores ( silício, germânio , selênio, Cu₂, O, PbS, etc.).

            O QUE É A SUPERCONDUTIVIDADE

            Uma propriedade importante, relacionada com a variação da resistência elétrica com a temperatura, foi descoberta em 1911 pelo físico holandês Kamrlingh Onnes, que recebeu o Premeio Nobel de Física em 1913 por seus trabalhos no campo das baixas  temperaturas. Estes cientistas verificou que algumas substâncias, a temperaturas muito baixas ( próximas de zero absoluto), apresentam resistência elétrica praticamente nula. Em outras palavras, os elétrons livres da substancia, nesta situação podem se deslocar livremente através de sua rede cristalina . Este fenômeno recebeu o nome de supercondutores e , quando o material se encontra neste estado , ele é denominado supercondutor. Se uma corrente elétrica for estabelecida em uma espira feita de material supercondutor, esta corrente permanecerá indefinidamente, mesmo que a fonte de tensão que a estabeleceu seja retirada do circuito.

            KEMERLINGH ONNES ( 1853 – 1926)

                        Físico holandês que se tornou conhecido pelos seus trabalhos no campo das baixas temperaturas e pela produção de hélio líquido. Influenciado pelos trabalhos de Van de Waals, estudou as propriedades termodinâmicas dos gases e líquidos sob diversas condições de pressão e temperatura, Onnes descobriu a supercondutividade dos matérias, isto é, a redução da resistência elétrica de algumas substancias, praticamente a zero, quando resfriadas a temperaturas próximas de zero absoluto. Em 1913 ele recebeu o Prêmio Nobel de Física por estes trabalhos.

            A temperatura na qual uma substancia de torna supercondutora é denominada temperatura de transição. Esta temperatura varia de um material para outro, Para o Mercúrio, por exemplo, ela é igual a 4 K, enquanto , para o chumbo, ela vale cerca de 7 K.

            OS SUPERCONDUTORES E A TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

            Os materiais supercondutores poderão desempenhar, no futuro, um papel importantíssimo na engenharia elétrica. È um fato conhecido que, nas transmissões de energia elétrica, desde a usina geradora até o centro onde ela é utilizada ( cidades , industrias etc.) , há uma perda considerável por efeito Joule em virtude da resistência das linhas transmissoras. Os engenheiros eletricistas procuram tornas esta perda a menor possível, mas encontram limitações, principalmente tendo em conta a grande extensão destas  linhas. Se o material das linhas de transmissão fosse supercondutor, não haveria dissipação por efeito Joule ( pois R= 0) e, assim , a energia gerada na usina elétrica poderia ser totalmente utilizada nos centros consumidores . Entretanto, na atualidade, é praticamente impossível construir uma linha como essa, pois seria necessário manter os cabos transmissores abaixo de sua temperatura de transição, o que é tecnicamente inviável.

            Quando o desenvolvimento tecnológico encontrar uma solução para este problema, a energia que é atualmente dissipada nos cabos transmissores poderá ser totalmente aproveitada; a economia será equivalente á construção de um grande número de novas usinas geradores de energia elétrica.

            SUPERCONDUTIVIDADE A ALTAS TEMPERATURAS

            Durante muitos anos, desde a descoberta de Kamerlingh Onnes em 1911, os cientistas se preocuparam em descobrir novas substancias, que pudessem apresentar supercondutividade a temperatura mais elevadas do que aquelas com as quais se aqueciam obrigados a trabalhar no inicio desses estudos. Apesar desses  esforços, até o início da década de 80, as temperaturas de transição mais  elevadas que conseguiram obter, estavam em torno de 25 K. Assim, para tornar supercondutores os fios dos materiais descobertos, eles deveriam ser mantidos imersos em hélio líquido, cujo ponto de ebulição é de apenas 4 K! Esta era a única maneira de manter os fios naquelas baixas  temperaturas exigidas para a supercondutividade. Por exemplo, na década de 1960,dois recipientes cilíndricos, contendo hélio líquido, nos quais estão mergulhadas duas bobinas de material supercondutor, Os fios dessas bobinas são percorridos por correntes de intensidade muito elevada, sem que haja dissipação de calor, já que sua resistência, nessas condições, é nula ( deve-se observar que, se esses fios estivessem à temperatura ambiente, eles se fundiram se fossem percorridos por correntes tão intensas). Essas bobinas comportam-se então como poderosos eletroímãs, que são capazes de orientar grandes pregos de ferro, colocados sobre a mesa. Em virtude de o processo de obtenção do hélio líquido ser complexo e apresentar custo elevado, experiências como esta só podiam ser realizadas em laboratórios de pesquisas sofisticados.

            Em 1986. Uma nova classe de materiais supercondutores foi descoberta: uma cerâmica, em cuja composição estão presentes óxidos de cobre, misturados com lantânio ou ítrio, e cuja temperatura de transição é de 125 K. Esta descoberta se apresentou como uma grande surpresa para os cientistas, pois as cerâmicas, de maneira geral, não são boas condutoras de eletricidade.

            A grande vantagem desta cerâmica é possuir uma temperatura de transição superior à  temperatura de ebulição do nitrogênio ( 78 K). O nitrogênio, além de ser muito abundante, pode ser liquefeito com relativa facilidade, possibilitando manter a cerâmica no estado supercondutor com poucos gastos e com equipamentos acessíveis a laboratórios mais modestos, Por isso, mesmo países em desenvolvimento, como o Brasil, podem dar prosseguimento a pesquisas nesta área, O grande objetivo destas pesquisas, ainda remoto, é obter materiais que apresentem supercondutividade a temperaturas próximas da temperatura ambiente, que possam ser alcançadas pelos processos comum de refrigeração.

            Como vimos, se esse objetivo for alcançado, as perdas nas transmissões de energia elétrica serão anuladas, o que traria um grade aumento ( em torno de 30%) de energia elétrica disponível em todo o mundo. Além dessa vantagem, outras aplicações podem ser pensadas para os supercondutores, Uma delas é baseada na propriedade desses materiais de repelirem o  polo de um ímã que deles é aproximado. Quando um ímã suspenso em equilíbrio ( no ar) , a uma certa altura acima de uma placa de cerâmica supercondutora .  Esse efeito poderá ser usado, no futuro, para construção de trens de alta velocidade, nos quais os vagões, providos de fortes ímãs, são mantidos em levitação sobre trilhos supercondutores. No Japão já existe protótipo desse trem, que chega a alcançar velocidade de aproximadamente 530 km/h.

Fonte: Luiz, Antônio Máximo Ribeiro da, Beatriz Alvarenga Álvares, Física  vol 3- São Paulo;Scpione,2006

RISCOS E CUIDADO NAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

            RISCOS  E CUIDADO NAS INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

           

            Os fios de cobre utilizados nas instalações elétricas residenciais e comerciais ( fios de ligações)  são encontrados mas lojas especializadas com diferentes secções retas. Cada um deles costuma ser identificado por um número, para os fios mais usados naquelas instalações. Essa numeração não é rígida, pois cada país adota seu próprio código, No Brasil, atualmente, os fios são identificados pelos valores de suas secções retas. Entretanto, os técnicos e engenheiros ainda se aproximadamente àqueles de um código muito difundido nos Estados Unidos. Observe que o número de um fio é tanto menor quanto maior for sua secção reta ( por exemplo, o fio de 14 é mais fino do que o fio 12) .

            Quando um engenheiro projeta a instalação elétrica de uma residência, conhecendo a corrente que cai passar em cada aparelho e, consequentemente, a corrente total da ligação principal, ele deverá escolher adequadamente a secção ( ou número) de cada fio que irá usar. Se o fio escolhido para a linha principal for muito fino ( resistência grande), quando a corrente que por ele passa for aumentando, em virtude de vários aparelhos serem ligados à rede , queda de tensão neste fio poderá não ser desprezível. Isto costuma acarretar um mau funcionamento daqueles aparelhos, pois eles ficarão submetidos a uma voltagem inferior àquela para a qual foram projetados. Você já deve ter observado este efeito , em uma residência , quando o brilho das lâmpadas diminui, ao ser ligado um chuveiro elétrico, por exemplo. Quando a escolha é bem feita , sendo usado um fio de ligação com secção maior( menor resistência ), a queda de tensão nele torna-se desprezível , e não há alteração sensível em um aparelho quando outros são ligados à rede.  Evidentemente, esses cuidados devem ser tomados em qualquer instalação elétrica, inclusive no fios que ligam uma residência à qualquer instalação elétrica  inclusive nos fios que ligam uma residência à rede elétrica da rua.

            A Tabela abaixo apresenta também o valor máximo da corrente que cada fio pode  transportar, sem aquecimento excessivo que possa comprometer seu isolamento, isto é, sem danificar a capa de plástico que o envolve. A danificação deste isolamento pode trazer sérias consequências ( curto-circuitos, com possibilidades de provocar incêndios).

                                                                       

Corrente máxima para fios de diferentes secções retas
n. do fio	Secção ( mm2)	i  max (A)
14	1,5	15
12	2,5	20
10	4,0	30
8	6,0	40

Fonte: Luiz, Antônio Máximo Ribeiro da, Beatriz Alvarenga Álvares, Física  vol 3- São Paulo;Scpione,2006

O QUE É UM CURTO-CIRCUITO

O QUE É UM CURTO-CIRCUITO

            Em funcionamento normal, uma lâmpada ligada a uma tomada recebe uma corrente elétrica que passa pelo circuito. Se por um motivo qualquer ( por exemplo, desgaste do encapamento dos fios), entretanto, houve um contato elétrico entre dois pontos do circuito, uma corrente elétrica será estabelecida , passando toda ela apenas pelo circuito não convencional . ( nenhuma corrente passará pela lâmpada). Como esse circuito é constituído apenas por fios de ligação, sua resistência é praticamente nula  e, então a intensidade da corrente nele torna-se muito elevada. Em virtude do efeito Joule, há um considerável aumento de temperatura nesses fios, que pode provocar efeitos desastrosos se não houver uma proteção adequada ( fusível ou chave automática).

            Quando isso ocorre, dizemos que está havendo um curto-circuito. A origem dessa expressão está no fato de que, havendo o contato descrito, a corrente passa por um circuito menor que o circuito original. Por extensão, toda a vez que dois pontos de um circuito qualquer são ligados por um fio de resistência nula, dizemos que estamos estabelecendo um curto-circuito entre esses pontos.

Fonte: Luiz, Antônio Máximo Ribeiro da, Beatriz Alvarenga Álvares, Física  vol 3- São Paulo;Scpione,2006

CHOQUE ELÉTRICO E SUAS CONSEQUÊNCIAS

CHOQUE  ELÉTRICO E SUAS CONSEQUÊNCIAS

            O choque elétrico, como provavelmente é de seu conhecimento, é causado por uma corrente elétrica que possa através do corpo humano ou de um animal  qualquer.

            Vários efeitos do choque podem ser observados dependendo de alguns fatores como por exemplo, a região do corpo que é atravessada pela corrente : I  Corrente passa pelo coração da pessoa, pode corresponder a um situação de grande risco, enquanto  se a corrente passa apenas pela mão , menos perigoso , embora possam ocorrer queimaduras locais.

            A intensidade da corrente é, entretanto , o fator mais relevante nas sensações e consequências do choque elétrico, Estudos cuidadosos deste fenômenos permitem chegar aos seguintes valores aproximados:

            - uma corrente de 1mA a 10 mA  provoca apenas uma sensação de formigamento:

            - corrente de 10mA a 20 mA  já causam sensações dolorosas:

            - correntes superiores a 20 mA e inferiores a 100 mA causam, em geral, grandes dificuldades respiratórias:

            -  correntes superior a 100 mA são extremamente perigosas, podendo causar a morte da pessoa, por provocar contrações rápidas e irregulares do coração ( esse fenômeno é denominado  fibrilação cardíaca);

            - correntes superiores a 200 mA não causam fibrilação, porém dão origem a graves queimaduras e conduzem à parada cardíaca.

            Por outro lado , a voltagem não é determinante neste fenômeno. Por exemplo, em situações de eletricidade estática ( pente eletrizado, gerador de Van de Graaff usado em laboratórios de ensino etc.), embora ocorram voltagens muito elevada em as cargas elétricas envolvidas são em geral, muito pequenas e os choques produzidos não apresentam , normalmente, nenhum risco.

            Entretanto, voltagens relativamente pequenas podem causar graves danos, dependendo da resistência do corpo humano. O valor dessa resistência pode variar entre, aproximadamente, 100 000Ω, para a pele seca , e cerca de 1 000Ω, para a pele molhada. Assim, se uma pessoa com a pele seca tocar os dois pólos de uma tomada de 120 V , seu corpo será atravessado por uma corrente

                              i = V_AB/ R = 120/ 100 000  ou i= 1,2 mA

            Esta pessoa, como vimos , sentirá apenas um ligeiro formigamento. Se a pessoa estivesse, porém com a pele molhada, a corrente em seu corpo seria

                                I = V_AB /R = 120/1000  ou   i= 120 mA

            Portanto, esta pessoa poderia, até mesmo, vir a falecer em virtude de fibrilação cardíaca. Por este motivo, não devemos tocar em instalação elétricas se estivermos com a pele molhada.

            Em casos de tensões muito elevadas, com o ocorre nos cabos de transmissão de energia elétrica, o contato com eles é sempre perigoso. Por maior que seja a resistência de uma pessoa ( mesmo com a pele seca e contatos através de isolantes), uma voltagem de 13 600V, encontrada nos cabos de alta tensão das ruas das cidades , poderá das origem a uma corrente fatal.

            Por isso mesmo,  muitas pessoas ficam intrigadas ao verem em pássaros pausado em um fio de alta tensão, sem ser eletrocutado. Este fato é possível porque ele toca apenas um fio, em dois pontos muito próximos, como os ponto A e B.  A diferença de potencial V_AB entre estes pontos é evidentemente, muito pequena, em virtude da resistência desprezível do trecho AB do cabo. Assim, a corrente que atravessa o corpo do pássaro ( que possui resistência bem do que o trecho AB) é imperceptível. Entretanto, se o pássaro, por infelicidade, abrir as asas e tocar simultaneamente os dois fios de alta tensão ( ou fizer o contato de um deles com a terra), ele será submetido a uma tensão V_CD = 13 600 V e receberá um choque violentíssimo, que causará sua morte imediata.

Fonte: Luiz, Antônio Máximo Ribeiro da, Beatriz Alvarenga Álvares, Física  vol 3- São Paulo;Scpione,2006

AO LIGARMOS O INTERRUPTOR DO CIRCUITO DE UMA LÂMPADA, QUANTO TEMPO DECORRER ATÉ QUE ELA EMITA LUZ.

AO LIGARMOS O INTERRUPTOR  DO CIRCUITO DE UMA LÂMPADA, QUANTO TEMPO DECORRER ATÉ QUE ELA EMITA LUZ.

            Os elétrons em um circuito no qual há uma corrente elétrica, movem-se com velocidade muito pequena ( apenas 0,1 mm/s, aproximadamente). Entretanto , quando ligamos o interruptor do circuito, o campo elétrico que surge no condutor é propagação deste campo é instantaneamente em todo o fio, pois a velocidade de propagação deste campo é praticamente é igual à da Luz. Então, em um tempo muito circuito ( cerca de 10 ^-9 s) todos os elétron livres do fio já estão em  movimento, embora os elétrons que começaram a se mover nas aproximidade do interruptos só alcancem o filamento depois de um tempo muito longo. Portanto, os elétrons que provocam o aquecimento imediato da lâmpada são aqueles presente em seu próprio filamento.    

            Para a lâmpada passa  a emitir luz visível, seu filamento deverá atingir, como vimos ,uma temperatura muito elevada. Até que esta temperatura seja atingida, decorre um tempo entre 0,01 s e 0,1 s após a corrente ser estabelecida, Este intervalo de tempo também é muito pequeno para que possa ser percebido.

Fonte: Luiz, Antônio Máximo Ribeiro da, Beatriz Alvarenga Álvares, Física  vol 3- São Paulo;Scpione,2006